Question

5．如圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚�(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系．
（1）若入射小球質(zhì)量為m₁，半徑為r₁；被碰小球質(zhì)量為m₂，半徑為r₂，則C
A．m₁＞m₂，r₁＞r₂
B．m₁＞m₂，r₁＜r₂
C．m₁＞m₂，r₁=r₂
D．m₁＜m₂，r₁=r₂
（2）為完成此實(shí)驗(yàn)，需要使用的測(cè)量工具除了刻度尺外還必需的是天平．
（3）安裝軌道時(shí)，軌道末端必須水平．
（4）設(shè)入射小球的質(zhì)量為m₁，被碰小球的質(zhì)量為m₂，P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，則關(guān)系式（用m₁、m₂及圖中字母表示）${m_1}\overline{OP}={m_1}\overline{OM}+{m_2}\overline{ON}$成立，即表示碰撞中動(dòng)量守恒．

Answer 1

分析 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量可測(cè)而瞬時(shí)速度較難．因此采用了落地高度不變的情況下，水平射程來反映平拋的初速度大小，所以僅測(cè)量小球拋出的水平射程來間接測(cè)出速度．過程中小球釋放高度不需要，小球拋出高度也不要求．最后可通過質(zhì)量與水平射程乘積來驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒．

解答 解：（1）驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中，即研究?jī)蓚�(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系，為保證碰撞在水平方向上，兩個(gè)小球的球心的高度要相等，即兩個(gè)小球的半徑要相等；同時(shí)，為保證入碰小球不反彈，需要入碰小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量，即m₁＞m₂．
故選：C．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m_l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(cè)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m_l從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m₂相碰，并多次重復(fù)．測(cè)量平均落點(diǎn)的位置，找到平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移設(shè)落地時(shí)間為t，則v₀=$\frac{OP}{t}$，${v}_{1}=\frac{OM}{t}$，v₂=$\frac{ON}{t}$．
而動(dòng)量守恒的表達(dá)式是m₁v₀=m₁v₁+m₂v₂
若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，則m₁•OM+m₂•ON=m₁•OP 成立．
因此為完成此實(shí)驗(yàn)，需要使用的測(cè)量工具除了刻度尺外還必需天平．
（3）為保證碰撞在水平方向上，且兩個(gè)小球水平拋出，所以安裝軌道時(shí)，軌道末端必須水平；
（4）根據(jù)（2）的分析可知，若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，則${m_1}\overline{OP}={m_1}\overline{OM}+{m_2}\overline{ON}$ 成立．
故答案為：（1）（C）；（2）天平；（3）水平；（4）${m_1}\overline{OP}={m_1}\overline{OM}+{m_2}\overline{ON}$

點(diǎn)評(píng) 該題考查驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在該實(shí)驗(yàn)中，小球會(huì)在相同高度下，用水平射程來間接測(cè)出速度，將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化．