Question

13．某同學用圖甲所示裝置通過半徑相同的a、b兩球的碰撞來驗證動量守恒定律．圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．在記錄紙上記下重垂線所指的位置O．實驗時先使a球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復上述操作10次，得到10個落點痕跡，確定小球a的落點平均位置B．再把b球放在水平槽末端R，讓a球仍從固定位置G由靜止開始滾下，與b球碰撞后，落到水平地面的記錄紙上，重復10次，得到兩球的落點平均位置分別為A和C，其中b球落點痕跡如圖乙所示．米尺水平放置，米尺的零點與O點對齊．

（1）碰撞后b球的水平射程應取為64.5cm；
（2）在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：ABD（填選項號）
A．水平槽上未放b球時，測量a球落點位置到O點的距離；
B．a(chǎn)球與b球碰撞后，分別測量a球和b球的落點位置到O點的距離；
C．測量a球或b球的直徑；
D．測量a球和b球的質(zhì)量（或兩球質(zhì)量之比）；
E．測量G點相對于水平槽面的高度．
（3）按照本實驗方法，已知a球的質(zhì)量為m_a，b球的質(zhì)量為m_b，m_a＞m_b，那么動量守恒驗證式是m_aOB=m_aOA+m_bOC．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖示刻度尺確定其分度值，然后讀出示數(shù)；
（2）根據(jù)通過實驗的原理確定需要測量的物理量，小球離開軌道后做平拋運動，它們在空中的運動時間相同，水平位移與出速度成正比，可以用水平位移代替小球的初速度；
（3）根據(jù)動量守恒定律求出需要驗證的表達式．

解答 解：（1）碰撞后b球的水平射程落點如圖2所示，取所有落點中靠近中間的點讀數(shù)，即可取一個最小的圓的圓心，約為64.5cm；
（2）A、水平槽上未放b球時，測量a球落點位置到O點的距離，即測量出碰撞前a球的速度，故A正確；
B、a球與b球碰撞后，測量a球落點位置到O點的距離，即測量出碰撞后a球的速度，故B正確；
C、不需要測量a球或b球的直徑，故C錯誤；
D、測量a球和b球的質(zhì)量（或兩球質(zhì)量之比），用來表示出球的質(zhì)量，故D正確；
E、不需要測量G點相對于水平槽面的高度，故E錯誤．故選：ABD．
（3）根據(jù)實驗原理可得m_av₀=m_bv₁+m_bv₂，
由已測量的物理量m_a、m_b、OB、OA、OC．
又因下落時間相同，即可求得：m_aOB=m_aOA+m_bOC，
故答案為：（1）64.5；（2）ABD；（3）m_aOB=m_aOA+m_bOC．

點評 本題考查了動量守恒定律實驗，考查了刻度尺讀數(shù)、實驗注意事項與實驗數(shù)據(jù)處理問題；驗證掌握兩球平拋的水平射程和水平速度之間的關(guān)系，是解決本題的關(guān)鍵，應用動量守恒定律可以解題．