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题型:简答题
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简答题 · 16 分

已知真空中电量为Q的点电荷电场中,若取无穷远为零电势点,则离电荷距离为r的某点的电势表达式为(k为静电力常数)。如图所示,带正电的甲球固定在足够大的光滑绝缘水平面上的A点,其带电量为Q;质量为m、带正电的乙球在水平面上的B点由静止释放,其带电量为q;A、B两点间的距离为l0。释放后的乙球除受到甲球的静电力作用外,还受到一个大小为、方向指向甲球的恒力作用,两球均可视为点电荷。求:

(1)乙球在释放瞬间的加速度大小;

(2)乙球的速度最大时两个电荷间的距离;

(3)乙球运动的最大速度vm为多少?

(4)乙球运动过程中,离开甲球的最大距离和最小距离是多少?

正确答案

见解析

解析

(1)乙求受到电场力和F的作用,合力

ΣF==ma

     

(2)合外力向左,所以乙球向左做加速度减小的加速运动,当合力为零时,速度最大              

ΣF=

r =2l0    

(3) 乙球的电势能:   

电场力做正功,等于电势能的减少:

WE=-Δε=-

外力做负功:

WF =

由动能定理:WE + WF=

得:    

(4)乙球达到速度最大后,再向左做加速度增大的减速运动,当速度等于零时,离甲球最远。V=0此时离开甲球距离为rm ,然后又向右运动到r=l0时速度又等于零。      

所以离开A球最近的距离为 l0         

WE + WF=0

  

rm=4l0       

所以       ( l0 ~4 l0   )

知识点

动量守恒定律能量守恒定律与能源电势能和电势
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

有一种飞行器是利用电场加速带电粒子,形成向外发射的高速粒子流,对飞行器自身产生反冲力,从而对飞行器的飞行状态进行调整的。已知飞行器发射的高速粒子流是由二价氧离子构成的。当单位时间内发射的离子个数为n,加速电压为U时,飞行器获得的反冲力为F。为了使加速器获得的反冲力变为2F,只需要

A将加速电压变为2U

B将加速电压变为4U

C将单位时间内发射的离子个数变为n

D将单位时间内发射的离子个数变为4n

正确答案

B

解析

知识点

动量守恒定律反冲带电粒子在匀强电场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

某同学用一个光滑的半圆形轨道和若干个大小相等、可视为质点的小球做了三个有趣的实验,轨道固定在竖直平面内,且两端同高。第一次,他将一个小球从离轨道最低点的竖直高度h处由静止沿轨道下滑(h远小于轨道半径),用秒表测得小球在轨道底部做往复运动的周期为T;第二次,他将小球A放在轨道的最低点,使另一个小球B从轨道最高点由静止沿轨道滑下并与底部的小球碰撞,结果小球B返回到原来高度的1/4,小球A也上滑到同样的高度;第三次,用三个质量之比为m1:m2:m3=5:3:2的小球做实验,如图所示,先将球m2和m3放在轨道的最低点,球m1从某一高度由静止沿轨道下滑,它们碰后上升的最大高度分别为h1、h2和h3,不考虑之后的碰撞。设实验中小球间的碰撞均无能量损失。重力加速度为g。

求:

(1)半圆形轨道的半径R;

(2)第二次实验中两小球的质量之比mA:mB

(3)第三次实验中三个小球上升的最大高度之比h:h:h

正确答案

见解析。

解析

(1)第一次实验中,小球的运动可以看做摆长为R的单摆,根据单摆周期公式有:

所以                        

(2)第二次实验中,球B从高为R处释放,设球B与球A碰撞前瞬间的速度大小为vB,碰撞后瞬间它们速度的大小分别为和vA。由题意知,球B与A碰后达到的高度均为,根据机械能守恒定律有

所以         

又根据动量守恒定律有

所以                     

(3)根据题意设球1、2、3的质量分别为5m、3m和2m。设球1与球2碰撞前后的速度分别为v1,球2与球3碰撞前后的速度分别为,球3与球2碰撞后的速度为

球1与球2碰撞过程中动量守恒,且机械能守恒,则有

解得         

球2与球3碰撞过程中动量守恒,且机械能守恒,则有

解得:       

