题目内容
【题目】如图所示,用“碰撞试验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
试验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是,可以通过仅测量______ 来间接地解决这个问题。
A.小球开始释放高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的射程
图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影,实验时,先让入射球多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP,然后,把被碰小球静止于轨道的水平部分,再将入射小球从斜轨上S位置静止释放,与小球相撞,并多次重复。椐据图可得两小球质量的大小关系为_____, (接下来要完成的必要步骤是__________
A.用天平测量两个小球的质量、
B.测量小球开始释放高度h
C.测量抛出点距地面的高度H
D.分别找到、相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM,ON
若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示______________________ (用中测量的量表示)
【答案】(1)C (2)>; ADE (3)m1OP=m1OM+m2ON;
【解析】
(1)在做“验证动量守恒定律”的实验中,是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的,所以要保证每次小球都做平抛运动,则轨道的末端必须水平.
(2)由动量守恒定律求出需要验证的表达式,根据表达式以及实验过程分析实验中的步骤;
(3)根据(2)的分析确定需要验证的关系式.验证动量守恒定律实验中,质量可测而瞬时速度较难.因此采用了落地高度不变的情况下,水平射程来反映平抛的初速度大小,所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度.过程中小球释放高度不需要,小球抛出高度也不要求.最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒.根据机械能守恒确定验证是否为弹性碰撞的表达式.
(1)验证动量守恒定律实验中,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,根据平抛运动规律,若落地高度不变,则运动时间不变,因此可以用水平射程大小来体现速度速度大小,故需要测量水平射程,故AB错误,C正确.故选C
(2)碰撞过程中动量、能量均守恒,因此有:m1v0=m1v1+m2v2, 因此有:v1=v0,因此要使入射小球m1碰后不被反弹,应该满足m1>m2.碰撞过程动量守恒,则m1v0=m1v1+m2v2,两边同时乘以时间t得:m1v0t=m1v1t+m2v2t,则m1OP=m1OM+m2ON,因此A实验需要测量两球的质量,然后确这落点的位置,再确定两球做平抛运动的水平位移,故选ADE.
(3)由(2)知,实验需要验证:m1OP=m1OM+m2ON;