Question

（1）①某同学用如图1所示的装置来探究机械能守恒定律：实验中，得到了甲、乙、丙三条实验纸带，如图2所示，则应选    纸带好．

在实验中若所用重物的质量为l.00kg，当地的重力加速度为g=9.80m/s²，在某次实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图3所示，把第一个点记作0，另选取连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A，B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm，70.18cm，77.76cm、85.73cm．
②根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于    J，动能的增加量等于    J（取三位有效数字）．
③由以上的计算结果可看出，重物由O点运动到C点，重力势能的减少量    于动能的增加量，试简单阐述造成这一结果的两个理由    、    ．
（2）用如图甲所示的装置，来验证碰撞过程中的动量守恒．图中PQ是斜槽，QR为水平槽．O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，A、B两球的质量之比m_A：m_B=3：1．先使A球从斜槽上固定位置G由静止释放，在水平地面的记录纸上留下落点痕迹，重复10次，得到10个落点．再把B球放在水平槽上的末端R处，让A球仍从位置G由静止释放，与B球碰撞，碰后A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复10次．A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示，其中米尺的零点与O点对齐．

①碰撞后A球的水平射程应取    cm．
②本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度．下面的实验条件中，可能不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度的是    ．
A．使A、B两小球的质量之比改变为5：1
B．升高固定点G的位置
C．使A、B两小球的直径之比改变为1：3
D．升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度
③利用此次实验中测得的数据计算碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为    ．（结果保留三位有效数字）

Answer

1、①自由落体运动的前0.02s的位移：x=gt2=×9.8×0.022m=1.98mm≈2mm，故选甲纸带；
②纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度．从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值；
③重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到较大的阻力，从能量转化的角度，由于阻力做功，重力势能减小除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能．
2、A小球和B小球相撞后，B小球的速度增大，A小球的速度减小，所以碰撞后A球的落地点距离O点最近，读数时取平均值，只有当小球做平抛运动时才能用水平位移表示为水平速度，计算出碰撞前后动量的值即可求解．
【解析】
（1）①自由落体运动的前0.02s的位移位移：x=gt2=×9.8×0.022m=1.98mm≈2mm，
为保证初速度为零，要选第一、二点间距接进2mm的纸带，故选甲纸带；
②重力势能减小量△Ep=mgh=1.0×9.8×0.7776J=7.62J．
利用匀变速直线运动的推论得：
vC=
△Ek=EkC=mvC2=7.57J
③重物减小的重力势能总大于重物增加的动能，其主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦阻力，或存在空气阻力．
（2）【解析】
①A小球和B小球相撞后，B小球的速度增大，A小球的速度减小，碰撞前后都做平抛运动，高度相同，所以运动时间相同，所以速度大的水平位就大，而碰后A的速度小于B的速度，所以碰撞后A球的落地点距离O点最近，所以碰撞后A球的水平射程应取14.50cm． 
②只有当小球做平抛运动时才能用水平位移表示为水平速度，
A、改变小球的质量比，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
B、升高固定点G的位置，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
C、使A、B两小球的直径之比改变为1：3，小球的球心不在同一高度，碰撞后小球的速度不在水平方向，不能做平抛运动，不可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
D、升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度；
故选C
③碰撞前A球做平抛运动的水平位移为x1=30cm，碰撞后A球做平抛运动的水平位移为x2=14.5cm，碰撞后B球做平抛运动的水平位移为x3=45cm
设运动的时间为t，则碰撞前的动量为：mA，碰撞后总动量为：mA+mB
所以碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为=1.01
故答案为：（1）①甲；②7.62，7.57；③大，由于空气的阻力、纸带与打点计时器之间有摩擦．
（2）①14.50；②C；③1.01．