Question

12．如圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動量守恒定律，即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系．
①實(shí)驗(yàn)中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通過僅測量C（填選項(xiàng)前的符號），間接地解決這個(gè)問題．
A．小球開始釋放高度h  
B．小球拋出點(diǎn)距地面的高度H
C．小球做平拋運(yùn)動的射程
②圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m₁多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測量平拋射程OP．然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m₁從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m₂相碰，并多次重復(fù)．
接下來要完成的必要步驟是ADE（填選項(xiàng)前的符號）．
A．用天平測量兩個(gè)小球的質(zhì)量m₁、m₂
B．測量小球m₁開始釋放高度h
C．測量拋出點(diǎn)距地面的高度H
D．分別找到m₁、m₂相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N
E．測量平拋射程OM，ON
③若兩球相碰前后的動量守恒，其表達(dá)式可表示為m₁OP=m₁OM+m₂ON（用（2）中測量的量表示）；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為${m}_{1}•\overline{O{P}^{2}}={m}_{1}•\overline{O{M}^{2}}+{m}_{2}\overline{O{N}^{2}}$（用（2）中測量的量表示）．

Answer 1

分析 ①根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析答題．
②由動量守恒定律求出需要驗(yàn)證的表達(dá)式，根據(jù)表達(dá)式確定需要測量的量；
③根據(jù)②的分析確定需要驗(yàn)證的關(guān)系式．

解答 解：①小球離開軌道后做平拋運(yùn)動，由于小球拋出點(diǎn)的高度相等，它們在空中的運(yùn)動時(shí)間相等，小球的水平位移與小球的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，
故選：C．
②要驗(yàn)證動量守恒定律定律，即驗(yàn)證：m₁v₁=m₁v₂+m₂v₃，小球離開軌道后做平拋運(yùn)動，它們拋出點(diǎn)的高度相等，在空中的運(yùn)動時(shí)間t相等，
上式兩邊同時(shí)乘以t得：m₁v₁t=m₁v₂t+m₂v₃t，得：m₁OP=m₁OM+m₂ON，
因此實(shí)驗(yàn)需要測量：兩球的質(zhì)量、小球的水平位移，故選：ADE．
③由②可知，若兩球相碰前后的動量守恒，實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證：m₁OP=m₁OM+m₂ON；
若碰撞是彈性碰撞，那么還滿足：$\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{1}^{2}=\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{2}^{2}+\frac{1}{2}{m}_{2}{v}_{3}^{2}$
結(jié)合公式：x=vt
表達(dá)式整理為：${m}_{1}•\overline{O{P}^{2}}={m}_{1}•\overline{O{M}^{2}}+{m}_{2}\overline{O{N}^{2}}$
故答案為：（1）C；（2）ADE；（3）m₁OP=m₁OM+m₂ON，${m}_{1}•\overline{O{P}^{2}}={m}_{1}•\overline{O{M}^{2}}+{m}_{2}\overline{O{N}^{2}}$

點(diǎn)評 實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要的技巧是入射球和靶球從同一高度作平拋運(yùn)動并且落到同一水平面上，故下落的時(shí)間相同，所以在實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中把本來需要測量的速度改為測量平拋過程當(dāng)中水平方向發(fā)生的位移，可見掌握了實(shí)驗(yàn)原理才能順利解決此類題目．