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简答题

(选修3-5选做题)

如图所示,物体A、B的质量分别是mA=4kg、mB=6kg,用轻弹簧相连接放在光滑的水平面上,物体B左侧与竖直墙相接触。另有一个物体C以速度v0=6m/s向左运动,与物体A相碰,碰后立即与A粘在一起不再分开,然后以v=2m/s的共同速度压缩弹簧,试求:

(1)物块C的质量mC

(2)在B离开墙壁之后,弹簧的最大弹性势能。

正确答案

解:(1)对A、C在碰撞过程中动量守恒

可知:

代入可得:=2kg

(2)当B离开墙壁时,弹簧处于原长,A、C以2m/s速度向右运动。当A、B、C获得共同速度时,弹簧弹性势能最大

对A、B、C系统,动量守恒可知:

可得:

由能量守恒可知:

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(选修3-5选做题)

如图所示,质量分别为mA=6kg,mB=2kg的A、B两个小物块用细线栓接静止在光滑的水平面上,中间放一被压缩的轻弹簧,左端与A连接,右端与B不连接。现剪断细线,A、B被弹簧弹开,离开弹簧时,B物体的速度为6m/s,此后与右侧的挡板发生碰撞,碰撞没有能量损失。求:  

(1)细线被剪断前,弹簧的弹性势能;

(2)B物体被挡板反弹后,通过弹簧再次与A发生作用的过程中,弹簧具有弹性势能的最大值。

正确答案

解:设离开弹簧时,的瞬时速度为,细线被剪断前,弹簧的弹性势能为

由动量守恒定律A0=BB0 解得:A0= 4m/s

再根据机械能守恒定律: = 48J

(2)当第一次反弹,开始压缩弹簧,具有相同速度时弹性势能最大,设为

由动量守恒定律:AA0+BB0 =(A+B

再根据机械能守恒定律=12J

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【选修3-5选做题】

在光滑的水平面上,甲、乙两物质的质量分别为m1、m2,它们分别沿东西方向的一直线相向运动,其中甲物体以速度6m/s由西向东运动,乙物体以速度2m/s由东向西运动,碰撞后两物体都沿各自原运动方向的反方向运动,速度大小都是4m/s。求:

(1)甲、乙两物体质量之比;

(2)通过计算说明这次碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。

正确答案

(1)3/5

(2)弹性碰撞

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简答题

(1)以下有关近代物理内容的若干叙述中,正确的是

[     ]

A、一束光照射到某金属表面时,能发生光电效应,此时若减弱照射光的强度,则很有可能不能发生光电效应

B、物质波既是一种电磁波,又是一种概率波

C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增加,电势能减小

D、在核聚变反应中,由于要释放能量,发生质量亏损,所以聚变后的原子的总质量数要减少

(2)第一代核反应堆以铀235为裂变燃料,而在天然铀中占99%的铀238不能被利用,为了解决这个问题,科学家们研究出快中子增殖反应堆,使铀238变成高效核燃料。在反应堆中,使用的核燃料是钚239,裂变时释放出快中子,周围的铀238吸收快吕子后变成铀239,铀239()很不稳定,经过_______________次β衰变后变成钚239(),写出该过程的核反应方程式:______________________________。

(3)如图所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视为质点,质量分别为m和3m。Q与轻弹簧相连,若Q静止,P以某一速度v向Q运动,并与弹簧发生碰撞。求P、Q速度相等时两者的速度是多大?此时弹簧弹性势能多大?

正确答案

(1)C 

(2)两次,

(3)由动量守恒:

得:v1=v/4

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在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动,在小球A的前方O点有一质量为m2的小球B处于静止状态,如图所示。小球A与小球B发生正碰后小球A、B均向右运动。小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇,PQ=1.5PO。假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性的,求两小球质量之比m1/m2

