Question

16．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实验．在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g．采用的实验步骤如下：
A．在小滑块?上固定一个宽度为d的窄挡光片；
B．用天平分别测出小滑块（含挡光片）和小球b的质量m、m_b；
C．在?和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上；
D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；
E．记录滑块?通过光电门时挡光片的遮光时间t；
F．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s_b；
G．改变弹簧压缩量，进行多次测量．

（1）用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度为2.550mm．
（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即m_a$\frac{d}{t}$=m_bs_b$\sqrt{\frac{g}{2h}}$．（用上述实验所涉及物理量的字母表示）

Answer 1

分析 （1）螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读；
（2）根据两小球的运动过程进行分析，根据平抛运动和光电门的性质明确两球的速度，再根据动量守恒定律列式进行分析即可明确如何才能保证动量守恒；

解答 解：（1）螺旋测微器的固定刻度读数为2.5mm，可动刻度读数为0.01×5.0mm=0.050mm，所以最终读数为：5.5mm+0.050mm=2.550mm．
（2）烧断细线后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度为：v_a=$\frac{d}{t}$；
故a的动量为：P_a=m_a$\frac{d}{t}$
b离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得：
h=$\frac{1}{2}$gt²
s_b=v_bt
解得：v_b=s_b$\sqrt{\frac{g}{2h}}$
动量大小：P_b=m_bs_b$\sqrt{\frac{g}{2h}}$
若动量守恒，设向右为正，则有：0=m_bv_b-m_av_a
即m_a$\frac{d}{t}$=m_bs_b$\sqrt{\frac{g}{2h}}$
故答案为：（1）2.550；（2）m_a$\frac{d}{t}$，m_bs_b$\sqrt{\frac{g}{2h}}$

点评 本题为探究型实验，解题的关键在于分析题意，明确实验原理，再根据对应的物理规律进行分析求解；要注意明确验证动量守恒定律以及光电门和平抛运动规律的正确应用．