用如图所示装置来验证动量守恒定律．质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线在A球释

题文

用如图所示装置来验证动量守恒定律．质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直线夹角为α，A球释放后摆到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D，保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点．（已知当地的重力加速度为g）（1）为验证两球碰撞过程动量守恒，应测出数值的物理量有S以及______．（用题中字母表示）（2）用测得的物理量表示碰撞前后A球、B球的动量：PA=______，PA′=______．PB=0，PB′=______．

题型：未知 难度：其他题型

答案

（1）实验过程中需要求出两小球碰撞前后的动量，因此需要知道小球的质量与速度，小球的速度可以由动能定理与平抛运动知识求得，因此该实验需要测量的物理量有：小球的质量mA、mB，倾角α与β，球B飞出时的高度H，绳长L；即需要测量的量有：mA、mB、α、β、H、L．（2）小球从A处下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得：mAgL（1-cosα）=12mAvA2-0，解得：vA=2gL(1-cosα)，则PA=mAvA=mA2gL(1-cosα)；小球A与小球B碰撞后继续运动，在A碰后到达最左端过程中，机械能再次守恒，由机械能守恒定律得：-mAgL（1-cosβ）=0-12mAvA′2，解得vA′=2gL(1-cosβ)，PA′=mAvA′=mA2gL(1-cosβ)；碰撞后B球做平抛运动，水平方向：S=vB′t，竖直方向H=12gt2，解得vB′=Sg2H，则碰后B球的动量PB′=mBvB′=mBSg2H；故答案为：（1）mA、mB、α、β、H、L；（2）mA2gL(1-cosα)；mA2gL(1-cosβ)；mBSg2H．

解析

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考点

据考高分专家说，试题“用如图所示装置来验证动量守恒定律．质量为.....”主要考查你对 [实验：验证动量守恒定律 ]考点的理解。

实验：验证动量守恒定律

实验目的： 研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒。 实验原理： 一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只要分别测出两小球的质量m1、m2，和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离s1'和s2'，若m1s1在实验误差允许范围内与m1s1'+m2s2'相等，就验证了两小球碰撞前后总动量守恒。 实验器材： 碰撞实验器（斜槽、重锤线），两个半径相等而质量不等的小球；白纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺（选用），圆规。 实验步骤： 1、用天平测出两个小球的质量m1、m2。 2、安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，并使斜槽末端点的切线水平。 3、在水平地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 4、在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。 5、先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，重复10次，用圆规作尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点的平均位置P。 6、把被碰球放在小支柱上，调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度，确保入射球运动到轨道出口端时恰好与靶球接触而发生正碰。 7、再让入射小球从同一高度处由静止开始滚下，使两球发生正碰，重复10次，仿步骤（5）求出入射小球的落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。 8、过O、N作一直线，取OO'=2r（可用游标卡尺测出一个小球的直径，也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离），O'就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置。 9、用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度。 10、分别算出m1·与m1·+m2·的值，看m1·与m1·+m2·9、用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度。 10、分别算出m1·与m1·+m2·的值，看m1·与m1·+m2·在实验误差允许的范围内是否相等。 注意事项： 1、应使入射小球的质量大于被碰小球的质量。 2、要调节好实验装置，使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，小支柱与槽口间距离使其等于小球直径，而且两球相碰时处在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直线上。 3、每次入射小球从槽上相同位置由静止滚下，可在斜槽上适当高度处固定一档板，使小球靠着挡板，然后释放小球。4、白纸铺好后不能移动。