Question

某同学用图示的装置做验证动量守恒定律的实验．选用小球a为入射小球，b为被碰小球．设小球a、b的质量分别为m_a、m_b；则它们的质量关系应为m_a______m_b，半径关系为r_a______r_b（填“大于”、“等于”或“小于”）．放上被碰小球b后，两小球a、b碰后的落点如图所示，系统碰撞过程中动量守恒则应满足的表达式是______，（用题中物理量和图中字母表示）

Answer

（1）为了保证碰撞前后使入射小球的速度方向不变，故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量．
（2）小球发生正碰，碰撞时两小球球心应在同一高度．
（3）小球a和小球b相撞后，小球b的速度增大，小球a的速度减小，都做平抛运动，由平抛运动规律不难判断出各自做平抛运动的落地点，根据平抛运动的特点求出碰撞前后两个小球的速度，根据动量的公式列出表达式，代入数据看碰撞前后的动量是否相等．
【解析】
（1）验证碰撞过程的动量守恒，为防止两个小球碰撞后入射球反弹，入射球的质量与大宇被碰球的质量；
（2）要使两球发生对心正碰，两小球发生碰撞时，两球的球心应在同一水平面上，则两球半径应相等；
（3）小球离开轨道后做平抛运动，它们在空中的运动时间相等，设为t，
由图示可知，B为碰前入射小球落点的位置，A为碰后入射小球的位置，C为碰后被碰小球的位置，
碰撞前a的速度v1=，碰撞后a的速度v2=，碰撞后b的速度v3=，
我们需要验证：mav1=mbv3+mav2，将球的速度表达式代入得：maOB=maOA+mbOC；
故答案为大于；等于；maOB=maOA+mbOC．