Question

14．如圖所示是驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中使用半徑相等的鋼質(zhì)小球1和2，且小球1的質(zhì)量大于小球2的質(zhì)量．
（1）實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟如下（請(qǐng)?zhí)羁眨��?br />①安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)節(jié)斜槽使其末端出口處在水平方向方向上，并記下重垂線所指的位置O．
②不放小球2，讓小球1從斜槽上A點(diǎn)由靜止?jié)L下，并落在地面上．重復(fù)多次，用盡可能小的圓把小球的所有落點(diǎn)都圈在里面，其圓心就是小球落點(diǎn)的平均位置．
③把小球2放在斜槽前端邊緣處的B點(diǎn)，讓小球1從A點(diǎn)由靜止?jié)L下，使它們碰撞．重復(fù)多次，并使用與第一步同樣的方法分別標(biāo)出碰撞后兩小球落點(diǎn)的平均位置．
④用刻度尺分別測量三個(gè)落地點(diǎn)的平均位置離O點(diǎn)的距離，即線段OM、OP、ON的長度．
（2）在上述實(shí)驗(yàn)中，
①P點(diǎn)是第2步中小球1的落點(diǎn)的平均位置；N點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中第3步中小球2落點(diǎn)的平均位置．
②如果小球1和2的質(zhì)量分別為m₁和m₂，請(qǐng)寫出本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式m₁•$\overline{OP}$=m₁•$\overline{OM}$+m₂•$\overline{ON}$，．
③三個(gè)落地點(diǎn)距O點(diǎn)的距離OM、OP、ON與實(shí)驗(yàn)所用的小球質(zhì)量是否有關(guān)？有關(guān)．

Answer 1

分析 （1）明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理得出實(shí)驗(yàn)中各步驟的注意事項(xiàng)及操作過程；
（2））①小球1和小球2相撞后，小球2的速度增大，小球1的速度減小，都做平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律不難判斷出；②通過平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，先根據(jù)高度求時(shí)間，再根據(jù)水平位移求出三個(gè)速度；③兩球碰撞過程動(dòng)量守恒，球的質(zhì)量影響碰撞后的速度，但不會(huì)影響碰撞前的速度，因而可以判斷到底哪段水平分位移與質(zhì)量有關(guān)．

解答 解（1）①在安裝儀器時(shí)，使保證斜槽末端保持水平，并記下重垂線的位置；
（2）①小球1和小球2相撞后，小球2的速度增大，小球1的速度減小，都做平拋運(yùn)動(dòng)，所以碰撞后1球的落地點(diǎn)是在后面，是M點(diǎn)，球2的落地點(diǎn)在最前面，是N點(diǎn)；而小球1與2沒有碰撞前，落地位置在碰后1的落點(diǎn)前面，2的后面，因此P點(diǎn)是碰前1的落點(diǎn)位置．
②小球做平拋運(yùn)動(dòng)，拋出點(diǎn)的高度決定小球在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，
由于小球拋出點(diǎn)的高度相同，則它們的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，設(shè)為t，
小球的初速度：v₁₀=$\frac{OP}{t}$，v₁=$\frac{OM}{t}$，v₂=$\frac{ON}{t}$，小球2碰撞前靜止，則v₂₀=0，
如果m₁•v₁₀=m₁•v₁+m₂•v₂，即m₁•v₁₀=m₁•v₁+m₂•v₂，m₁•$\frac{OP}{t}$=m₁•$\frac{OM}{t}$+m₂•$\frac{ON}{t}$，
m₁•$\overline{OP}$=m₁•$\overline{OM}$+m₂•$\overline{ON}$，則碰撞過程中動(dòng)量守恒．
③平拋運(yùn)動(dòng)高度決定時(shí)間，水平射程由初速度和時(shí)間共同決定，因而OP與小球的質(zhì)量無關(guān)，但由于兩球碰撞過程動(dòng)量守恒，根據(jù)動(dòng)量守恒定律平拋的初速度與小球的質(zhì)量有關(guān)，因而OM和ON與小球的質(zhì)量有關(guān)；
故答案為：（1）斜槽；水平方向；重垂線；（2）①第2步中小球1的落點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)中第3步中小球2落點(diǎn)；②m₁•$\overline{OP}$=m₁•$\overline{OM}$+m₂•$\overline{ON}$；③有關(guān)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)、多用電表的讀數(shù)、伏安法測電阻電流表外接法的選用條件及誤差分析，是一道綜合實(shí)驗(yàn)題，是常考問題，一定要掌握．熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)、熟悉相關(guān)實(shí)驗(yàn)，即可正確解題．