Question

某同學用下圖所示裝置探究A、B兩球在碰撞中動量是否守恒。該同學利用平拋運動測量兩球碰撞前后的速度，實驗裝置和具體做法如下，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽。實驗時先使Ａ球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滑下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復上述操作10次，得到10個落點痕跡。再把Ｂ球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓Ａ球仍從位置G由靜止開始滑下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復這種操作10次，并畫出實驗中A、B兩小球落點的平均位置。圖中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點。其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的豎直平面，米尺的零點與O點對齊。

（1）（2分）為了使兩球碰撞為一維碰撞，所選兩球的直徑關系為：A球的直徑             B球的直徑（“大于”、“等于”或“小于”）；為減小實驗誤差，在兩球碰撞后使A球不反彈，所選用的兩小球質量關系應為m_A               m_B（選填“小于”、“大于”或“等于”）；

（2）（2分）在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：        （填選項號）。

A、水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離

B、A球與B球碰撞后，測量A球與B球落點位置到O點的距離

C、A球和B球在空間飛行的時間

D、測量G點相對于水平槽面的高度

 

（3）（4分）已知m_A和m_B。 E、F、J是實驗中小球落點的平均位置，請你根據該同學實驗中所選小球和實驗的記錄紙判斷，A球沒有碰撞B球時的落點是              點（在E、F、J三個落點中選填），A球與B球碰撞后A球的落點是              點（在E、F、J三個落點中選填）。該同學通過實驗數據說明在實驗中A、B兩球碰撞中動量守恒，請你用上圖中的字母寫出該同學判斷動量守恒的表達式是               。

Answer 1

【答案】（1）等于  大于  （2）AB   （3）F   E  m_AOF=m_AOE+m_BOJ

【解析】（1）為了使兩球的碰撞為一維碰撞，則兩球的球心應該在一條水平線上，故要求兩球的直徑相等；兩球碰撞過程中，動量守恒，本實驗要求碰后A球的動量方向不變，故m _A大于m_B。

（2）要驗證動量守恒，就需要知道碰撞前后的動量，所以要測量兩個小球的質量及碰撞前后小球的速度，碰撞前后小球都做平拋運動，速度可以用水平位移代替，所以需要測量的量為：小球A、B的質量m_A、m_B，記錄紙上O點到E、F、J各點的距離，故選項AB正確。

（3）F為碰前入射小球落點的位置，E為碰后入射小球的位置，J為碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度v₁＝OF/t,碰撞后入射小球的速度v₂＝OE/t,碰撞后被碰小球的速度v₃＝OJ/t，若m_Av₁=m_Bv₃+m_Av₂，則表明通過該實驗驗證了兩球碰撞過程中動量守恒，帶入數據得：m_AOF=m_AOE+m_BOJ.