题目内容
15.某同学用如图所示装置来验证动量守恒定律,相应的操作步骤如下:A.将斜槽固定在桌面上,使斜槽末端保持水平,并用“悬挂重锤”的方法在水平地面上标定斜槽末端正下方的O点.
B.取入射小球a,使之自斜槽上某点静止释放,并记下小球a的落地点P1;
C.取被碰小球b,使之静止于斜槽末端,然后让小球a自斜槽上同一点由静止释放,运动至斜槽末端与小球b发生碰撞,并记下小球a的落地点M和小球b的落地点N;
D.测量有关物理量,并利用所测出的物理量做相应的计算,以验证a、b两小球在碰撞过程中所遵从的动量守恒定律.
(1)在下列给出的物理量中,本实验必须测量的有①④(填写选项的序号).
①小球a的质量m1和小球b的质量m2;
②小球a在斜槽上的释放点距斜槽末端的竖直高度h;
③斜槽末端距水平地面的竖直高度H;
④斜槽末端正下方的O点距两小球落地点P、M、N的水平距离OP、OM、ON;
⑤小球a自斜槽上某点处由静止释放直至离开斜槽末端所经历的时间t0;
⑥小球a、b自离开斜槽末端直至落地经历的时间t.
(2)步骤C和步骤B中小球a的释放点相同的原因保证小球做平抛运动的初速度相等;步骤B和步骤C中选取入射小球a的质量m1和被碰小球b的质量m2间的关系应该为m1>m2(填“>”或“<”).
(3)实验中所测量的物理量之间满足关系式m1OP=m1OM+m2ON,就可证实两小球在碰撞过程中遵从动量守恒定律.
分析 (1)应用动量守恒定律求出需要验证的表达式,然后根据表达式分析答题.
(2)根据实验原理与实验注意事项分析答题,明确入射球应大于被碰球,且每次入射球由同一点释放;
(3)根据平抛运动规律,再利用动量守恒定律求出需要验证的表达式,
解答 解:(1)小球离开轨道后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,它们在空中的运动时间t相等,
如果碰撞过程动量守恒,则:m1v1=m1v1′+m2v2′,
两边同时乘以t,则:m1v1t=m1v1′t+m2v2′t,
m1OP=m1OM+m2ON,
实验需要测量小球的质量、小球的水平位移,故选①④;
(2)为保证小球做平抛运动的初速度相等,每次实验时小球a应从同一位置由静止释放,
为防止两球碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量,即:m1>m2.
(3)由(1)可知,实验需要验证的表达式为:m1OP=m1OM+m2ON.
故答案为:(1)①④;(2)保证小球做平抛运动的初速度相等;>;(3)m1OP=m1OM+m2ON
点评 本题考查了验证动量守恒定律实验,要注意实验需要测量的量、实验注意事项、求表达式,知道实验原理与实验注意事项、应用动量守恒定律即可正确解题.
练习册系列答案
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