Question

16．某同學(xué)用如圖所示裝置探究A、B兩球在碰撞中動量是否守恒．該同學(xué)利用平拋運(yùn)動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F、E點(diǎn)是A碰B球前后的平均落點(diǎn)，J是B球的平均落點(diǎn)，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）現(xiàn)有下列器材，為完成本實(shí)驗(yàn)，哪些是必需的？請將這些器材前面的字母填在橫線上BCD．
A．秒表  B．刻度尺    C．天平  D．圓規(guī)
（2）在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測量AB
A．水平槽上未放B球時，測量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離OF
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OE、OJ
C．A球和B球在空間飛行的時間
D．測量G點(diǎn)相對于水平槽面的高度
（3）如果碰撞中動量守恒，根據(jù)圖中各點(diǎn)間的距離，則下列式子正確的是C．
A．m_A$\overline{OF}$+m_A$\overline{OE}$=m_B$\overline{OJ}$           B．m_A$\overline{OF}$=m_A$\overline{OE}$-m_B$\overline{OJ}$
C．m_A$\overline{OF}$=m_A$\overline{OE}$+m_B$\overline{OJ}$           D．m_A$\overline{OE}$=m_A$\overline{OF}$+m_B$\overline{OJ}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理與實(shí)驗(yàn)的要求選擇需要的實(shí)驗(yàn)器材；
（2）根據(jù)通過實(shí)驗(yàn)的原理確定需要測量的物理量；
（3）小球離開軌道后做平拋運(yùn)動，它們在空中的運(yùn)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，根據(jù)動量守恒定律求出需要驗(yàn)證的表達(dá)式．

解答 解：（1）碰撞后兩球都做平拋運(yùn)動，它們拋出點(diǎn)的高度相同，在空中的運(yùn)動時間t相同，選擇向右為正方向：
由動量守恒定律得：m_Av₀=m_Av₁+m_Bv₂，
兩邊同時乘以時間t得：m_Av₀t=m_Av₁t+m_Bv₂t，
則m_AOE=m_AOF+m_BOJ，
實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式為：m_AOE=m_AOF+m_BOJ．
由公式可知，需要測量小球的質(zhì)量，所以需要天平；需要測量小球的水平位移，所以需要使用刻度尺；小球的水平射程落點(diǎn)不是都落在同一個點(diǎn)上，需要取所有落點(diǎn)中靠近中間的點(diǎn)讀數(shù)，即可取一個最小的圓的圓心，需要使用圓規(guī)；故需要選擇的器材有：BCD
故選：BCD
（2）A、水平槽上未放B球時，測量a球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)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(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離，即測量出碰撞后A球的速度，故B正確；
C、小球在空中的運(yùn)動時間t相同，不需要測量時間，故C錯誤；
D、不需要測量G點(diǎn)相對于水平槽面的高度，故D錯誤．
故選：AB
（3）碰撞后兩球都做平拋運(yùn)動，它們拋出點(diǎn)的高度相同，在空中的運(yùn)動時間t相同，選擇向右為正方向：
由動量守恒定律得：m_Av₀=m_Av₁+m_Bv₂，
兩邊同時乘以時間t得：m_Av₀t=m_Av₁t+m_Bv₂t，
則m_AOE=m_AOF+m_BOJ，
實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式為：m_AOE=m_AOF+m_BOJ．選項(xiàng)C正確．
故選：C
故答案為：（1）BCD；（2）AB；（3）C

點(diǎn)評 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，注意理解動量守恒定律的條件．