Question

如图1，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．
①实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量    （填选项前的符号），间接地解决这个问题．
A．小球开始释放高度h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的射程
②图10中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射球m₁多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP．
然后，把被碰小球m₂静置于轨道的水平部分，再将入射球m₁从斜轨上S位置静止释放，与小球m₂相碰，并多次重复．

接下来要完成的必要步骤是    ．（填选项前的符号）
A．用天平测量两个小球的质量m₁、m₂
B．测量小球m₁开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m₁、m₂相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM，ON
③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为    （用②中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为    （用②中测量的量表示）．
④经测定，m₁=45.0g，m₂=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图2所示．碰撞前、后m₁的动量分别为p₁与p₁′，则p₁：p₁′=    ：11；若碰撞结束时m₂的动量为p₂′，则p₁′：p₂′=11：    ．
实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为    ．
⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大．请你用④中已知的数据，分析和计算出被碰小球m₂平抛运动射程ON的最大值为     cm．

Answer

验证动量守恒定律实验中，质量可测而瞬时速度较难．因此采用了落地高度不变的情况下，水平射程来反映平抛的初速度大小，所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度．过程中小球释放高度不需要，小球抛出高度也不要求．最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒．
【解析】
（1）验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是通过落地高度不变情况下水平射程来体现速度．故答案是C
  （2）实验时，先让入射球ml多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP．然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球ml从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复．测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移，因此步骤中D、E是必须的，而且D要在E之前．至于用天平秤质量先后均可以．所以答案是ADE或DEA
 （3）设落地时间为t，则v=，，；
而动量守恒的表达式是m1v=m1v1+m2v2
动能守恒的表达式是
所以若两球相碰前后的动量守恒，则m1•OM+m2•ON=m1•OP 成立
若碰撞是弹性碰撞，动能是守恒的，则有成立
（4）碰撞前后m1动量之比：

（5）发生弹性碰撞时，被碰小球获得速度最大，根据
动量守恒的表达式是m1v=m1v1+m2v2
由
得动能守恒的表达式是
联立解得，因此最大射程为cm
 故答案为：①C； ②ADE或DEA；③m1•OM+m2•ON=m1OP；  m1•OM2+m2•ON2=m1OP2
    ④14；  2.9；   1.01；     ⑤76.8．