問題詳情:
兩位同學分別用如圖所示兩種裝置,通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來做動量守恆定律實驗。
(1)*同學裝置ABC段平整光滑,其中AB段是曲面,BC段是水平面,C端固定一重垂線。O是C的投影點,OC=H,在軌道上固定一擋板D,從貼緊擋板D處由靜止釋放小球A,小球A落在M點,用刻度尺測得M點與O點的距離為2l。在C的末端放置小球B,現仍從D處靜止釋放小球A,小球A與小球B發生正碰,小球B落在N點,小球A落在P點,測得OP為l,若已知小球A與B的質量之比mA:mB=3:1。
①根據實驗步驟和上述已知數據,可得ON長度為__________。
②若兩小球均看成質點,以兩球為系統,通過計算得系統機械能___________(填“守恆”或“不守恆”),可以得出兩球的碰撞是____________碰撞。(填“**”或“非**”)
(2)乙同學改裝如圖乙所示,將白紙、複寫紙固定在豎直放置木條上,用來記錄實驗中球A、球B與木條的撞擊點。實驗時,首先將木條豎直立在軌道末端右側並與軌道接觸,讓入*球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,撞擊點為B′;然後將木條平移到圖中所示位置,入*球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,確定其撞擊點為________________;再將入*球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,與球B相撞,確定球A和球B相撞後的撞擊點分別為____________和__________。測得B′與N′、P′、M′各點的高度差分別為hhh3。若所測物理量滿足表達式__________________時,則説明球A和球B碰撞中動量守恆。
【回答】
(1). (2). 守恆 (3). ** (4). (5). (6). (7).
【解析】(1)①球1運動到C端的速度為,在空中做平拋運動。水平方向
豎直方向
解得
由於球1兩次均從同一高度自由下滑,到C端動能一樣,速度均為,設球1與球2碰撞後速度分別為、,同理可解得
碰撞前後系統動量守恆,以向右為正方向,以球1和球2為系統,由動量守恆定律得
結合mA:mB=3:1可解得
結合平拋運動的知識可知
②以兩球為系統,碰前系統初動能
碰後系統末動能
則,故碰撞過程系統機械能守恆,兩球碰撞是**碰撞。
(2)小球做平拋運動,在豎直方向上
解得平拋運動時間
設軌道末端到木條的水平位置為,則小球做平拋運動的初速度應為
故入*球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,確定其撞擊點為,碰撞後,確定球A和球B相撞後的撞擊點分別為和;
如果碰撞過程動量守恆,則
將
解得
知識點:動量守恆定律
題型:實驗,探究題