解答题 (共 4 题 ),解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤
某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒,实验装置如图所示。A、B 为两个直径相同的小球。实验时,不放 B,让 A 从固定的斜槽上 $E$ 点自由滚下,在水平面上得到一个落点位置;将 B 放置在斜槽末端,让 A 再次从斜槽上 $E$ 点自由滚下,与 B 发生正碰,在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为 $M 、 N 、 P$ 。
(1)为了确认两个小球的直径相同,该同学用 10 分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量,某次测量的结果如下图所示,其读数为 $\_\_\_\_$ mm 。
(2)下列关于实验的要求哪个是正确的 $\_\_\_\_$。
A.斜槽的末端必须是水平的
B.斜槽的轨道必须是光滑的
C.必须测出斜槽末端的高度
D. $\mathrm{A} 、 \mathrm{~B}$ 的质量必须相同
(3)如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞, A 、 B 碰后在水平面上的落点位置分别为 $\_\_\_\_$、 $\_\_\_\_$。(填落点位置的标记字母)
(2023.辽宁.统考高考真题)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律,设计了如下实验:用纸板搭建如图所示的滑道,使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中 $O A$ 为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量分别为 $m_1$ 和 $m_2\left(m_1>m_2\right)$ 。将硬币甲放置在斜面一某一位置,标记此位置为 $B$ 。由静止释放甲,当甲停在水平面上某处时,测量甲从 $O$点到停止处的滑行距离 $O P$ 。将硬币乙放置在 $O$ 处,左侧与 $O$ 点重合,将甲放置于 $B$ 点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后,分别测量甲乙从 $O$ 点到停止处的滑行距离 $O M$ 和 $O N$ 。保持释放位置不变,重复实验若干次,得到 $O P 、 O M 、 O N$ 的平均值分别为 $s_0 、 s_1 、 s_2$ 。
(1)在本实验中,甲选用的是 $\_\_\_\_$ (填"一元"或"一角")硬币;
(2)碰撞前,甲到 $O$ 点时速度的大小可表示为 $\_\_\_\_$ (设硬币与纸板间的动摩擦因数为 $\mu$ ,重力加速度为 $g$ );
(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒,则 $\frac{\sqrt{s_0}-\sqrt{s_1}}{\sqrt{s_2}}=$ $\_\_\_\_$ (用 $m_1$ 和 $m_2$ 表示),然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒;
(4)由于存在某种系统或偶然误差,计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量
大小的比值不是 1 ,写出一条产生这种误差可能的原因 $\_\_\_\_$。
(2023.重庆.高三统考学业考试)某同学利用如图所示的装置完成了动量守恒定律的验证,图中 $\frac{1}{4}$ 弧形槽的半径为 $R$(未知),其操作如下:
① 测量出两大小完全相同的小球 $\mathrm{A} 、 \mathrm{~B}$ 的质量 $m_1$ 和 $m_2$ ,且 $m_1>m_2$ ;
② 将导轨固定在桌面上,调整轨道末端的高度距离地面 $R$ ,并使得小球 B 静止在轨道末端为止;然后将 $\frac{1}{4}$ 弧形槽置于水平面上,调整其位置使槽与水平面的切点 $O$ 在轨道末端的正下方;
③ 拿走小球 B ,将小球 A 由挡板处静止释放,小球落在 $\frac{1}{4}$ 弧形槽上的 $b$ 点;
④将小球 B 放在导轨末端,将小球 A 仍从原来的位置静止释放,小球 $\mathrm{A} 、 \mathrm{~B}$ 的落点分别为 $a$ 、 $c$ ;经测量可知弧 $O a 、 O b 、 O c$ 所对应的圆心角分别为 $\alpha_1 、 \alpha_2 、 \alpha_3$ 。
根据以上的操作回答下列问题:
(1)该实验除了图中的实验器材,还需要 $\_\_\_\_$。(填选项前的字母)
A.秒表
B.天平
C.螺旋测微器
D.角度测量仪
(2)如果两小球 $A$ 、 $B$ 碰撞过程中动量守恒,则关系式应为 $\_\_\_\_$ ;如果该碰撞过程中动量、机械能都守恒,则关系式应为 $\_\_\_\_$
(2022春.辽宁营口.高一统考期末)(1)实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小或很大等各种情况,若要求碰撞时动能损失最大,应选图 $\_\_\_\_$ (选填"甲"或"乙")图中的装置,若要求碰撞时动能损失最小,则应选图 $\_\_\_\_$ (选填"甲"或"乙")图中的装置。(甲图两滑块分别装有弹性圈,乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)
(2)若通过实验已验证碰撞前、后系统的动量守恒,某同学再进行以下实验。某次实验时碰撞 B 滑块静止,A滑块匀速向 B 滑块运动并发生碰撞,利用频闪照相的方法连续 4 次拍摄得到的闪光照片如图丙所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为 $T$ ,在这 4 次闪光的过程中, A、B 两滑块均在 0: 80 cm 范围内,且第 1 次闪光时,滑块 A 恰好位于 $x=10 \mathrm{~cm}$ 处。若 A、 B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短,均可忽略不计,则 A、B 两滑块的质量比 $\mathrm{m}_{\mathrm{A}}: m_B=$ $\_\_\_\_$。