Question

4．某同学用图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下，图中PQ是斜槽，QR为水平槽．实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滑下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滑下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次，并画出实验中A、B两小球落点的平均位置．图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点．其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的竖直平面，米尺的零点与O点对齐．

（1）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
（2）如图2，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的记录数据进行计算并判断，若实验中A、B两球碰撞中动量守恒，则m_A：m_B=2：1，两小球的碰撞是（选填“是”或“不是”）弹性碰撞．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定需要测量的物理量．
（2）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．再根据弹性碰撞的条件可明确是否为弹性碰撞．

解答 解：（1）根据动量守恒有：m_Av₀=m_Av₁+m_Bv₂，因为v₀=$\frac{{x}_{1}}{t}$，v₁=$\frac{{x}_{2}}{t}$，v₂=$\frac{{x}_{3}}{t}$．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．
由图可知OF=45cm；OE=15cm； OJ=60cm；
代入可得：m_A：m_B=2：1；
根据能量守恒可知，若是弹性碰撞，则应满足机械能守恒；代入数据可知：$\frac{1}{2}$m_AOF²=$\frac{1}{2}$m_AOE²+$\frac{1}{2}$m_BOJ²．
故说明碰撞为弹性碰撞；
故答案为：（1）AB；（2）2：1； 是

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；同时注意根据速度公式分析对应的验证表达式．