Question

為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟進(jìn)行了實驗：
①用天平測出兩個小球的質(zhì)量（分別為m₁和m₂．且m₁＞m₂）
②按照如圖所示的那樣，安裝好實驗裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點的切線水平．將一斜面BC連接在斜槽末端；
③先不放小球m₂，讓小球m₁從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置E；
④將小球m₂放在斜槽前端邊緣上，讓小球m₁從斜槽頂端A處仍由靜止?jié)L下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m₁和小球m₂在斜面上的落點位置；
⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置，到斜槽末端點B的距離．圖中D、E、F點是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為L_D、L_E、L_F．
根據(jù)該同學(xué)的實驗，請你回答下列問題：
（1）小球m₁與m₂發(fā)生碰撞后，m₁的落點是圖中的

D

點，m₂的落點是圖中的

F

點．
（2）實驗中，該同學(xué)認(rèn)為，只要滿足關(guān)系式：m₁

LE

=m₁

LD

+m₂

LF

，就說明兩個小球在碰撞中動量是守恒的，該同學(xué)的實驗原理是：

m₁v₁=m₂v₂+m₁v′

（3）用測得的物理量來表示，只要滿足關(guān)系式

m₁L_E=m₁L_D+m₂L_F

，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞．

Answer 1

分析：（1）小球m₁和小球m₂相撞后，小球m₂的速度增大，小球m₁的速度減小，都做平拋運(yùn)動，由平拋運(yùn)動規(guī)律不難判斷出；
（2）設(shè)斜面BC與水平面的傾角為α，由平拋運(yùn)動規(guī)律求出碰撞前后小球m₁和小球m₂的速度，表示出動量的表達(dá)式即可求解；
（3）若兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機(jī)械能沒有損失．

解答：解：（1）小球m₁和小球m₂相撞后，小球m₂的速度增大，小球m₁的速度減小，都做平拋運(yùn)動，所以碰撞后m₁球的落地點是D點，m₂球的落地點是F點；
（2）碰撞前，小于m₁落在圖中的E點，設(shè)其水平初速度為v₁．小球m₁和m₂發(fā)生碰撞后，m₁的落點在圖中的D點，設(shè)其水平初速度為v₁′，m₂的落點是圖中的F點，設(shè)其水平初速度為v₂． 設(shè)斜面BC與水平面的傾角為α，
由平拋運(yùn)動規(guī)律得：LDsinα=

1

2

gt2，L_Dcosα=v′₁t
解得：v1′=

gLD(cosα)2 2sinα

同理可解得：v1=

gLE(cosα)2 2sinα

，v2=

gLF(cosα)2 2sinα

所以只要滿足m₁v₁=m₂v₂+m₁v′₁即：m1

LE

=m1

LD

+m2

LF

則說明兩球碰撞過程中動量守恒；
所以該同學(xué)的實驗原理是：m₁v₁=m₂v₂+m₁v′
（3）若兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機(jī)械能沒有損失．則要滿足關(guān)系式

1

2

m1

v

2 1

=

1

2

m1

v

′2 1

+

1

2

m2

v

2 2

即m₁L_E=m₁L_D+m₂L_F
故答案為為：（1）D；F；
（2）m1

LE

=m1

LD

+m2

LF

；
（3）m₁L_E=m₁L_D+m₂L_F．

點評：學(xué)會運(yùn)用平拋運(yùn)動的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度，兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機(jī)械能沒有損失．