在三个小球的上升过程中,根据机械能守恒定律有

解得         

知识点

动量守恒定律弹性碰撞和非弹性碰撞机械能守恒定律
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

(1)下列说法正确的是

A. 一个氢原子从 n = 3的能级发生跃迁,可能只辐射一种频率的光子

B. 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应

C. 比结合能越小,表示原子核中核子结合的越牢固,原子核越稳定

D. 铀核()衰变为铅核(),要经过8次α衰变和10次β衰变

(2)如图所示,光滑水平直轨道上放置长木板B和滑块C,滑块A置于B的左端,且A、B间接触面粗糙,三者质量分别为mA = 1 kg 、mB = 2 kg、 mC = 23 kg ,开始时 A、B一起以速度v0 =10 m/s向右运动,与静止的C发生碰撞,碰后C向右运动,又与竖直固定挡板碰撞,并以碰前速率弹回,此后B与C不再发生碰撞,已知B足够长,A、B、C最终速度相等,求B与C碰后瞬间B的速度大小。

正确答案

(1)AB

(2)7.25 m/s

解析

(1)略。

(2)设碰后B速度为vB ,C速度为vC , 以向右为正方向,由动量守恒定律得

mBv0 = mCvC - mBvB

BC碰后,A、B在摩擦力作用下达到共同速度,大小为vC ,由动量守恒定律得

mAv0-mBvB=-(mA+mB)vC

代入数据得vB=7.25m/s

知识点

动量守恒定律氢原子的能级公式和跃迁原子核的结合能轻核的聚变
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题型:简答题
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简答题 · 8 分

(1)已知氢原子各定态能量为,式中n=1,2,3,…,为氢原子的基态能量。要使处于基态的氢原子跃迁到激发态,入射光子具有的最小频率为_______。若大量氢原子处于n=4的激发态,则它们发生能级跃迁时,最多能辐射_______种频率的光子。(普朗克常量为h)

(2)如图所示,两个并排放置的木块A和B静止在光滑水平面上,已知mA=0.5 kg,mB=0.3 kg ,A、B之间不粘连。有一质量mC=0.1 kg的小物块C,以20 m/s的水平速度滑上A表面,最终在木块B上以2.5 m/s的速度与B共同运动,求:C离开A时的速度大小。

正确答案

(1);6

(2)v=4m/s

解析

(1)    

(2)设C离开A时速度为v,根据动量守恒定律得

C与A分离后,对C、B由动量守恒定律:

解得

知识点

动量守恒定律氢原子的能级公式和跃迁
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示,固定的光滑平台上固定有光滑的半圆轨道,轨道半径R=0.6m。平台上静止着两个滑块A、B,mA=0.1Kg,mB=0.2Kg,两滑块间夹有少量炸药,平台右侧有一带挡板的小车,静止在光滑的水平地面上。小车质量为M=0.3Kg,车面与平台的台面等高,车面左侧粗糙部分长度为L=0.8m,动摩擦因数为μ=0.2,右侧拴接一轻质弹簧,弹簧自然长度所在处车面光滑。点燃炸药后,A滑块到达轨道最高点时对轨道的压力大小恰好等于A滑块的重力,滑块B冲上小车。两滑块都可以看作质点,炸药的质量忽略不计,爆炸的时间极短,爆炸后两个物块的速度方向在同一水平直线上,且g=10m/s2。求:


  (1)滑块在半圆轨道最低点对轨道的压力
  (2)炸药爆炸后滑块B的速度大小
  (3)滑块B滑上小车后的运动过程中弹簧的最大弹性势能

正确答案

见解析。

解析

(1)在最高点由牛顿第二定律: ……(2分)

由已知最高点压力

由机械能守恒定律:       …………(3分)

在半圆轨道最低点由牛顿第二定律:  …………(2分)

解得:              …………(1分)

由牛顿第三定律:

滑块在半圆轨道最低点对轨道的压力大小为7N,方向竖直向下 ……(1分)

(2)由动量守恒定律:                     …………(2分)

