Question

16．為了研究碰撞后結(jié)為一體的兩個(gè)物體在碰撞前后動(dòng)能之和是否會(huì)發(fā)生變化，某同學(xué)選取了兩個(gè)材質(zhì)相同，體積不等的立方體滑塊A和B，按下述步驟做了如下實(shí)驗(yàn)：
步驟1：在A、B的相撞面分別裝上尼龍拉扣，以便二者相撞以后能夠立刻結(jié)為整體；
步驟2：安裝好實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，鋁質(zhì)軌道槽的左端是傾斜槽，右端是長(zhǎng)直水平槽，傾斜槽和水平槽由一小段弧鏈接，軌道槽被固定在水平桌面上，在軌道槽的側(cè)面與軌道等高且適當(dāng)遠(yuǎn)處裝一臺(tái)數(shù)碼頻閃照相機(jī)；
步驟3：讓滑塊B靜置于水平槽的某處，滑塊A從斜槽某處?kù)o止釋放，同時(shí)開(kāi)始頻閃拍攝，直到A、B停止運(yùn)動(dòng)，得到一幅多次曝光的數(shù)碼照片；
步驟4：重復(fù)步驟3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出來(lái)，將刻度尺緊靠照片放置，如圖2所示；

（1）本實(shí)驗(yàn)中需要直接測(cè)量或者讀取的物理量是AG
A．A、B兩個(gè)滑塊的質(zhì)量m₁和m₂
B．滑塊A釋放時(shí)距桌面的高度
C．頻閃照相的周期
D．照片尺寸和實(shí)際尺寸的比例
E．滑塊與桌面的滑動(dòng)摩擦因數(shù)
F．照片上測(cè)得的S₄₅、S₅₆和S₆₇、S₇₈
G．照片上測(cè)得的S₃₄、S₄₅、S₅₆和S₆₇、S₇₈、S₈₉
（2）由照片分析可知，滑塊A與滑塊B碰撞發(fā)生的位置C
A．可能在P₅、P₆之間    B．可能在P₆、P₇之間     C．一定在P₆處    D．一定在P₅、P₆之間
（3）為了提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，以下措施中最有效的是A
A．使用更平整的軌道槽
B．使用更光滑的軌道槽
C．在足夠成像的前提下，縮短頻閃照相每次曝光的時(shí)間
D．P₁位置對(duì)齊刻度尺的零刻度線．

Answer 1

分析 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論分別研究碰撞前滑塊在P₄、P₅的速度，根據(jù)P₆、P₅和P₅、P₄速度差相等研究P₆的速度，同理求出碰撞后滑塊P₇、P₈的速度，再速度差相等求出碰撞后共同的速度．

解答 解：（1）設(shè)碰撞前滑塊A在P₄、P₅、P₆的速度分別為v₄、v₅、v₆，碰撞后，整體在P₆、P₇、P₈的速度分別為v₆′，v₇、v₈，
則v₄=$\frac{{s}_{34}+{s}_{45}}{2T}$，v₅=$\frac{{s}_{45}+{s}_{56}}{2T}$，又v₅=$\frac{{v}_{4}+{v}_{6}}{2}$，
碰撞前滑塊A速度為：v₆=$\frac{2{s}_{56}+{s}_{45}-{s}_{34}}{2T}$，
同理，碰撞后整體的速度v₆′=$\frac{2{s}_{67}+{s}_{78}-{s}_{89}}{2T}$，
原來(lái)需要驗(yàn)證的方程為：m₁v₆=（m₁+m₂）v₆′，
將上兩式代入整理得：m₁（2S₅₆+S₄₅-S₃₄）=（m₁+m₂）（2S₆₇+S₇₈-S₈₉），
即需要驗(yàn)證的表達(dá)式，需要直接測(cè)量或者讀取的物理量是A、B兩個(gè)滑塊的質(zhì)量m₁和m₂及S₃₄、S₄₅、S₅₆和S₆₇、S₇₈、S₈₉，故選AG．
（2）由圖示可知，P₆位置滑塊速度明顯減小，故A、B相撞的位置在P₆處，故選C．
（3）A、實(shí)驗(yàn)時(shí)軌道要水平，使用更平整的軌道槽，故A正確，
B、本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的推論求出速度，軌道光滑程度對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響，故B錯(cuò)誤；
C、在足夠成像的前提下，頻閃照相每次曝光的時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響，故C錯(cuò)誤，
D、P₁位置沒(méi)有必要對(duì)齊刻度尺的零刻度線，故D錯(cuò)誤；故選A．
故答案為：（1）AG；（2）C；（3）A．

點(diǎn)評(píng) 本題原理較為復(fù)雜，可采用平衡摩擦力，使碰撞前后滑塊都做勻速直線運(yùn)動(dòng)，方便易行．實(shí)驗(yàn)主要是要把動(dòng)量守恒用水平方向的位移表示出來(lái)，同學(xué)們一定要注意掌握，因?yàn)檫@是本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要的技巧．難度中等．