Question

（寧夏卷）(2)（9分）某同學利用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律。圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質量之比為1∶2。當兩擺均處于自由靜止狀態(tài)時，其側面剛好接觸。向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45°角，然后將其由靜止釋放。結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角成30°。若本實驗允許的最大誤差為±4％，此實驗是否成功地驗證了動量守恒定律？

Answer 1

解析：設擺球A、B的質量分別為、，擺長為l，B球的初始高度為h₁，碰撞前B球的速度為v_B.在不考慮擺線質量的情況下，根據(jù)題意及機械能守恒定律得

                                                  ①

                                                    ②

設碰撞前、后兩擺球的總動量的大小分別為P₁、P₂。有

P₁=m_Bv_B                                                              ③

聯(lián)立①②③式得

                                           ④

同理可得

                                     ⑤

聯(lián)立④⑤式得

                                          ⑥

代入已知條件得

                                                      ⑦

由此可以推出

≤4%                                                        ⑧

所以，此實驗在規(guī)定的范圍內驗證了動量守恒定律。

本題要求驗證碰撞中的動量守恒定律及碰撞前與碰撞后的機械能守恒定律。