Question

19．如图所示，用“碰撞实验器”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．
（1）下列说法中符合本实验要求的是ACD．
A．安装轨道时，轨道末端必须水平
B．必要的测量仪器有天平、刻度尺和秒表
C．入射球必须比靶球质量大，且二者的直径必须相同
D．在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一位置由静止释放
（2）图中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影．实验时，先让入射小球多次从S位置由    静止释放，找到其平均落地点的位置．然后把靶球静置于轨道的末端，再将入射小球从同一位置由静止释放，多次重复，并找到碰撞后两球各自落地点的平均位置．用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置与O点的距离（线段OM、OP、ON的长度），分别用x₁、x₂、x₃表示．入射小球的质量m₁，靶球的质量为m₂，若满足关系式m₁x₂=mx₁+m₂x₃，则两球碰撞前后系统动量守恒．

Answer 1

分析 （1）分析实验原理，明确实验中应满足的条件；同时根据实验原理明确实验中的注意事项；
（2）根据碰撞前后动量守恒可以写成表达式，注意明确平抛运动时间相同，所以用平抛的水平距离来测量水平速度．

解答 解：（1）A、本实验根据平抛运动规律验证动量守恒定律，所以轨道末端必须水平，故A正确；
B、实验中需要测量小球的质量和水平距离，但不需要测量时间，故不需要秒表，故B错误；
C、为了防止入射球反弹，故入射球必须比靶球质量大，且为了保证对心碰撞，故二者的直径必须相同，故C正确；
D、在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一位置由静止释放，这样才能保证小球每次碰撞中的速度相同，故D正确；
故选：ACD．
（2）根据平抛运动可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t，则：
v₀=$\frac{{x}_{2}}{t}$，v₁=$\frac{{x}_{1}}{t}$，v₂=$\frac{{x}_{3}}{t}$，
而动量守恒的表达式是：m₁v₀=m₁v₁+m₂v₃
若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式m₁x₂=mx₁+m₂x₃即可．
故答案为：（1）ACD；（2）m₁x₂=mx₁+m₂x₃

点评 该题考查用“碰撞试验器”验证动量守恒定律，质量可测而瞬时速度较难．所以利用平抛运动的性质来进行该实验，注意虽然小球做平抛运动，但是却没有用到速度和时间，而是用位移x来代替速度v，成为是解决问题的关键．