题目内容
【题目】用如图所示的实验装置验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)若球1的质量为,半径为;球2的质量为,半径为,为完成实验需满足________(选填字母代号)
A.
B.
C.
D.
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让球1多次从斜轨上A点由静止释放,找到平均落地点的位置,应该是______点(选填“M”“P”或者“N”)(称为操作一)。然后,把球2静置于轨道的水平部分边缘位置B点,再将球1从斜轨上A点由静止释放,使它们碰撞,重复多次,并找到碰撞后球1和球2落点的平均位置,分别是______点(选填“M”“P”或者“N”)和______点(选填“M”“P”或者“N”)(称为操作二)
(3)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量__________。(选填字母代号)
A.P点到O点的距离OP
B.M点、N点到O点的距离OM、ON
C.球1和球2的直径
D.球1和球2的质量
E.球1开始释放的高度h
F.球抛出点距地面的高度H
(4)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示_____________(用(3)中测量的量表示);若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为________(3)中测量的量表示)
(5)在调节实验装置时,使固定在桌边的斜轨末端的切线水平是为了_______________________。
(6)如果在进行操作二时,球1从斜轨上开始滚下的位置比操作一时低一些,实验将会得到怎样的结果?说明道理_____________。
【答案】C P M N ABD 保证小球做平抛运动 如果在进行操作二时,球1从斜轨上开始滚下的位置比操作一时低一些,那么碰撞前球1的动量就会比操作一中球1获得的动量小,所以碰撞后球1、球2的总动量小于操作一中球1的动量,即
【解析】
(1)[1].此实验中为防止入射球反弹,要求入射球的质量大于被碰球的质量;为保证两球正碰,则两球半径应该相等;故选C;
(2)[2][3][4].不放被碰球时,入射球1的落点应该是P点。放上被碰球2后然后,球1的落点是M点球2的落地点是N点;
(3)[5].要验证动量守恒定律定律,即验证
小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得
得
因此实验需要测量:P点到O点的距离OP, M点、N点到O点的距离OM、ON以及球1和球2的质量,故选ABD;
(4)[6][7].由(3)可知,若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为
如果碰撞为弹性碰撞,则碰撞过程机械能守恒,由机械能守恒定律得
两边同时乘以t2得
整理得
(5)[8].在调节实验装置时,使固定在桌边的斜轨末端的切线水平是为了保证小球做平抛运动。
(6)[9].如果在进行操作二时,球1从斜轨上开始滚下的位置比操作一时低一些,那么碰撞前球1的动量就会比操作一中球1获得的动量小,所以碰撞后球1、球2的总动量小于操作一中球1的动量,即。