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例题精讲 · 第 00521 题 · 动量守恒不等于动能守恒,e 是另一把尺子

以自编示意碰撞实验为材料,核对碰前碰后动量、算恢复系数与动能损失,并说明哪类误差会让「守恒」看起来不成立。

00521题号全 1000 篇 · 第 第87轮 / 第87册 轮
方向物理·实验六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 物理实验

一、考点定位与做题顺序

气垫导轨把摩擦压到很低,碰前碰后总动量应相等;但动量守恒不保证动能守恒,非弹性碰撞会损失动能。恢复系数 e 量的是分离速度与接近速度之比,与动量守恒是两条独立结论。

示意数据:m₁=0.2 kg、m₂=0.3 kg、v₁=0.6 m/s(m₂ 静止),碰后 v₁′=0.12 m/s、v₂′=0.32 m/s。以上读数均为自编示意,非真实测量记录。

二、逐题精讲

题1

题1 核对碰前碰后总动量,求恢复系数 e 与动能损失(含占初动能百分比)。

解析

碰前 p₀ = m₁v₁ = 0.120 kg·m/s;碰后 p₁ = m₁v₁′ + m₂v₂′ = 0.120 kg·m/s,两者相等,动量守恒成立。

恢复系数 e = (v₂′−v₁′)/(v₁−v₂) = (0.32−0.12)/0.6 = 0.3333(小于 1,属非完全弹性碰撞)。

动能:初 0.03600 J,末 0.01680 J,损失 0.01920 J,占初动能 53.3%。

回代核验:由 e 与动量守恒两式反解 v₂′ = (1+e)m₁v₁/(m₁+m₂) = 0.32 m/s,与题给 0.32 一致,闭合。

答案 p₀=p₁=0.120 kg·m/s;e=0.3333;动能损失 0.01920 J(53.3%)

采分点 动量核对 2 分;e 2 分;动能损失与占比 2 分;反解回代 1 分

易错点 把动量守恒当成动能守恒;e 的分母写成碰后速度;忘记 m₂ 初速为 0

题2

题2 若 v₂′ 读值偏大 1.0%(0.32→0.3232 m/s),按该读值算出的「碰后动量」是多少?相对 p₀ 偏差多少?这能说明动量不守恒吗?

解析

按偏大读值:p₁′ = 0.200×0.120 + 0.300×0.3232 = 0.12096 kg·m/s,相对 0.120 偏高 0.8%。

不能据此说动量不守恒:偏差来自单一速度读值的系统误差,不是物理规律失效。正确处置是回查光电门挡光片宽度与计时,或改用两方向速度都比值的办法消除单一读数依赖,而不是改碰前数据去凑相等。

本讲口径:e=0.3333 只由速度差比值决定;动量核对是实验判据,读值误差与定律失效要分开登记。

答案 p₁′=0.12096 kg·m/s,偏高 0.8%;属读值误差,不能否定动量守恒

采分点 偏大后动量 2 分;偏差百分比 2 分;误差与定律区分 2 分;不改数据凑结果 1 分

易错点 把读值误差写成定律失效;改碰前速度去凑相等;把 e 也改成同比偏大

三、规律小结与对照表

判据算式结果含义
动量守恒Σmv 前后相等0.120实验成立
恢复系数速度差比值0.3333非完全弹性
动能Σmv²/2损失 53.3%不守恒
读值误差单一速度偏大表观 +0.8%非定律失效

小结:动量看总和,弹性看 e,能量看损失。0.120 kg·m/s 前后闭合、e=0.3333、动能损失 53.3% 三件事互不替代;读值偏大只造成表观偏差。以上为自编示意读数。

四、自测清单

  • 能核对碰前碰后总动量
  • 能由速度差算恢复系数
  • 能算动能损失与占比
  • 能区分动量守恒与动能守恒
  • 能把读值误差与定律失效分开
  • 能反解 v₂′ 回代题给值
编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(物理):交变电流、光学、动量、刚体转动、简谐振动与测量误差相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(物理科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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