Question

為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞（碰撞過程中沒有機械能損失），某同學選取了兩個體積相同、質量不等的小球，按下述步驟做了如下實驗：
①用天平測出兩個小球的質量分別為m₁和m₂，且m₁＞m₂．
②按照如圖所示的那樣，安裝好實驗裝置．將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點的切線水平．將一斜面BC連接在斜槽末端．
③先不放小球m₂，讓小球m₁從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置．
④將小球m₂放在斜槽前端邊緣處，讓小球m₁從斜槽頂端A處滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m₁和小球m₂在斜面上的落點位置．
⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離．圖中D、E、F點是該同學記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為L_D、L_E、L_F．
根據該同學的實驗，回答下列問題：
（1）小球m₁與m₂發(fā)生碰撞后，m₁的落點是圖中的

D

點，m₂的落點是圖中的

F

點．
（2）用測得的物理量來表示，只要滿足關系式

m1

LE

=m1

LD

+m2

LF

，則說明碰撞中動量是守恒的．
（3）用測得的物理量來表示，只要再滿足關系式

m₁L_E=m₁L_D+m₂L_F

，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞．

Answer 1

分析：（1）小球m₁和小球m₂相撞后，小球m₂的速度增大，小球m₁的速度減小，都做平拋運動，由平拋運動規(guī)律不難判斷出；
（2）設斜面BC與水平面的傾角為α，由平拋運動規(guī)律求出碰撞前后小球m₁和小球m₂的速度，表示出動量的表達式即可求解；
（3）若兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機械能沒有損失．

解答：解：（1）小球m₁和小球m₂相撞后，小球m₂的速度增大，小球m₁的速度減小，都做平拋運動，所以碰撞后m₁球的落地點是D點，m₂球的落地點是F點；
（2）碰撞前，小于m₁落在圖中的E點，設其水平初速度為v₁．小球m₁和m₂發(fā)生碰撞后，m₁的落點在圖中的D點，設其水平初速度為v₁′，m₂的落點是圖中的F點，設其水平初速度為v₂． 設斜面BC與水平面的傾角為α，
由平拋運動規(guī)律得：LDsinα=

1

2

gt2，L_Dcosα=v′₁t
解得：v′1=

gLD(cosα)2 2sinα

同理可解得：v1=

gLE(cosα)2 2sinα

，v2=

gLF(cosα)2 2sinα

所以只要滿足m₁v₁=m₂v₂+m₁v′₁即：m1

LE

=m1

LD

+m2

LF

則說明兩球碰撞過程中動量守恒；
（3）若兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機械能沒有損失．則要滿足關系式

1

2

m₁v₁²=

1

2

m₁v′₁²+

1

2

m₂v²
即m₁L_E=m₁L_D+m₂L_F
故答案為為：（1）D；F
（2）m1

LE

=m1

LD

+m2

LF

（3）m₁L_E=m₁L_D+m₂L_F

點評：學會運用平拋運動的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度，兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機械能沒有損失．