如图为实验室常用的气垫导轨验证动量守恒的装置.两带有等宽遮光条的滑块A和B,质量分别为mA、mB , 在A、B间用细线水平压住一轻弹簧,将其置于气垫导轨上,调节导轨使其能实现自由静止,这是表明,烧断细线,滑块A、B被弹簧弹开,光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB , 若有关系式,则说明该实验动量守恒.
为了验证“两小球碰撞过程中的动量守恒”,某同学用如图所示的装置进行了如下的操作:
Ⅰ.将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于靠近槽口处,使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
Ⅱ.将木板向右平移适当的距离固定,再使小球a 从原固定点由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹B;Ⅲ.把小球b静止放在斜槽轨道的水平段的最右端,让小球a 仍从原固定点由静止释放,和小球b相碰后,两小球分别撞到木板并在白纸上留下痕迹A和C;
Ⅳ.用天平测出a、b两个小球的质量分别为ma和mb , 用刻度尺测量白纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3 .
根据上述实验,请回答下列问题:
某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律.装置固定在水平面上,圆弧形轨道下端切线水平.两球半径相同,两球与水平面的动摩擦因数相同.实验时,先测出A、B两球的质量mA、mB , 让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放,记下其在水平面上滑行距离的平均值x0 , 然后把球B静置于轨道下端水平部分,并将A从轨道上同一位置由静止释放,并与B相碰,重复多次.
①为确保实验中球A不反向运动,则mA、mB应满足的关系是;
②写出实验中还需要测量的物理量及符号:;
③若碰撞前后动量守恒,写出动量守恒的表达式:;
④取mA=2mB , x0=1m,且A、B间为完全弹性碰撞,则B球滑行的距离为.
①安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指的位置O;
②不放小球B,让小球A从斜槽上挡板处由静止滚下,并落在地面上;重复多次以确定小球落点位置;
③把小球B放在轨道水平槽末端,让小球A从挡板处由静止滚下,使它们碰撞:重复多次以确定碰撞后两小球的落点位置;
④用刻度尺分别测量三个落地点M、P、N离O点的距离,即线段的长度OM、OP、ON.
A.小球a的质量ma和小球b的质量mb B.小球飞出的水平距离O
①用天平测得 、 两小球的质量分别为 、 ,且
②如图所示安装器材,在竖直木板上记下O点(与装置C点的小球的球心等高),调节斜槽使其末端的切线水平
③C处先不放小球,将球 从斜槽上的适当高度由静止释放,球 抛出后撞在木板上的平均落点为P
④再将球 置于C处,让球 从斜槽上的同一位置由静止释放,两球碰后落在木板上的平均落点为M、N
⑤.用刻度尺测出三个平均落点到O点的距离分别为 、 、
回答下列问题:
步骤1:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹;
步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。重复10次,分别在白纸上留下各自的落点痕迹;
步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度LOM , LOP , LON。
①本实验中,要想更准确的确定小球平均落点位置,需要借助哪种实验仪器(填仪器名称即可),在这个实验中,为了减小实验误差,两球的质量应满足m1m2;(填“>”、“<”或“=”)
②当所测物理量满足表达式 (用所测物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。
③完成上述实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如下图所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的底端与O点重合。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验步骤1和2的操作,得到两球在斜面上的平均落点M′、P′、N′。用刻度尺测得斜面底端到M′、P′、N′三点的距离分别为L′OM 、L′OP、L′ON , 测量出斜面的倾角为θ。则仅利用以上数据能不能验证两球碰撞过程中总动量守恒。若能,请用所测物理量写出验证表达式;若不能,请说明理由。
(步骤1)用天平测出A、B两个小球的质量mA、mB(mA>mB);
(步骤2)把坐标纸紧贴在木板上,固定木板和斜槽在同一竖直面上,使斜槽末端保持水平,调整好手机的位置使摄像头正对坐标纸;
(步骤3)让入射小球在斜槽上的P点由静止释放,小球离开斜槽后,启动手机连拍功能进行拍摄,选择小球在空中运动时的相邻两张照片,在坐标纸上记录下小球的位置,如图乙所示;
(步骤4)更换新的坐标纸,将被碰小球放在斜槽末端,____;
(步骤5)两小球离开斜槽后,再次启动手机连拍功能进行拍摄,选择两球同时在空中运动时的相邻两张照片,在坐标纸上记录小球的位置,如图丙所示;
根据实验回答以下问题:
①用天平测出滑块A、B的质量分别为300g和200g;
②安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
③向气垫导轨通入压缩空气;
④把A、B两滑块放到导轨上,并给他们一个初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔设定为 。照片如图。该组同学结合实验过程和图像分析知:该图像是闪光4次摄得的照片,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0~80cm刻度范围内;第一次闪光时,滑块B恰好通过x=55cm处,滑块A恰好通过x=70cm处;碰撞后有一个物体处于静止状态。请问:
①实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是,可以通过仅测量,间接地解决这个问题。
A.小球开始释放高度
B.小球抛出点距地面的高度
C.小球做平抛运动的射程
②以下提供的测量工具中,本实验必须使用的是。
A.刻度尺 B.天平 C.游标卡尺 D.秒表
③关于本实验,下列说法正确的是。
A.斜槽轨道必须光滑
B.斜槽轨道末端必须水平
C.实验过程中,复写纸和白纸都可以移动
④在实验误差允许范围内,若满足关系式,则可以认为两球碰撞前后总动量守恒。
A. B.
C. D.
左侧光电门 | 右侧光电门 | |
碰前 | ||
碰后 | 、 | 无 |
①在实验误差允许范围内,若满足关系式,即验证了碰撞前后两滑块组成的系统动量守恒。(用题目中给出的测量的物理量表示)
②关于实验,也可以根据牛顿运动定律及加速度的定义,从理论上推导得出碰撞前后两滑块的动量变化量大小相等、方向相反。请写出推导过程(推导过程中对所用到的物理量做必要的说明)。
①简述确定平均落点位置的办法:。
②用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置与O点的距离,、、。入射小球的质量为 , 靶球的质量为 , 若满足关系式,则两球碰撞前、后系统动量守恒。