Question

15．某同學用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律，相應的操作步驟如下：
A．將斜槽固定在桌面上，使斜槽末端保持水平，并用“懸掛重錘”的方法在水平地面上標定斜槽末端正下方的O點．
B．取入射小球a，使之自斜槽上某點靜止釋放，并記下小球a的落地點P₁；
C．取被碰小球b，使之靜止于斜槽末端，然后讓小球a自斜槽上同一點由靜止釋放，運動至斜槽末端與小球b發生碰撞，并記下小球a的落地點M和小球b的落地點N；
D．測量有關物理量，并利用所測出的物理量做相應的計算，以驗證a、b兩小球在碰撞過程中所遵從的動量守恒定律．
（1）在下列給出的物理量中，本實驗必須測量的有①④（填寫選項的序號）．
①小球a的質量m₁和小球b的質量m₂；
②小球a在斜槽上的釋放點距斜槽末端的豎直高度h；
③斜槽末端距水平地面的豎直高度H；
④斜槽末端正下方的O點距兩小球落地點P、M、N的水平距離OP、OM、ON；
⑤小球a自斜槽上某點處由靜止釋放直至離開斜槽末端所經歷的時間t₀；
⑥小球a、b自離開斜槽末端直至落地經歷的時間t．
（2）步驟C和步驟B中小球a的釋放點相同的原因保證小球做平拋運動的初速度相等；步驟B和步驟C中選取入射小球a的質量m₁和被碰小球b的質量m₂間的關系應該為m₁＞m₂（填“＞”或“＜”）．
（3）實驗中所測量的物理量之間滿足關系式m₁OP=m₁OM+m₂ON，就可證實兩小球在碰撞過程中遵從動量守恒定律．

Answer 1

分析 （1）應用動量守恒定律求出需要驗證的表達式，然后根據表達式分析答題．
（2）根據實驗原理與實驗注意事項分析答題，明確入射球應大于被碰球，且每次入射球由同一點釋放；
（3）根據平拋運動規律，再利用動量守恒定律求出需要驗證的表達式，

解答 解：（1）小球離開軌道后做平拋運動，由于拋出點的高度相等，它們在空中的運動時間t相等，
如果碰撞過程動量守恒，則：m₁v₁=m₁v₁′+m₂v₂′，
兩邊同時乘以t，則：m₁v₁t=m₁v₁′t+m₂v₂′t，
m₁OP=m₁OM+m₂ON，
實驗需要測量小球的質量、小球的水平位移，故選①④；
（2）為保證小球做平拋運動的初速度相等，每次實驗時小球a應從同一位置由靜止釋放，
為防止兩球碰撞后入射球反彈，入射球的質量應大于被碰球的質量，即：m₁＞m₂．
（3）由（1）可知，實驗需要驗證的表達式為：m₁OP=m₁OM+m₂ON．
故答案為：（1）①④；（2）保證小球做平拋運動的初速度相等；＞；（3）m₁OP=m₁OM+m₂ON

點評 本題考查了驗證動量守恒定律實驗，要注意實驗需要測量的量、實驗注意事項、求表達式，知道實驗原理與實驗注意事項、應用動量守恒定律即可正確解題．