Question

【題目】如圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置，球1用細線懸掛于O點，O點正下方桌子的邊緣放有一靜止球2．實驗時，將球1拉到A點并從靜止開始釋放球1，當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞．碰撞后，球1把處于豎直方向的輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直線最大夾角為β處，球2落到水平地面上的C點．測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒．現(xiàn)已測出：在A點時，球1離水平桌面的高度為a，輕質(zhì)指示針OC與豎直方向的夾角為β，球1和球2的質(zhì)量分別為m1、m2，C點與桌子邊沿間的水平距離為x．

（1）下列有關(guān)本實驗說法正確的是_______

A．桌面必須水平 B．兩球發(fā)生的一定是彈性碰撞

C．兩球半徑必須相等，但質(zhì)量m1應(yīng)大于m2

D．為了減小實驗誤差，應(yīng)盡量選取半徑小密度大的小球

（2）還需要測量的物理量及其符號是_____________和__________________ ；

（3）根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為 _________________ ．如果還滿足______說明兩球發(fā)生的是彈性碰撞。

Answer 1

【答案】（1） ACD （2）球1 的擺長L 桌面離水平地面的高度h （3）

【解析】

（1）為了保證小球2做平拋運動，所以桌面必須水平，故A對；本題只是研究碰撞過程中動量守恒，所以不要求一定是彈性碰撞，故B錯；要保證兩球?qū)π呐鲎�，則必須要求兩球半徑相等，為了防止碰后球1反彈,故球1的質(zhì)量應(yīng)大于球b的質(zhì)量;故C對；為了保證小球下落過程中是自由落體運動，則應(yīng)該盡量選取半徑小密度大的小球，這樣運動中受到的空氣阻力會變小，減小誤差，故D對；

（2）要通過平拋運動的分位移公式求解碰撞后2球的速度,所以要測量桌面高h；要求出碰后小球A的速度還需要求出球1 的擺長L

（3）小球1從A處下擺過程只有重力做功,機械能守恒,根據(jù)機械能守恒定律,有

解得：

碰撞后1小球上升到最高點的過程中,機械能守恒,根據(jù)機械能守恒定律,有

解得：

碰撞后小球2做平拋運動,

所以2球碰后速度,
所以該實驗中動量守恒的表達式為

代入數(shù)據(jù)得：

要證明是彈性碰撞，則必須證明：

整理得：