Question

【題目】用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。如圖所示，先安裝好實驗裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙，記下重垂線所指的位置O。

實驗步驟如下：

步驟1：不放小球2，讓小球1從斜槽上A點由靜止滾下，并落在埤面上。重復多次，用盡可能小的圓，把小球的所有落點圈在里面，其圓心就是小球落點的平均位置；

步驟2：把小球2放在斜槽前端邊緣位置B，讓小球1從A點由靜止滾下，使它們碰撞。重復多次，

并使用與步驟1同樣的方法分別標出碰撞后兩小球落點的平均位置；

步驟3：用刻度尺分別測量三個落地點的平均位置M、P、N離O點的距離，即線段OM、OP、ON的長度。

(1)上述實驗除需測量線段OM、OP、ON的長度外，還需要測量的物理量有（____）

A．小球1和小球2的質量m1、m2

B．B點離地面的高度h2

C．A、B兩點間的高度差h

D．小球1和小球2的半徑r

(2)當所測物理量滿足表達式___________（用所測物理量的字母表示）時，即說明兩球碰撞遵守動量守恒定律。

(3)完成上述實驗后，某實驗小組對上述裝置進行了改造，如圖所示的圓弧為圓心在斜槽末端的1/4圓周。使小球1仍從斜槽上A點由靜止滾下，重復實驗步驟1和2的操作，得到兩球落在圓弧上的平均落點為M＇、P＇、N＇。測得斜槽末端與M＇、P＇、N＇三點的連線與豎直方向的夾角分別為1、2、3，則驗證兩球碰撞過程中動量守恒的表達式為___________（用所測物理量的字母表達）

Answer 1

【答案】A m1OP＝m1OM＋m2ON

【解析】

(1)因為平拋運動的時間相等，則水平位移可以代表速度，OP是A球不與B球碰撞平拋運動的位移，該位移可以代表A球碰撞前的速度，OM是A球碰撞后平拋運動的位移，該位移可以代表碰撞后A球的速度，ON是碰撞后B球的水平位移，該位移可以代表碰撞后B球的速度，當所測物理量滿足表達m1OP=m1OM+m2ON，所以除了測量線段OM、OP、ON的長度外，還需要測量的物理量是小球1和小球2的質量m1、m2．故選A.

(2)由理論分析可知測物理量滿足表達m1OP=m1OM+m2ON。

(3)根據平拋運動規律，，由幾何關系可知，，可知，可推得，故將驗證動量守恒的表達式中的速度代換后為.