正确答案

解:从两小球碰撞后到它们再次相遇,小球A和B的速度大小保持不变,根据它们通过的路程,可知小球B和小球A在碰撞后的速度大小之比为4:1

设碰撞后小球A和B的速度分别为v1和v2,在碰撞过程中动量守恒,碰撞前后动能相等

m1v0=m1v1+m2v2

利用可解出

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如图所示,在高为h=5 m的平台右边缘上,放着一个质量M=3 kg的铁块,现有一质量为m=1 kg的钢球以v0=10 m/s的水平速度与铁块在极短的时间内发生正碰被反弹,落地点距平台右边缘的水平距离为l=2 m。已知铁块与平台间的动摩擦因数μ=0.5,求铁块在平台上滑行的距离x(不计空气阻力,铁块和钢球都看成质点,取g=10 m/s2)。

正确答案

解:设钢球反弹后的速度大小为v1,铁块的速度大小为v2,碰撞时间极短系统动量守恒

mv0=Mv2-mv1

钢球做平抛运动

l=v1t

铁块在平台滑行的距离x=1.6 m

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太阳中含有大量的氘核,氘核不断发生核反应释放大量的核能,以光和热的形式向外辐射。已知氘核质量为2.0136 u,氦核质量为3.0150 u,中子质量为1.0087 u,1 u的质量相当于931.5 MeV的能量,则:

(1)完成核反应方程:

(2)求核反应中释放的核能。

(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。

正确答案

解:(1)32He

(2)△=△2=(2×2.0136 u-3.0150 u-1.0087 u)×931.5 MeV=3.26 MeV

(3)两核发生碰撞时:0=12由能量守恒可得:△+2k由以上两式解得:He=0.99 MeV

=2.97 MeV

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左端固定在墙壁上的轻弹簧将一质量为M的小物块A弹出,物块A离开弹簧后与一质量为m的静止在水平地面上的小物块B发生弹性正碰,如图所示,一切摩擦均不计,为使二者至少能发生两次碰撞,则m与M的比值应满足什么条件?

正确答案

解:设A与B碰撞前的速度为v0,碰后A与B的速度分别为v1与v2,由动量守恒及机械能守恒定律有:

Mv0=Mv1+mv2

令m与M的比为k,由此解得:

为使A碰后能返回,要求v1<0,即k>1

为使A返回再能追上B,应有-v1>v2,k-l >2,即k>3

即为使二者至少能发生两次碰撞,则m与M的比值要大于3

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简答题

如图所示,物体A、B的质量分别是,用轻弹簧相连结放在光滑的水平面上,物体B左侧与竖直墙相接触。另有一个物体C从t=0时刻起以一定的速度向左运动,在t=0.5s时刻与物体A相碰,碰后立即与A粘在一起不再分开。物体C的v-t图象如图所示。试求:

(1)物块C的质量m3

(2)在5.0s到15s的时间内物块A的动量变化的大小和方向。

正确答案

解:(1)根据图象可知,物体C与物体A相碰前的速度为:v1=6m/s

相碰后的速度为:v2=2m/s

根据动量守恒定律得:

解得:m3=2.0kg

(2)规定向左的方向为正方向,在第5.0s和第15s末物块A的速度分别为:v2=2m/s,v3=-2m/s

所以物块A的动量变化为:

即在5.0s到15s的时间内物块A动量变化的大小为:16kg·m/s,方向向右

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简答题

下面是一个物理演示实验,它显示:图中自由下落的物体A和B经反弹后,B能上升到比初始位置高得多的地方。A是某种材料做成的实心球,质量m1=0.28kg,在其顶部的凹坑中插着质量m2=0.10kg的木棍B。B只是松松地插在凹坑中,其下端与坑底之间有小空隙。将此装置从A下端离地板的高度H=1.25m处由静止释放。实验中,A触地后在极短时间内反弹,且其速度大小不变;接着木棍B脱离球A开始上升,而球A恰好停留在地板上。重力加速度g=10m/s2。求:

(1)实心球A与地面碰撞之前瞬间的速度;

(2)木棍B上升的高度。

正确答案

解:根据题意,A碰地板后,反弹速度的大小v1等于它下落到地面时速度的大小,即

v1

A刚反弹后,速度向上,立刻与下落的B碰撞,碰前B的速度

v2

由题意,碰后A速度为零,以v2′表示B上升的速度,根据动量守恒,有

m1v1-m2v2=m2v2

令h表示B上升的高度,有

h=v22/2g

由以上各式并代入数据,得

h=4.05m

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