
用图甲所示的装置“验证动量守恒定律”,主要步骤如下:
(ⅰ)利用重垂线,记录水平槽末端在白纸上的投影点O。
(ⅱ)取两个大小相同、质量不同的小球1和2,并测出其质量分别为和
。
(ⅲ)使小球1从斜槽上某一位置由静止释放,落在垫有复写纸的白纸上留下痕迹,重复本操作多次。
(ⅳ)把小球2放在水平槽的末端,小球1从原位置由静止释放,与小球2碰撞后,落在白纸上留下各自的落点痕迹,重复本操作多次。
(ⅴ)在白纸上确定平均落点的位置M、N、P。
请完成下列内容
(1)用“画圆法”确定小球1在没有与小球2发生碰撞时的平均落点N,则图乙中圆 (填“a”或“b”)更合理。
(2)本实验中用于验证动量守恒定律的表达式应为: (用
、
、OP、OM表示)。
(3)刻度尺的零点与O点对齐,由图丙读得 cm,又测得
。将数据代入动量守恒表达式,计算得到碰撞前系统总动量P与碰撞后系统总动量
的误差
(计算结果保留2位有效数字),由此可判断该系统碰撞过程动量守恒。
(4)如图甲,若实验小组在记录投影点O后,由于失误将白纸水平向右移动了一段距离,再进行步骤(ⅲ)(ⅳ)(ⅴ),则计算得到的碰撞前系统的总动量 (选填“大于”“等于”或“小于”)碰撞后的总动量。
【答案】(1)a (3分) (2) (3分)
(3) 45.00 (3分) 1.6% (3分) (4)大于(3分)
【详解】(1)用画圆法确定小球落地点时,需要用尽量小的圆把所有落点圈起来,圆心即为小球的平均落地点,个别偏离较远的点舍去,则图乙中圆a更合理。
(2)小球离开桌面后做平抛运动,抛出点的高度相同,则运动时间相同,设为t,不放小球2时,设小球1平抛运动初速度为 v0,小球1水平方向上有
解得
放小球2时,设碰撞之后小球1、2速度分别为 v1、v2,水平方向上有,
解得,
要验证动量守恒定律,则要验证
将速度代入上式化简得
(3)刻度尺的最小分度是1mm,刻度尺的零点与O点对齐,由图丙读得。
碰撞前系统总动量P与碰撞后系统总动量的误差
(4)如图甲,若实验小组在记录投影点O后,由于失误将白纸水平向右移动了一段距离,则测量的小球的水平位移都变小,再进行步骤(ⅲ)(ⅳ)(ⅴ),设白纸水平向右移动的距离为x,则碰撞前系统的总动量减小,碰撞后系统的总动量减小
则
可知
所以计算得到的碰撞前系统的总动量大于碰撞后的总动量。
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