Question

某同学用下图所示装置探究A、B两球在碰撞中动量是否守恒。该同学利用平抛运动测量两球碰撞前后的速度，实验装置和具体做法如下，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使Ａ球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滑下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把Ｂ球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让Ａ球仍从位置G由静止开始滑下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次，并画出实验中A、B两小球落点的平均位置。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的竖直平面，米尺的零点与O点对齐。

（1）（2分）为了使两球碰撞为一维碰撞，所选两球的直径关系为：A球的直径             B球的直径（“大于”、“等于”或“小于”）；为减小实验误差，在两球碰撞后使A球不反弹，所选用的两小球质量关系应为m_A               m_B（选填“小于”、“大于”或“等于”）；

（2）（2分）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：        （填选项号）。

A、水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离

B、A球与B球碰撞后，测量A球与B球落点位置到O点的距离

C、A球和B球在空间飞行的时间

D、测量G点相对于水平槽面的高度

 

（3）（4分）已知m_A和m_B。 E、F、J是实验中小球落点的平均位置，请你根据该同学实验中所选小球和实验的记录纸判断，A球没有碰撞B球时的落点是              点（在E、F、J三个落点中选填），A球与B球碰撞后A球的落点是              点（在E、F、J三个落点中选填）。该同学通过实验数据说明在实验中A、B两球碰撞中动量守恒，请你用上图中的字母写出该同学判断动量守恒的表达式是               。

Answer 1

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

【解析】（1）为了使两球的碰撞为一维碰撞，则两球的球心应该在一条水平线上，故要求两球的直径相等；两球碰撞过程中，动量守恒，本实验要求碰后A球的动量方向不变，故m _A大于m_B。

（2）要验证动量守恒，就需要知道碰撞前后的动量，所以要测量两个小球的质量及碰撞前后小球的速度，碰撞前后小球都做平抛运动，速度可以用水平位移代替，所以需要测量的量为：小球A、B的质量m_A、m_B，记录纸上O点到E、F、J各点的距离，故选项AB正确。

（3）F为碰前入射小球落点的位置，E为碰后入射小球的位置，J为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，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，带入数据得：m_AOF=m_AOE+m_BOJ.