Question

18．某同学用如图所示的装置，利用两个大小相同的小球做对心碰撞来验证动量守恒定律，图中AB是斜槽，BC是水平槽，它们连接平滑，O点为重锤线所指的位置．实验时先不放置被碰球2，让球1从斜槽上的某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复10次，然后将球2置于水平槽末端，让球1仍从位置G由静止滚下，和球2碰撞，碰后两球分别在记录纸上留下各自的痕迹，重复10次．实验得到小球的落点的平均位置分别为M、N、P．
（1）在该实验中，应选用的器材是下列器材中的ACE．
A．天平   B．游标卡尺   C．刻度尺    D．大小相同的钢球两个E．大小相同的钢球和铝球各一个
（2）在此实验中，球1的质量为m₁，球2的质量为m₂，需满足m₁大于m₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若实验结果满足m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{OP}$，就可以验证碰撞过程中动量守恒．

Answer 1

分析 1）根据实验的原理，选择需要进行实验的器材；写出验证动量守恒定律的表达式，根据表达式中的物理量选择需要的测量工具；
（2）为了保证碰撞前后使入射小球的速度方向不变，故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量．
（3）先根据平抛运动的特点判断碰撞前后两个小球的落地点，再求出碰撞前后两个小球的速度，根据动量的公式列出表达式，代入数据看碰撞前后的动量是否相等．

解答 解：（1）在小球碰撞过程中水平方向动量守恒定律故有：
m₁v₀=m₁v₁+m₂v₂
在做平抛运动的过程中由于时间是相等的，所以得：
t•m₁v₀=t•m₁v₁+t•m₂v₂
即：m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{ON}$可知，需要使用天平测量小球的质量，使用刻度尺测量小球在水平方向的位移；
所以需要选择的器材有A、C、D．
（2）在小球碰撞过程中水平方向动量守恒定律故有：m₁v₀=m₁v₁+m₂v₂
在碰撞过程中动能守恒故有：$\frac{1}{2}$m₁v₀²=$\frac{1}{2}$m₁v₁²+$\frac{1}{2}$m₂v₂²
解得：v₁=$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{{m}_{1}+{m}_{2}}$v₀
要碰后入射小球的速度v₁＞0，即m₁-m₂＞0，
故答案为：大于．
（3）根据（1）中结论可知，本实验中应验证的表达式为：
m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{OP}$
故答案为：（1）ACE；（2）大于；（3）m₁$\overline{ON}$=m₁$\overline{OM}$+m₂$\overline{OP}$

点评 本题是运用等效思维方法考查动量守恒的实验，要注意明确由于平抛时间相等，所以可用水平位移代替初速度，这样将不便验证的方程变成容易验证．