Question

2．某同学用如图1所示装置探究A、B两球在碰撞中动量是否守恒．该同学利用平抛运动测量两球碰撞前后的速度，实验装置和具体做法如图1．

（1）为了使两球碰撞为一维碰撞，所选两球的直径关系为：A球的直径等于B球的直径（“大于”、“等于”或“小于”）；为减小实验误差，在两球碰撞后使A球不反弹，所选用的两小球质量关系应为m_A大于m_B（选填“小于”、“大于”或“等于”）；
（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？AB
A、水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B、A球与B球碰撞后，测量A球与B球落点位置到O点的距离
C、A球和B球在空间飞行的时间
D、测量G点相对于水平槽面的高度
（3）已知m_A和m_B． E、F、J是实验中小球落点的平均位置，请你根据该同学实验中所选小球和实验的记录纸判断（图2），A球没有碰撞B球时的落点是F点（在E、F、J三个落点中选填），A球与B球碰撞后A球的落点是E点（在E、F、J三个落点中选填）．该同学通过实验数据说明在实验中A、B两球碰撞中动量守恒，请你用图2中的字母写出该同学判断动量守恒的表达式是m_AOF=m_AOE+m_BOJ．

Answer 1

分析 （1）为了实现对心碰撞，两球的直径需相同，为零使碰撞后A球不反弹，则A球的质量大于B球的质量．
（2）根据实验的原理确定需要测量的物理量．
（3）根据碰撞前后小球的速度大小确定落点的位置．根据动量守恒列出表达式．

解答 解：（1）为了使两球碰撞为一维碰撞，即实现对心碰撞，则A球的直径等于B球的直径．
在小球碰撞过程中水平方向动量守恒定律，故有m_Av₀=m_Av₁+m_Bv₂
在碰撞过程中动能守恒，故有$\frac{1}{2}{m}_{A}{{v}_{0}}^{2}=\frac{1}{2}{m}_{A}{{v}_{1}}^{2}+\frac{1}{2}{m}_{B}{{v}_{2}}^{2}$
联立解得${v}_{1}=\frac{{m}_{A}-{m}_{B}}{{m}_{A}+{m}_{B}}{v}_{0}$，要碰后入射小球的速度v₁＞0，即m_A-m_B＞0，故m_A＞m_B．
（2）根据动量守恒有：m_Av₀=m_Av₁+m_Bv₂，因为${v}_{0}=\frac{{x}_{1}}{t}$，${v}_{1}=\frac{{x}_{2}}{t}$，${v}_{2}=\frac{{x}_{3}}{t}$．因为时间相同，可以用水平位移代替速度，所以需要测量水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离，A球与B球碰撞后，A球与B球落点位置到O点的距离．故A、B正确．
故选：AB．
（3）A球与B球碰后，A球的速度减小，可知A球没有碰撞B球时的落点是F点，A球与B球碰撞后A球的落点是E点．用水平位移代替速度，动量守恒的表达式为：
m_AOF=m_AOE+m_BOJ．
故答案为：（1）等于，大于 （2）AB． （3）F，E，m_AOF=m_AOE+m_BOJ

点评 本题关键明确验证动量守恒定律实验的实验原理，注意等效替代在实验中的运用．