【題目】如圖1所示,用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律,即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。O是小球拋出時球心在地面上的垂直投影點,實驗時,先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放,找到其落地點的平均位置P,測量平拋水平射程OP。然后把被碰小球m2靜置于水平軌道的末端,再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放,與小球m2相撞,多次重復實驗,找到兩小球落地的平均位置M、N。
① 圖2是小球m2的多次落點痕跡,由此可確定其落點的平均位置對應的讀數為_______cm。
② 下列器材選取或實驗操作符合實驗要求的是____________。
A.可選用半徑不同的兩小球
B.選用兩球的質量應滿足m1>m2
C.小球m1每次必須從斜軌同一位置釋放
D.需用秒表測定小球在空中飛行的時間
③ 在某次實驗中,測量出兩小球的質量分別為m1、m2,三個落點的平均位置與O點的距離分別為OM、OP、ON。在實驗誤差允許范圍內,若滿足關系式________________,即驗證了碰撞前后兩小球組成的系統動量守恒。(用測量的物理量表示)
④ 驗證動量守恒的實驗也可以在如圖3所示的水平氣墊導軌上完成。實驗時讓兩滑塊分別從導軌的左右兩側向中間運動,滑塊運動過程所受的阻力可忽略,它們穿過光電門后發生碰撞并粘連在一起。實驗測得滑塊A的總質量為m1、滑塊B的總質量為m2,兩滑塊遮光片的寬度相同,光電門記錄的遮光片擋光時間如下表所示。
左側光電門 | 右側光電門 | |
碰前 | T1 | T2 |
碰后 | T3、T3 | 無 |
a.在實驗誤差允許范圍內,若滿足關系式_______________________,即驗證了碰撞前后兩滑塊組成的系統動量守恒。(用測量的物理量表示)
b. 關于實驗,也可以根據牛頓運動定律及加速的的定義,從理論上推導得出碰撞前后兩滑塊的動量變化量大小相等、方向相反。請寫出推導過程__________(推導過程中對我用的物理量做必要的說明)。