Question

【题目】某同学用如图所示的实验装置来验证动量守恒定律。他进行了如下操作：

①将固定在铁架台上的斜槽轨道末端调整水平；

②将质量为m1的小球1从斜槽上适当的某点A由静止释放，离开斜槽末端时的速度记为v1；

③将质量为m2的小球2放在斜槽轨道末端并保持静止；

④小球1从斜槽上A点由静止释放，在斜槽末端与小球2碰撞，碰后小球1和小球2的速度分别记为v'1、v'2，并离开斜槽末端。实验原理表达式为m1v1= m1v'1+m2v'2。

（1）实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量以下哪一个物理量_______就能间接地解决这个问题：（填选项前的字母）。

A．小球1开始释放点A离斜槽轨道末端上表面的高度

B．斜槽轨道末端上表面距地面固定的白纸的高度

C．小球做平抛运动的水平射程

（2）通过（1）解决了小球碰撞前后的速度问题，下列关于本实验的操作说法错误的是_____

A．实验过程中需测量小球1和小球2的质量

B．实验过程中需要利用重锤和重锤线记录斜槽末端在白纸上的投影位置

C．实验中要用直径相同的小球1和小球2，同时m1应小于m2

D．实验中要用直径相同的小球1和小球2，同时m1应大于m2

（3）在步骤④中，小球1从斜槽开始滚下时的位置比A点低一些，这将影响原理表达式中哪些物理量的测量值____________（请用题中实验原理表达式中的符号表达）。并导致系统的碰后动量测量值_______系统的碰前动量测量值（填“大于”、“等于”或“小于”）。

Answer 1

【答案】C C v'1和v'2 小于

【解析】

(1)[1] 小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，小球的水平位移与小球的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，即测量射程，故C正确AB错误。

(2)[2] 如果碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：

小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得：

得：

因此实验需要过程为：测量两球的质量、实验过程中需要利用重锤和重锤线记录斜槽末端在白纸上的投影位置来确定落点从而确定小球的水平位移，同时为了保证发生对心碰撞，球的大小相同，防止入射球反弹，应保证m1应大于m2，故ABD正确不符合题意，C错误符合题意。

(3)[3][4] 在步骤④中小球1从斜槽开始滚下时的位置比A点低一些，这将影响碰前小球的初速度，进而影响碰后速度，故会影响v'1和v'2。因为释放点低，根据动能定理可知，碰前速度减小，碰前总动量减小，则碰后总动量减小，故导致系统的碰后动量测量值小于系统的碰前动量测量值。