Question

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．

Answer 1

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．