15.某同學(xué)用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律,相應(yīng)的操作步驟如下:
A.將斜槽固定在桌面上,使斜槽末端保持水平,并用“懸掛重錘”的方法在水平地面上標(biāo)定斜槽末端正下方的O點.
B.取入射小球a,使之自斜槽上某點靜止釋放,并記下小球a的落地點P1;
C.取被碰小球b,使之靜止于斜槽末端,然后讓小球a自斜槽上同一點由靜止釋放,運動至斜槽末端與小球b發(fā)生碰撞,并記下小球a的落地點M和小球b的落地點N;
D.測量有關(guān)物理量,并利用所測出的物理量做相應(yīng)的計算,以驗證a、b兩小球在碰撞過程中所遵從的動量守恒定律.
(1)在下列給出的物理量中,本實驗必須測量的有①④(填寫選項的序號).
①小球a的質(zhì)量m1和小球b的質(zhì)量m2
②小球a在斜槽上的釋放點距斜槽末端的豎直高度h;
③斜槽末端距水平地面的豎直高度H;
④斜槽末端正下方的O點距兩小球落地點P、M、N的水平距離OP、OM、ON;
⑤小球a自斜槽上某點處由靜止釋放直至離開斜槽末端所經(jīng)歷的時間t0;
⑥小球a、b自離開斜槽末端直至落地經(jīng)歷的時間t.
(2)步驟C和步驟B中小球a的釋放點相同的原因保證小球做平拋運動的初速度相等;步驟B和步驟C中選取入射小球a的質(zhì)量m1和被碰小球b的質(zhì)量m2間的關(guān)系應(yīng)該為m1>m2(填“>”或“<”).
(3)實驗中所測量的物理量之間滿足關(guān)系式m1OP=m1OM+m2ON,就可證實兩小球在碰撞過程中遵從動量守恒定律.

分析 (1)應(yīng)用動量守恒定律求出需要驗證的表達式,然后根據(jù)表達式分析答題.
(2)根據(jù)實驗原理與實驗注意事項分析答題,明確入射球應(yīng)大于被碰球,且每次入射球由同一點釋放;
(3)根據(jù)平拋運動規(guī)律,再利用動量守恒定律求出需要驗證的表達式,

解答 解:(1)小球離開軌道后做平拋運動,由于拋出點的高度相等,它們在空中的運動時間t相等,
如果碰撞過程動量守恒,則:m1v1=m1v1′+m2v2′,
兩邊同時乘以t,則:m1v1t=m1v1′t+m2v2′t,
m1OP=m1OM+m2ON,
實驗需要測量小球的質(zhì)量、小球的水平位移,故選①④;
(2)為保證小球做平拋運動的初速度相等,每次實驗時小球a應(yīng)從同一位置由靜止釋放,
為防止兩球碰撞后入射球反彈,入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量,即:m1>m2
(3)由(1)可知,實驗需要驗證的表達式為:m1OP=m1OM+m2ON.
故答案為:(1)①④;(2)保證小球做平拋運動的初速度相等;>;(3)m1OP=m1OM+m2ON

點評 本題考查了驗證動量守恒定律實驗,要注意實驗需要測量的量、實驗注意事項、求表達式,知道實驗原理與實驗注意事項、應(yīng)用動量守恒定律即可正確解題.

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