题目内容

【题目】如图所示为实验室验证碰撞中的动量守恒的实验装置.

①下列说法中不符合本实验要求的是___

A.入射球比靶球质量大,但二者的直径可以不同

B.在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放

C.安装轨道时,轨道末端必须水平

D.需要使用的测量仪器有天平和刻度尺

②实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为O点,经多次释放入射球,在记录纸上找到了两球平均落点位置为M、P、N,并测得它们到O点的距离分别为OM、OPON。已知入射球的质量为m1靶球的质量为m2,如果测得m1OM+m2ON近似等于________,则认为成功验证了碰撞中的动量守恒.

③在实验中,根据小球的落点情况,若等式ON=_______________成立,则可证明碰撞中系统的动能守恒(要求用②问中的涉及的物理量表示).

【答案】A m1OPOM+OP

【解析】

(1)为了保证入射小球不反弹,则入射小球的质量大于被碰小球的质量;为了发生对心碰撞,两球的半径需相同,故A错误在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放,保证碰前的速度相同,故B正确.为了保证小球做平抛运动,安装轨道时,轨道末端必须水平,故C正确.在该实验中需要测量小球的质量以及小球的水平位移,需要的测量仪器是天平、刻度尺,故D正确.故选BCD.
(2)碰撞过程中,如果水平方向动量守恒,由动量守恒定律得:m1v1=m1v1′+m2v2,小球做平抛运动时抛出点的高度相等,它们在空中的运动时间t相等,两边同时乘以时间t,m1v1t=m1v1′t+m2v2t,m1OB=m1OA+m2OC;即如果得到m1OB=m1OA+m2OC,则认为碰撞中的不变量是质量与速度的乘积之和。

(3)若碰撞中系统的动能守恒,则m1v12=m1v12+m2v22,即m1OB2=m1OA2+m2OC2;联立解得:OC=OB+OA.

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