Question

13．小明同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验．如图甲所示，长木板下垫着小木片以平衡两车的摩擦力；让小车P做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车Q相碰并粘合成一体，继续做匀速运动；在小车P后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50Hz．

（1）某次实验测得纸带上各计数点的间距如图乙所示，A为运动的起点，则应选BC段来计算小车P碰撞前的速度，应选DE段来计算小车P和Q碰后的共同速度．（选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）
（2）测得小车P的质量m₁=0.4kg，小车Q的质量m₂=0.2kg，则碰前两小车的总动量大小为0.420kg•m/s，碰后两小车的总动量大小为0.417kg•m/s．（计算结果保留三位有效数字）
（3）由本次实验获得的初步结论是在误差允许范围内，系统动量守恒．

Answer 1

分析 （1）小车做匀速直线运动时，在相等时间内的位移相等，分析小车的运动过程，然后答题；
（2）根据打出的纸带由速度公式求出小车的速度，然后由P=mv求出动量．
（3）根据得出的碰撞前后的动量关系可分析系统动量是否守恒．

解答 解：（1）推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度．
（2）由图乙可知，BC段的距离为BC=10.50cm=0.1050m；
DE段的距离DE=6.95cm=0.0695m；
则碰前小车的速度为：v_A=$\frac{BC}{t}$=$\frac{0.1050}{0.02×5}$=1.05m/s，
碰前的总动量为：P=m_Av_A=0.4×1.05=0.420kg•m/s；
碰后小车的共同速度为：v=$\frac{DE}{t}$=$\frac{0.0695}{0.02×5}$=0.695m/s，
碰后的动量为：P′=（m_A+m_B）v=（0.4+0.2）×0.695=0.417kg•m/s；
（3）根据碰撞前后的动量关系可知在误差允许的范围内系统动量守恒．
故答案为：（1）BC，DE；（2）0.420；0.417；（3）在误差允许范围内，系统动量守恒．

点评 本题考查了验证动量守恒定律实验，分析清楚小车运动过程，运用速度公式、动量计算公式即可正确解题，要掌握根据纸带求速度的方法．