题目内容

(2007?厦门模拟)用如图所示装置验证动量守量定律,质量为mA的钢球A用细线悬挂于点O,质量为mB的钢球B放在离地面高度为h的小支柱N上,O点到A球球心的距离为l,使悬线在A球释放前张紧,且线与竖直线的夹角为α,A球释放后摆到最低点时恰好与B球正碰,碰撞后,A球把轻质指针OC推移到与竖直线夹角β处,B球落到地面上,地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α不变,多次重复上述实验,白纸上记录了多种B球的落点,图中s是B球初始位置到落点的水平位移.
(1)为了验证两球碰撞过程中动量守恒,某同学测得A球质量mA,B球质量mB,高度h,水平位移s,夹角α,还应测得
夹角β
夹角β
、
线长l
线长l
等物理量.
(2)用测量的物理量表示碰撞前后A球、B球的动量:PA=
mA
2gl(1-cosα)
mA
2gl(1-cosα)
,PA′=
mA
2gl(1-cosβ)
mA
2gl(1-cosβ)
,PB=
0
0
,PB′
mBs
g
2h
mBs
g
2h
.
分析:A球下摆过程机械能守恒,根据守恒定律列式求最低点速度;球A上摆过程机械能再次守恒,可求解碰撞后速度;碰撞后小球B做平抛运动,根据平抛运动的分位移公式求解碰撞后B球的速度,然后验证动量是否守恒即可.
解答:解:(1)为了验证两球碰撞过程中动量守恒,需要测量A球碰前和碰后的速度以及B球碰后的速度.
对A球根据机械能守恒定律得,mAgl(1-cosα)=
1
2
mAvA2
,解得vA=
2gl(1-cosα)
.
mAgl(1-cosβ)=
1
2
mAvA′2
,解得vA′=
2gl(1-cosβ)

对B球,根据h=
1
2
gt2
得,t=
2h
g
.则碰后B球的速度vB′=s?
g
2h
.
可知还应测量夹角β,线长l
(2)根据动量的表达式得,PA=mAvA=mA
2gl(1-cosα)
,PA=mAvA′=mA
2gl(1-cosβ)
,PB=0,PB′=mBvB′=mBs
g
2h
.
故答案为:(1)夹角β,线长l
(2)mA
2gl(1-cosα)
,mA
2gl(1-cosβ)

0,mBs
g
2h
.
点评:解决本题的关键通过实验的原理确定测量的物理量,结合机械能守恒定律和平抛运动的规律综合求解.
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