Question

如图为实验室中验证动量守恒实验装置示意图
（1）若入射小球质量为m₁，半径为r₁；被碰小球质量为m₂，半径为r₂，则   
A．m₁＞m₂r₁＞r₂
B．m₁＞m₂r₁＜r₂
C．m₁＞m₂r₁=r₂
D．m₁＜m₂r₁=r₂
（2）为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是    ．（填下列对应的字母）
A．直尺B．游标卡尺C．天平D．弹簧秤E．秒表
（3）设入射小球的质量为m₁，被碰小球的质量为m₂，P为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式（用m₁、m₂及图中字母表示）    成立，即表示碰撞中动量守恒．
（4）在实验装置中，若斜槽轨道是光滑的，则可以利用此装置验证小球在斜槽上下滑过程中机械能守恒，这时需要测量的物理量有：小球释放初位置到斜槽末端的高度差h₁；小球从斜槽末端做平抛运动的水平移s、竖直高度h₂，则所需验证的关系式为：    ．

Answer

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．为了使两球发生正碰，两小球的半径相同；
两球做平抛运动，由于高度相等，则平抛的时间相等，水平位移与初速度成正比，把平抛的时间作为时间单位，小球的水平位移可替代平抛运动的初速度．将需要验证的关系速度用水平位移替代．
【解析】
（1）在小球碰撞过程中水平方向动量守恒定律故有m1v=m1v1+m2v2
在碰撞过程中动能守恒故有
解得v1=
要碰后入射小球的速度v1＞0，即m1-m2＞0，
m1＞m2，
为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，r1=r2
故选C．
（2、3）P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球的位置，N为碰后被碰小球的位置，
碰撞前入射小球的速度
碰撞后入射小球的速度．
碰撞后被碰小球的速度．
若m1v1=m2v3+m1v2则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，
带入数据得m1=m1+m2
所以需要测量质量和水平位移，用到的仪器是直尺、天平．
（4）利用此装置验证小球在斜槽上下滑过程中机械能守恒，即判断重力势能的减小量与动能的增加量是否相等，
重力势能的减小量为mgh1，小球平抛运动的时间t=，则平抛运动的初速度，则动能的增加量为，则所需验证的关系式为：，即S2=4h1h2．
故答案为：（1）C
（2）AC
（3）m1=m1+m2
（4）S2=4h1h2