Question

10．如圖所示，用“碰撞試驗(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）不借助其他儀器如何判斷斜槽的末端是否處于水平？小球放在槽口上，小球不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，則說明末端水平．
（2）若入射小球質(zhì)量為m₁，半徑為r₂，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
（3）設(shè)入射小球質(zhì)量為m₁，被碰小球質(zhì)量為m₂，入射小球每次從同一高度釋放，P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，M、N為入射小球和被碰小球同時(shí)下落的落地點(diǎn)，則關(guān)系式m₁OP=m₁OM+m₂0N成立（用m₁、m₂及圖中字母表示），即表示碰撞中系統(tǒng)動(dòng)量守恒．

Answer 1

分析 （1）明確末端水平時(shí)小球的受力情況，從而確定判斷水平的基本方法；
（2）為了保證碰撞前后使入射小球的速度方向不變，故必須使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量；為了使兩球發(fā)生正碰，兩小球的半徑相同．
（3）根據(jù)動(dòng)量守恒定律與圖示實(shí)驗(yàn)情景確定需要驗(yàn)證的表達(dá)式．

解答 解：（1）因此將小球放在槽口上，小球不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，則說明末端水平；
（2）要使兩球發(fā)生對(duì)心正碰，兩球半徑應(yīng)相等，為防止入射球碰撞后反彈，入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量，即：m₁、m₂大小關(guān)系為 m₁＞m₂，r₁、r₂大小關(guān)系為 r₁=r₂．故選C；
（3）兩球碰撞后做平拋運(yùn)動(dòng)，它們拋出點(diǎn)的高度相等，在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，碰撞過程動(dòng)量守恒，則m₁v₁=m₁v₁′+m₂v₂′，兩邊同時(shí)乘以時(shí)間t得：m₁v₁t=m₁v₁′t+m₂v₂′t，則m₁OP=m₁OM+m₂0N，故實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證：m₁OP=m₁OM+m₂0N．
故答案為：（1）小球放在槽口上，小球不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，則說明末端水平；（2）C（3）m₁OP=m₁OM+m₂0N

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，要注意本實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用等效思維方法，平拋時(shí)間相等，用水平位移代替初速度，這樣將不便驗(yàn)證的方程變成容易驗(yàn)證．