Question

18．某同學(xué)用如圖所示的裝置，利用兩個大小相同的小球做對心碰撞來驗證動量守恒定律，圖中AB是斜槽，BC是水平槽，它們連接平滑，O點為重錘線所指的位置．實驗時先不放置被碰球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．實驗得到小球的落點的平均位置分別為M、N、P．
（1）在該實驗中，應(yīng)選用的器材是下列器材中的ACE．
A．天平   B．游標(biāo)卡尺   C．刻度尺    D．大小相同的鋼球兩個E．大小相同的鋼球和鋁球各一個
（2）在此實驗中，球1的質(zhì)量為m₁，球2的質(zhì)量為m₂，需滿足m₁大于m₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若實驗結(jié)果滿足m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{OP}$，就可以驗證碰撞過程中動量守恒．

Answer 1

分析 1）根據(jù)實驗的原理，選擇需要進(jìn)行實驗的器材；寫出驗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）先根據(jù)平拋運動的特點判斷碰撞前后兩個小球的落地點，再求出碰撞前后兩個小球的速度，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．

解答 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
在做平拋運動的過程中由于時間是相等的，所以得：
t•m₁v₀=t•m₁v₁+t•m₂v₂
即：m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{ON}$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：$\frac{1}{2}$m₁v₀²=$\frac{1}{2}$m₁v₁²+$\frac{1}{2}$m₂v₂²
解得：v₁=$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{{m}_{1}+{m}_{2}}$v₀
要碰后入射小球的速度v₁＞0，即m₁-m₂＞0，
故答案為：大于．
（3）根據(jù)（1）中結(jié)論可知，本實驗中應(yīng)驗證的表達(dá)式為：
m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{OP}$
故答案為：（1）ACE；（2）大于；（3）m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{OP}$

點評 本題是運用等效思維方法考查動量守恒的實驗，要注意明確由于平拋時間相等，所以可用水平位移代替初速度，這樣將不便驗證的方程變成容易驗證．