                     …………(1分)

(3)由动量守恒定律:              …………(2分)

由能量守恒定律:

          …………(3分)

知识点

牛顿第二定律向心力动量守恒定律能量守恒定律与能源
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

在足够长的光滑固定水平杆上,套有一个质量为的光滑圆环。一根长为的轻绳,一端拴在环上,另一端系着一个质量为的木块,如图所示。现有一质量为的子弹以的水平速度射入木块,子弹穿出木块时的速度为,子弹与木块作用的时间极短,取g = 10 m/s2

(1)当子弹射穿木块时,轻绳的拉力大小

(2)当子弹射穿木块后,木块向右摆动的最大高度

(3)当木块第一次返回到最低点时,木块的速度大小

正确答案

见解析。

解析

(1)设子弹从木块中穿出时木块的速度为v1,在子弹与木块相互作用的过程中,由动量守恒:

 

解得:     v1=8m/s           

对木块,由牛顿第二定律得:

解得:       F = 148N 

(2)在木块与圆环一起向右运动的过程中,由水平方向动量守恒,机械能守恒,得:

解得:     h = 0.64m     

(3)木块从最高点返回最低点的过程中,由水平方向动量守恒、机械能守恒得:

解得:     v3 = 12.8m/s               

     vM = 4.8m/s

v3 = 0                           

    vM = 8m/s     

知识点

牛顿第二定律动量守恒定律机械能守恒定律
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题型:简答题
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简答题 · 15 分

(1)按照现代的粒子理论,可以将粒子分为三大类:媒介子、轻子和强子,质子和中子属于强子。强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论,夸克有6种,它们是上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电量分别为±或±,电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成,一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。则下列说法不正确的是

A,上夸克的电荷量为+          

B,下夸克的电荷量为-

C,上夸克的电荷量为-         

D,下夸克的电荷量为+

E,上夸克的电荷量为+

(2)如图所示,两块厚度相同的木块A、B,紧靠着放在光滑的水平面上静止不动,其质量分别为mA=2kg、mB=1kg,它们的下表面光滑,上表面粗糙。另有质量为mC=1kg的铁块C(长度不计)以v0=10m/s的速度从木块A的上表面左端开始运动。由于摩擦,铁块C最终停在木块B上,此时木块B和铁块C的共同速度为v=3m/s。设铁块C与木块A、B上表面之间的动摩擦因数均为μ=0.5。重力加速度g=10m/s2。则:①铁块C离开木块A时的速度为多少?②木块A 的最终速度为多少?③木块A的长度为多少?④铁块C在木块B上相对B滑行的距离为多少?

正确答案

答案:

(1)CDE

解析

铁块C在木块A上滑动的过程:设A的长度为LA,C离开A时,A的速度为v1,C的速度为v2

对C和A、B组成的系统,有:

mCv0=(mA+mB)v1+mC v2                                           (1分)

μmCgLA=mCv02-(mA+mB)v1 2-mC v22                   (2分)

铁块C在木块B上滑动的过程:设C在B上相对B滑动的距离为LB

对B和C组成的系统,有:

mBv1+mCv2=( mB+ mC)v                              (1分)

μmCgLB=mBv12+mCv22-(mB+mC)v 2                      (1分)

联立以上求解得:v1=2m/s;v2=4m/s;LA=7.2m;LB=0.2m(4分)

知识点

动量守恒定律宇宙概观
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题型:填空题
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填空题 · 4 分

质量为100kg的小船静止在水面上,船两端有质量40kg的甲和质量60kg的乙,当甲、乙同时以3m/s的速率向左、向右跳入水中后,小船的速度大小为  _____  m/s,方向是  _____      。

正确答案

0.6m/s,向左

解析


知识点

动量守恒定律
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题型:填空题
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填空题 · 4 分

质量为100kg的小船静止在水面上,船两端有质量40kg的甲和质量60kg的乙,当甲、乙同时以3m/s的速率向左、向右跳入水中后,小船的速度大小为     m/s,方向是      。

正确答案

   0.6        向左

解析


知识点

动量守恒定律
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