Question

【題目】某同學用圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律。圖中AB為斜槽，BC為水平槽。

（1）下列說法正確的是_______。

A．該實驗要求入射小球的質量應大于被碰小球的質量

B．該實驗要求入射小球和被碰小球必須是金屬材質

C．該實驗通過測量入射小球從斜槽上由靜止釋放的高度h得到小球碰撞前的速度

D．該實驗通過測量小球做平拋運動的豎直位移間接得到小球碰撞前后的速度

（2）實驗時先使入射小球從斜槽上某一固定位置S多次由靜止釋放，落到位于水平地面的記錄紙上并留下痕跡，從而確定P點的位置；再把被碰小球放在水平槽末端，讓入射小球仍從位置S多次由靜止釋放，跟被碰小球碰撞后，兩球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，從而確定M、N點的位置。實驗中，確定P點位置時多次落點的痕跡如圖乙所示，刻度尺的零刻線與O點對齊，則OP=_______cm。

（3）該實驗若要驗證兩小球碰撞前后的動量是否守恒，需要分別測量記錄紙上M點距O點的距離LOM、P點距O點的距離LOP、N點距O點的距離LON。除此之外，還需要測量的物理量是____________，需要驗證的關系式為_____________（其中涉及需要測量的物理量請用自己設定的字母表示）。

（4）該實驗巧妙運用了平拋運動的規律。請以平拋運動為例，分析論證當物體所受的合力與初速度方向不在一條直線上時，物體必做曲線運動_______。

Answer 1

【答案】A 39.80 入射小球的質量m1 和被碰小球的質量m2 見解析

【解析】

（1）[1]．AB、要使兩球發生對心正碰，兩球半徑應相等，為防止入射球碰撞后反彈，入射小球的質量應大于被碰小球的質量，而對小球的材質無要求，故A正確，B錯誤；
C、入射小球從靜止下落過程中會受到回到對其的摩擦力作用，由于摩擦力做功未知，所以不能通過測量入射小球從斜槽上由靜止釋放的高度h得到小球碰撞前的速度，故C錯誤；
D．兩球碰撞后均做平拋運動，平拋的初速度為，豎直高度相同，則下落時間相等，故只需要測量平拋的水平位移而不需要測量豎直高度；
故選A；
（2）[2]．為保證減小實驗誤差，則應用最小的圓把所有落點圈起來，其中心為平均落地點，即讀軌跡中心到O點的距離即為OP的長度，毫米刻度尺的最小分度是毫米，所以OP=39.80cm；
（3）[3][4]．據平拋運動可知，落地高度相同，則運動時間相同，設落地時間為t，則：

令入射小球的質量為m1和被碰小球的質量m2，根據動量守恒定律有：

m1v0=m1v1+m2v2，

m1LOP=m1LOM+m2LON

則還需測量：入射小球的質量m1 和被碰小球的質量m2；

（4）[5]．由于物體在平拋運動中僅受重力作用，根據牛頓第二定律可知，其加速度a的方向與重力方向相同，即豎直向下。根據加速度的定義可知，物體在任意時間△t內的速度變化量△v的方向必與加速度a的方向相同，即豎直向下。如圖所示，

由于v0的方向水平向右，而△v的方向豎直向下，由矢量三角形定則可知vt的方向必與v0的方向不同，即運動方向發生改變，則必做曲線運動。