如图,用“碰撞试验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.

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  • 解题思路:①验证动量守恒定律实验中,质量可测而瞬时速度较难.因此采用了落地高度不变的情况下,水平射程来反映平抛的初速度大小,所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度.

    ②过程中小球释放高度不需要,小球抛出高度也不要求.最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒.

    ③根据碰撞前后动量守恒可以写成表达式,若碰撞为弹性碰撞,则碰撞前后动能相同.

    ①验证动量守恒定律实验中,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,根据平抛运动规律,若落地高度不变,则运动时间不变,因此可以用水平射程大小来体现速度速度大小,故需要测量水平射程,故AB错误,C正确.

    ②碰撞过程中动量、能量均守恒,因此有:m1v0=m1v1+m2v2

    [1/2m

    v20=

    1

    2m

    v21+

    1

    2m

    v22],因此有:v1=

    m1−m2

    m1+m2v0,因此要使入射小球m1碰后不被反弹,应该满足m1>m2

    实验时,先让入射球ml多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP.然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球ml从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复.测量平均落点的位置,找到平抛运动的水平位移,因此步骤中D、E是必须的,而且D要在E之前.至于用天平秤质量先后均可以.

    故选:ADE.

    ③根据平抛运动可知,落地高度相同,则运动时间相同,设落地时间为t,则:

    v0=[OP/t],v1=

    OM

    t,v2=

    ON

    t,

    而动量守恒的表达式是:m1v0=m1v1+m2v2

    若两球相碰前后的动量守恒,则需要验证表达式m1•OM+m2•ON=m1•OP即可.

    若为弹性碰撞,则碰撞前后系统动能相同,则有:

    [1/2m

    v20=

    1

    2m

    v21+

    1

    2m

    v22],

    将即满足关系式:m1•OM2+m2•ON2=m1OP2

    故答案为:①C,②m1>m2,ADE,③m1•OM+m2•ON=m1OP,m1•OM2+m2•ON2=m1OP2

    点评:

    本题考点: 验证动量守恒定律.

    考点点评: 该题考查用“碰撞试验器”验证动量守恒定律,该实验中,虽然小球做平抛运动,但是却没有用到速和时间,而是用位移x来代替速度v,成为是解决问题的关键.此题难度中等,属于中档题.