题目内容

19.某实验小组设计了如图甲所示的理论装置验证“碰撞中的动量守恒”.用一飞行的子弹击穿旋转的纸筒后,击中放在桌边缘的木块并停留在其中,忽略子弹击穿纸筒时能量的损失.现测得纸筒转动的角速度为ω,半径为R.子弹从A点穿入,在纸筒旋转一周后从B点穿出,∠A′OB=θ(如图乙所示).桌面高度为h,子弹与木块的水平射程为s,子弹与木块的质量分别为m1、m2.

(1)验证动量是否守恒只需判断m1$\frac{2ωR}{2π+θ}$和(m1+m2)s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$是否相等即可.(填题中所给已知量表示的代数式)(2)该实验装置在实际操作过程中是否可行?不可行;子弹飞行的速度很大,
危险性大;子弹的测速只能粗略测量;子弹穿过纸筒
转过的圈数不便于计数.(并回答可行或不可行的原因).

分析 根据子弹在圆桶中的运动情况并分析圆桶转动时间,由速度公式可求得子弹的速度;再对子弹和木块由动量守恒定律可明确需要验证的表达式;
根据实验原理及方法分析是否可行.

解答 解:(1)纸桶转动的时间t=$\frac{2π+θ}{ω}$;
子弹的速度v=$\frac{2ωR}{2π+θ}$;
子弹与木块做平抛运动;
根据平抛运动规律可知:
整体下落的时间′=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$;子弹和木块的共同速度v=$\frac{s}{t′}$=s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$;
则根据动量守恒定律可知:
故只需验证m1$\frac{2ωR}{2π+θ}$和(m1+m2)s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$是否相等即可.
(2)实际操作过程中是不可行的.因为子弹飞行的速度很大,
危险性大;子弹的测速只能粗略测量;子弹穿过纸筒
转过的圈数不便于计数.
故答案为:(1)m1$\frac{2ωR}{2π+θ}$;(m1+m2)s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$;
(2)不可行;
子弹飞行的速度很大,
危险性大;子弹的测速只能粗略测量;子弹穿过纸筒
转过的圈数不便于计数.

点评 本题为验证动量守恒的探究性实验,解题的关键在于正确分析实验原理,能利用所学规律进行分析,明确子弹的运动过程所涉及到的物理规律的应用.

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