Question

某同學(xué)用下圖所示裝置探究A、B兩球在碰撞中動(dòng)量是否守恒。該同學(xué)利用平拋運(yùn)動(dòng)測量兩球碰撞前后的速度，實(shí)驗(yàn)裝置和具體做法如下，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽。實(shí)驗(yàn)時(shí)先使Ａ球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滑下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡。再把Ｂ球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓Ａ球仍從位置G由靜止開始滑下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡。重復(fù)這種操作10次，并畫出實(shí)驗(yàn)中A、B兩小球落點(diǎn)的平均位置。圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)。其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的豎直平面，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對齊。

（1）（2分）為了使兩球碰撞為一維碰撞，所選兩球的直徑關(guān)系為：A球的直徑             B球的直徑（“大于”、“等于”或“小于”）；為減小實(shí)驗(yàn)誤差，在兩球碰撞后使A球不反彈，所選用的兩小球質(zhì)量關(guān)系應(yīng)為m_A               m_B（選填“小于”、“大于”或“等于”）；

（2）（2分）在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測量？答：        （填選項(xiàng)號）。

A、水平槽上未放B球時(shí)，測量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離

B、A球與B球碰撞后，測量A球與B球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離

C、A球和B球在空間飛行的時(shí)間

D、測量G點(diǎn)相對于水平槽面的高度

 

（3）（4分）已知m_A和m_B。 E、F、J是實(shí)驗(yàn)中小球落點(diǎn)的平均位置，請你根據(jù)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)中所選小球和實(shí)驗(yàn)的記錄紙判斷，A球沒有碰撞B球時(shí)的落點(diǎn)是              點(diǎn)（在E、F、J三個(gè)落點(diǎn)中選填），A球與B球碰撞后A球的落點(diǎn)是              點(diǎn)（在E、F、J三個(gè)落點(diǎn)中選填）。該同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明在實(shí)驗(yàn)中A、B兩球碰撞中動(dòng)量守恒，請你用上圖中的字母寫出該同學(xué)判斷動(dòng)量守恒的表達(dá)式是               。

Answer 1

【答案】（1）等于  大于  （2）AB   （3）F   E  m_AOF=m_AOE+m_BOJ

【解析】（1）為了使兩球的碰撞為一維碰撞，則兩球的球心應(yīng)該在一條水平線上，故要求兩球的直徑相等；兩球碰撞過程中，動(dòng)量守恒，本實(shí)驗(yàn)要求碰后A球的動(dòng)量方向不變，故m _A大于m_B。

（2）要驗(yàn)證動(dòng)量守恒，就需要知道碰撞前后的動(dòng)量，所以要測量兩個(gè)小球的質(zhì)量及碰撞前后小球的速度，碰撞前后小球都做平拋運(yùn)動(dòng)，速度可以用水平位移代替，所以需要測量的量為：小球A、B的質(zhì)量m_A、m_B，記錄紙上O點(diǎn)到E、F、J各點(diǎn)的距離，故選項(xiàng)AB正確。

（3）F為碰前入射小球落點(diǎn)的位置，E為碰后入射小球的位置，J為碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度v₁＝OF/t,碰撞后入射小球的速度v₂＝OE/t,碰撞后被碰小球的速度v₃＝OJ/t，若m_Av₁=m_Bv₃+m_Av₂，則表明通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒，帶入數(shù)據(jù)得：m_AOF=m_AOE+m_BOJ.