Question

16．某同學利用如圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球相碰來探究碰撞中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復上述操作10次，得到10個落點痕跡；再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B兩球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復上述操作10次．圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的投影點，B球的落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零刻度與O點對齊．

（1）碰撞后B球的水平射程應為64.7cm．
（2）在以下選項中，本次實驗必須進行測量的物理量有ABD
A．水平槽上未放B球時，測量A球的落點位置到O點的距離
B．A球與B球碰撞后，測量兩球各自的落點位置到O點的距離
C．測量A球和B球的直徑
D．測量A球和B球的質量（或兩球質量之比）
E．測量G點相對于水平槽面的高度．

Answer 1

分析 根據通過實驗的原理確定需要測量的物理量，小球離開軌道后做平拋運動，它們在空中的運動時間相同，水平位移與出速度成正比，可以用水平位移代替小球的初速度，根據動量守恒定律求出需要驗證的表達式．

解答 解：（1）碰撞后b球的水平射程落點如圖2所示，取所有落點中靠近中間的點讀數，即可取一個最小的圓的圓心，約為64.7cm；
（2）根據實驗原理可得m_av₀=m_bv₁+m_bv₂，
由已測量的物理量m_a、m_b、OB、OA、OC．
又因下落時間相同，即可求得：m_aOB=m_aOA+m_bOC，
所以不需要測量水平槽面離地面的高度或小球在空中飛行時間，需要測量A球和B球的質量以及A球兩次落地時的水平距離和B球落地時的水平距離；
故選ABD；
故答案為：（1）64.7；（2）ABD

點評 本題考查驗證動量守恒定律的實驗，掌握兩球平拋的水平射程和水平速度之間的關系，是解決本題的關鍵，注意理解動量守恒定律的條件．