Question

【题目】如图为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验

①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2；

②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；

③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P；

④将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置；

⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离，图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为sM、sP、sN。依据上述实验步骤，请回答下面问题：

(1)两小球的质量m1、m2应满足_________（填写“＞”“＜”或“=”）；

(2)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中______点，m2的落点是图中______点；

(3)用题目中给出的符号来表示，只要满足关系式_______________，就能说明两球碰撞前后动量是守恒的；

(4)用题目中给出的符号来表示，只要满足关系式_______________，就能说明两小球的碰撞为弹性碰撞。

Answer 1

【答案】 N

【解析】

(1)[1]为了防止入射球碰撞后反弹，一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量，故m1＞m2；
(2)(3)[2][3][4]碰撞前，小球m1落在图中的P点，设其水平初速度为v1；小球m1和m2发生碰撞后，m1的速度变小，m1的落点在图中的M点，设其水平初速度为v'1；m2的落点是图中的N点，设其水平初速度为v2；设斜面BC与水平面的倾角为α
由平抛运动规律得

sMsinα=gt2

sMcosα=v1′t

解得

同理可得

因此只要满足

m1v1=m2v2+m1v'1

即

则说明两球碰撞过程中动量守恒。
(3)[5]如果满足小球的碰撞为弹性碰撞，则应满足

代入以上速度表达式可得

m1sP=m1sM+m2sN

故需要验证m1sP和m1sM+m2sN相等。