Question

用如图甲所示的装置，来验证碰撞过程中的动量守恒．图中PQ是斜槽，QR为水平槽．O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，A、B两球的质量之比m_A：m_B=3：1．先使A球从斜槽上固定位置G由静止释放，在水平地面的记录纸上留下落点痕迹，重复10次，得到10个落点．再把B球放在水平槽上的末端R处，让A球仍从位置G由静止释放，与B球碰撞，碰后A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复10次．A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示，其中米尺的零点与O点对齐．
（1）碰撞后A球的水平射程应取______cm．
（2）本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度．下面的实验条件中，不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度的是______．
A．使A、B两小球的质量之比改变为5：1
B．升高固定点G的位置
C．使A、B两小球的直径之比改变为1：3
D．升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度
（3）利用此次实验中测得的数据计算碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为______．（结果保留三位有效数字）

Answer 1

（1）A小球和B小球相撞后，B小球的速度增大，A小球的速度减小，碰撞前后都做平抛运动，高度相同，所以运动时间相同，所以速度大的水平位就大，而碰后A的速度小于B的速度，所以碰撞后A球的落地点距离O点最近，所以碰撞后A球的水平射程应取14.50cm．
（2）只有当小球做平抛运动时才能用水平位移表示为水平速度，
A、改变小球的质量比，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
B、升高固定点G的位置，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
C、使A、B两小球的直径之比改变为1：3，小球的球心不在同一高度，碰撞后小球的速度不在水平方向，不能做平抛运动，不可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
D、升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
故选C
（3）碰撞前A球做平抛运动的水平位移为x₁=30cm，碰撞后A球做平抛运动的水平位移为x₂=14.5cm，碰撞后B球做平抛运动的水平位移为x₃=45cm
设运动的时间为t，则碰撞前的动量为：mA

x1

t

，碰撞后总动量为：mA

x2

t

+mB

x3

t

所以碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为

mA x1 t

mA x2 t +mB x3 t

=1.01
故答案为：14.50；C；1.01