Question

在做“驗證動量守恒定律”實驗中，裝置如圖1

（1）需要的測量儀器或工具有

BCDF

A．秒表      B．天平          C．刻度尺
D．重錘線    E．打點計時器    F．圓規
（2）必須要求的條件是

ABD

A．兩小球碰撞時，球心必須在同一高度上
B．斜槽軌道末端的切線必須水平
C．入射球和被碰球的質量必須相等，且大小相同
D．入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止滾下
（3）某次實驗中得出的落點情況如下圖2所示，假設碰撞過程中動量守恒，則入射小球質量m₁和被碰小球質量m₂之比為

19：5

．
（4）在做“驗證動量守恒定律”實驗中，對產生誤差的主要原因表述正確的是

AD

A．碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后兩小球的速度方向不是在同一直線上
B．傾斜部分軌道對入射小球的摩擦力作用
C．沒有測量高度，算出具體的平拋時間
D．測量長度的誤差．

Answer 1

分析：1． 實驗原理
在一維碰撞中，測出物體的質量m和碰撞前后物體的速度v、v′，找出碰撞前的動量p=m₁v₁+m₂v₂及碰撞后的動量p′=m₁v₁′+m₂v₂′，看碰撞前后動量是否守恒．
2． 實驗器材
斜槽、小球（兩個）、天平、復寫紙、白紙等．
3． 實驗步驟
（1）用天平測出兩小球的質量，并選定質量大的小球為入射小球．
（2）按照實驗原理圖甲安裝實驗裝置．調整、固定斜槽使斜槽底端水平．
（3）白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好．記下重垂線所指的位置O．
（4）不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復10次．用圓規畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈在里面．圓心P就是小球落點的平均位置．
（5）把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發生碰撞，重復實驗10次．用步驟（4）的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N．如實驗原理圖甲所示．
（6）連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度．將測量數據填入表中．最后代入m₁

.

OP

=m₁

.

OM

+m₂

.

ON

，看在誤差允許的范圍內是否成立．
（7）整理好實驗器材放回原處．
（8）實驗結論：在實驗誤差允許范圍內，碰撞系統的動量守恒．

解答：解：（1）本實驗需要天平稱量物體的質量，需要刻度尺測量長度，需要中垂線調節軌道末端水平，需要圓規找物體的平均落點，故選：BCDF．
（2）A、要保證碰撞是一維的，即保證兩物體在碰撞之前沿同一直線運動，故A正確；
B、要保證碰撞后兩個球做平拋運動，故斜槽軌道末端的切線必須水平，故B正確；
C、入射球質量要大于被碰球質量，即m₁＞m₂，防止碰后m₁被反彈，故C錯誤；
D、為保證碰撞的初速度相同，入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止滾下，故D正確；
故選：ABD．
（3）根據動量守恒定律，有：
m₁

.

OP

=m₁

.

OM

+m₂

.

ON

代入數據，有：
mm₁×0.2550=m₁×0.1550+m₂×0.3800
解得：m₁：m₂=19：5
（4）A、要保證兩物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之后還沿這條直線運動；若碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后兩小球的速度方向不是在同一直線上會產生較大的誤差，故A正確；
B、傾斜部分軌道對入射小球的摩擦力作用，但只要入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止滾下，即可保證碰撞的初速度相同，故B錯誤；
C、小球做平拋運動的時間由高度差決定，由于高度差一定，故平拋的時間都相同，故水平射程與平拋的初速度成正比，故不需要測量高度差，只要滿足：m₁

.

OP

=m₁

.

OM

+m₂

.

ON

，就一定有m₁v₁+m₂v₂=m₁v₁′+m₂v₂′，故C錯誤；
D、測量長度的誤差對最終動量是否守恒的驗證會有影響，故D正確；
故選：AD．
故答案為：（1）BCDF；（2）ABD；（3）19：5；（4）AD．

點評：實驗注意事項：（1）前提條件：保證碰撞是一維的，即保證兩物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之后還沿這條直線運動．
（2）利用斜槽進行實驗，入射球質量要大于被碰球質量，即m₁＞m₂，防止碰后m₁被反彈．