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例題精講 · 第 00521 題 · 動量守恆不等於動能守恆,e 是另一把尺子

以自編示意碰撞實驗為材料,核對碰前碰後動量、算恢復係數與動能損失,並說明哪類誤差會讓「守恆」看起來不成立。

00521題號全 1000 篇 · 第 第87輪 / 第87冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

氣墊導軌把摩擦壓到很低,碰前碰後總動量應相等;但動量守恆不保證動能守恆,非彈性碰撞會損失動能。恢復係數 e 量的是分離速度與接近速度之比,與動量守恆是兩條獨立結論。

示意數據:m₁=0.2 kg、m₂=0.3 kg、v₁=0.6 m/s(m₂ 靜止),碰後 v₁′=0.12 m/s、v₂′=0.32 m/s。以上讀數均為自編示意,非真實測量記錄。

二、逐題精講

題1

題1 核對碰前碰後總動量,求恢復係數 e 與動能損失(含佔初動能百分比)。

解析

碰前 p₀ = m₁v₁ = 0.120 kg·m/s;碰後 p₁ = m₁v₁′ + m₂v₂′ = 0.120 kg·m/s,兩者相等,動量守恆成立。

恢復係數 e = (v₂′−v₁′)/(v₁−v₂) = (0.32−0.12)/0.6 = 0.3333(小於 1,屬非完全彈性碰撞)。

動能:初 0.03600 J,末 0.01680 J,損失 0.01920 J,佔初動能 53.3%。

回代核驗:由 e 與動量守恆兩式反解 v₂′ = (1+e)m₁v₁/(m₁+m₂) = 0.32 m/s,與題給 0.32 一致,閉合。

答案 p₀=p₁=0.120 kg·m/s;e=0.3333;動能損失 0.01920 J(53.3%)

採分點 動量核對 2 分;e 2 分;動能損失與佔比 2 分;反解回代 1 分

易錯點 把動量守恆當成動能守恆;e 的分母寫成碰後速度;忘記 m₂ 初速為 0

題2

題2 若 v₂′ 讀值偏大 1.0%(0.32→0.3232 m/s),按該讀值算出的「碰後動量」是多少?相對 p₀ 偏差多少?這能說明動量不守恆嗎?

解析

按偏大讀值:p₁′ = 0.200×0.120 + 0.300×0.3232 = 0.12096 kg·m/s,相對 0.120 偏高 0.8%。

不能據此說動量不守恆:偏差來自單一速度讀值的系統誤差,不是物理規律失效。正確處置是回查光電門擋光片寬度與計時,或改用兩方向速度都比值的辦法消除單一讀數依賴,而不是改碰前數據去湊相等。

本講口徑:e=0.3333 只由速度差比值決定;動量核對是實驗判據,讀值誤差與定律失效要分開登記。

答案 p₁′=0.12096 kg·m/s,偏高 0.8%;屬讀值誤差,不能否定動量守恆

採分點 偏大後動量 2 分;偏差百分比 2 分;誤差與定律區分 2 分;不改數據湊結果 1 分

易錯點 把讀值誤差寫成定律失效;改碰前速度去湊相等;把 e 也改成同比偏大

三、規律小結與對照表

判據算式結果含義
動量守恆Σmv 前後相等0.120實驗成立
恢復係數速度差比值0.3333非完全彈性
動能Σmv²/2損失 53.3%不守恆
讀值誤差單一速度偏大表觀 +0.8%非定律失效

小結:動量看總和,彈性看 e,能量看損失。0.120 kg·m/s 前後閉合、e=0.3333、動能損失 53.3% 三件事互不替代;讀值偏大隻造成表觀偏差。以上為自編示意讀數。

四、自測清單

  • 能核對碰前碰後總動量
  • 能由速度差算恢復係數
  • 能算動能損失與佔比
  • 能區分動量守恆與動能守恆
  • 能把讀值誤差與定律失效分開
  • 能反解 v₂′ 回代題給值
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):交變電流、光學、動量、剛體轉動、簡諧振動與測量誤差相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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