Question

如图所示为验证动量守恒的实验装置示意图．
（1）若入射小球质量为m₁，半径为r₁；被碰小球质量为m₂，半径为r₂则

C

A．m₁＞m₂，r₁＞r₂                  B．m₁＞m₂，r₁＜r₂
C．m₁＞m₂，r₁=r₂                  D．m₁＜m₂，r₁=r₂
（2）为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是

AC

．（填下列对应的字母）
A．直尺      B．游标卡尺         C．天平          D．弹簧秤          E．秒表
（3）设入射小球的质量为m₁，被碰小球的质量为m₂，P为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式（用m₁、m₂及图中字母表示）

m₁

.

OP

=m₁

.

OM

+m₂

.

ON

成立，即表示碰撞中动量守恒．

Answer 1

分析：（1）为了保证碰撞前后使入射小球的速度方向不变，故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量．为了使两球发生正碰，两小球的半径相同；
（2）两球做平抛运动，由于高度相等，则平抛的时间相等，水平位移与初速度成正比，把平抛的时间作为时间单位，小球的水平位移可替代平抛运动的初速度．将需要验证的关系速度用水平位移替代．

解答：解：（1）在小球碰撞过程中水平方向动量守恒定律故有m₁v₀=m₁v₁+m₂v₂
在碰撞过程中动能守恒故有

1

2

m₁v₀²=

1

2

m₁v₁²+

1

2

m₂v₂²
解得v₁=

m1-m2

m1+m2

v0
要碰后入射小球的速度v₁＞0，即m₁-m₂＞0，
m₁＞m₂，
为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，r₁=r₂
故选C
（2）P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球的位置，N为碰后被碰小球的位置，
碰撞前入射小球的速度v1=

. OP

2h g

碰撞后入射小球的速度
v2=

. OM

2h g

碰撞后被碰小球的速度v3=

. ON

2h g

若m₁v₁=m₂v₃+m₁v₂则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，
带入数据得：m₁

.

OP

=m₁

.

OM

+m₂

.

ON

所以需要测量质量和水平位移，用到的仪器是直尺、天平．
故答案为：（1）C  （2）AC  （3）m₁

.

OP

=m₁

.

OM

+m₂

.

ON

点评：本题是运用等效思维方法，平抛时间相等，用水平位移代替初速度，这样将不便验证的方程变成容易验证．