Question

5．在“验证动量守恒定律”的实验中，请回答下列问题：

（1）实验记录如图1甲所示，则A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的OP，B球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的ON．（两空均选填“OM”、“OP”或“ON”） 为测定A球碰前做平抛运动的落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐，如图给出了小球A落点附近的情况，由图2可得距离应为65.2 cm；
（2）小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果不会产生误差（选填“会”或“不会”）．
（3）实验装置如图1甲所示，A球为入射小球，B球为被碰小球，以下有关实验过程中必须满足的条件，正确的是D
A．入射小球的质量m_a可以小于被碰小球的质量m_b
B．实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度
C．入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放
D．斜槽末端的切线必须水平，小球放在斜槽末端处，应能静止
（4）在“验证动量守恒定律”的实验中．某同学用如图2乙所示的装置进行了如下的操作：
①先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O．
②将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹B．
③把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C．
④用天平测量a、b两小球的质量分别为m_a、m_b，用刻度尺测量白纸O点到A、B、C三点的距离分别为y₁、y₂和y₃．用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为m_ay₂=m_ay₁+m_by₃．

Answer 1

分析 明确根据平抛运动规律验证动量守恒定律的实验原理，同时注意明确实验中应注意事项；能根据平抛运动规律分析实验数据得出对应的实验结论．

解答 解：（1）A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的OP，B球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的ON
故答案为：OP  ON．
将A球落点用最小的圆包围，则圆心点的坐标为A球的平均落点；由图可知落点的位置为65.2cm；
（2）本实验中利用小球平抛运动规律验证动量守恒定律，只要小球从同一点滑下，摩擦力对末速度没有影响；
（3）A、入射小球的质量m_a，不可以小于被碰小球的质量m_b，否则A球碰后反弹，A错误；
B、在实验中不需要小球的下落高度，只要能保证高度相同，即可知道两小球下落时间相同；故B错误；
C、入射小球每次必从斜槽上的同一位置由静止释放，才能保证每次碰前的速度均相同；故C错误；
D、斜槽末端的切线必须水平，小球放在斜槽末端处，应能静止，故D正确；
故选：D．
（4）B为碰前入射小球落点的位置，A为碰后入射小球的位置，C为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度为
${v}_{1}=\frac{{y}_{2}}{\sqrt{\frac{2h}{g}}}$
碰撞后入射小球的速度为：${v}_{2}=\frac{{y}_{1}}{\sqrt{\frac{2h}{g}}}$
碰撞后被碰小球的速度为：${v}_{3}=\frac{{y}_{3}}{\sqrt{\frac{2h}{g}}}$
若m_av₁=m_bv₃+m_av₂则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，带入数据得：m_ay₂=m_ay₁+m_by₃
故答案为：（1）OP，ON；65.2；（2）不会； （3）D；（4）m_ay₂=m_ay₁+m_by₃

点评 本题考查验证动量守恒定律的应用，要注意明确实验中利用平抛运动的规律验证动量守恒的方法；能根据平抛规律推导实验结论．