Question

用如图所示装置来验证动量守恒定律．质量为m_A的钢球A用细线悬挂于O点，质量为m_B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：P_A=    ，P_A′=    ．P_B=0，P_B′=    ．

Answer

（1）实验需要测出碰前小球A的速度与动量，碰后小球A的速度与动量，碰后小球B的速度与动量，据此确定实验需要测量的量．
（2）A球下摆过程机械能守恒，根据守恒定律列式求最低点速度；球A上摆过程机械能再次守恒，可求解碰撞后速度；碰撞后小球B做平抛运动，根据平抛运动的分位移公式求解碰撞后B球的速度，然后验证动量是否守恒即可．
【解析】
（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）=mAvA2-0，解得：vA=，则PA=mAvA=mA；
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-mAvA′2，解得vA′=，
PA′=mAvA′=mA；
碰撞后B球做平抛运动，水平方向：S=vB′t，竖直方向H=gt2，
解得vB′=S，则碰后B球的动量PB′=mBvB′=mBS；
故答案为：（1）mA、mB、α、β、H、L；（2）mA；mA；mBS．