Question

【題目】某同學(xué)用如圖所示的裝置，利用兩個(gè)大小相同的小球做對心碰撞來驗(yàn)證動量守恒定律，圖中AB是斜槽，BC是水平槽，它們連接平滑，O點(diǎn)為重錘線所指的位置．實(shí)驗(yàn)時(shí)先不放置被碰球2，讓球1從斜槽上的某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)10次，然后將球2置于水平槽末端，讓球1仍從位置G由靜止?jié)L下，和球2碰撞，碰后兩球分別在記錄紙上留下各自的痕跡，重復(fù)10次．實(shí)驗(yàn)得到小球的落點(diǎn)的平均位置分別為M、N、P．

（1）在該實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選用的器材是下列器材中的（_________）．

A天平 B游標(biāo)卡尺 C刻度尺 D大小相同的鋼球兩個(gè) E大小相同的鋼球和硬橡膠球各一個(gè)

（2）在此實(shí)驗(yàn)中，球1的質(zhì)量為m1，球2的質(zhì)量為m2，需滿足m1___________m2（選填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）被碰球2飛行的水平距離為_____________由圖中線段表示）．

（4）若實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足m1=______________________，就可以驗(yàn)證碰撞過程中動量守恒．

Answer 1

【答案】（1）ACE；（2）大于；（3）；（4）m1+m2

【解析】試題分析：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理，選擇需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的器材；寫出驗(yàn)證動量守恒定律的表達(dá)式，根據(jù)表達(dá)式中的物理量選擇需要的測量工具；

（2）為了保證碰撞前后使入射小球的速度方向不變，故必須使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量．

（3）小球1和小球2相撞后，小球2的速度增大，小球1的速度減小，都做平拋運(yùn)動，由平拋運(yùn)動規(guī)律不難判斷出；

（4）先根據(jù)平拋運(yùn)動的特點(diǎn)判斷碰撞前后兩個(gè)小球的落地點(diǎn)，再求出碰撞前后兩個(gè)小球的速度，根據(jù)動量的公式列出表達(dá)式，代入數(shù)據(jù)看碰撞前后的動量是否相等．

解：（1）在小球碰撞過程中水平方向動量守恒定律故有：m1v0=m1v1+m2v2

在做平拋運(yùn)動的過程中由于時(shí)間是相等的，所以得：tm1v0=tm1v1+tm2v2

即：m1=m1+m2

可知，需要使用天平測量小球的質(zhì)量，使用刻度尺測量小球在水平方向的位移；所以需要選擇的器材有A、C、D．

（2）在小球碰撞過程中水平方向動量守恒定律故有：m1v0=m1v1+m2v2

在碰撞過程中動能守恒故有：m1v02=m1v12+m2v22

解得：v1=

要碰后入射小球的速度v1＞0，即m1﹣m2＞0，

故答案為：大于．

（3）1球和2球相撞后，2球的速度增大，1球的速度減小，都做平拋運(yùn)動，豎直高度相同，所以所以碰撞后2球的落地點(diǎn)是P點(diǎn)，所以被碰球2飛行的水平距離由圖中線段表示；

（4）N為碰前入射小球落點(diǎn)的位置，M為碰后入射小球的位置，P為碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度為：

碰撞后入射小球的速度為：

碰撞后被碰小球的速度為：

若m1v1=m2v3+m1v2則表明通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩球碰撞過程中動量守恒，帶入數(shù)據(jù)得：m1=m1+m2