- 动量守恒定律
- 共6204题
(1)2011年3月11日,日本东海岸发生9.0级地震,地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统,最终导致福岛第一核电站的6座核反应堆不同程度损坏,向空气中泄漏大量碘131和铯137等放射性物质,这些放射性物质随大气环流飘散到许多国家.4月4日,日本开始向太平洋排放大量带有放射性物质的废水,引起周边国家的指责.下列说法中正确的是:______
A.福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电
B.碘131能自发进行β衰变,衰变后生成的新物质原子核比碘131原子核多一个中子而少一个质子
C.铯137进行β衰变时,往往同时释放出γ射线,γ射线具有很强的穿透能力,甚至能穿透几厘米厚的铅板
D.铯137进入人体后主要损害人的造血系统和神经系统,其半衰期是30.17年,如果将铯137的温度降低到0度以下,可以延缓其衰变速度.
(2)如图所示,质量为m1=3kg的1/2光滑圆弧形轨道ABC与一质量为m2=1kg 的物块P紧靠着(不粘连)静置于光滑水平面上,B为半圆轨道的最低点,AC为轨道的水平直径,轨道半径R=0.3m.一质量为m3=2kg的小球(可视为质点)从圆弧轨道的A处由静止释放,g取10m/s2,求:
①小球第一次滑到B点时的速度v1;
②小球第一次经过B点后,相对B能上升的最大高度h.
正确答案
解:(1)A、福岛第一核电站是利用重核裂变释放的核能进行发电的,故A正确;
B、β衰变是一个中子变为质子同时释放一个电子的过程,因此β衰变后生成的新物质原子核比碘131原子核少一个中子而多一个质子,故B错误;
C、α、β、γ三种射线中γ射线具有很强的穿透能力,故C正确;
D、半衰期长短由元素本身决定,与外界环境如温度、压强以及所处状态等无关,故D错误.
故选C.
(2)①设小球第一次滑到B点时的速度为v1,轨道和P的速度为v2,取水平向左为正方向,由水平方向动量守恒有:
(m1+m2)v2+m3v1=0 ①
根据系统机械能守恒
m3gR=(m1+m2)v22+
m3v12 ②
联①②解得:v1=-2m/s方向向右 v2=1m/s 方向向左.
故小球第一次滑到B点时的速度v1=-2m/s方向向右.
②小球经过B点后,物块P与轨道分离,小球与轨道水平方向动量守恒,且小球上升到最高点时,与轨道共速,设为v
m1v2+m3v1=(m1+m3)v ③
解得:v=-0.2m/s 方向向右
由机械能守恒
m1v22+
m3v12=
(m1+m3)v2+m3gh ④
解得:h=0.27m.
小球第一次经过B点后,相对B能上升的最大高度:h=0.27m.
解析
解:(1)A、福岛第一核电站是利用重核裂变释放的核能进行发电的,故A正确;
B、β衰变是一个中子变为质子同时释放一个电子的过程,因此β衰变后生成的新物质原子核比碘131原子核少一个中子而多一个质子,故B错误;
C、α、β、γ三种射线中γ射线具有很强的穿透能力,故C正确;
D、半衰期长短由元素本身决定,与外界环境如温度、压强以及所处状态等无关,故D错误.
故选C.
(2)①设小球第一次滑到B点时的速度为v1,轨道和P的速度为v2,取水平向左为正方向,由水平方向动量守恒有:
(m1+m2)v2+m3v1=0 ①
根据系统机械能守恒
m3gR=(m1+m2)v22+
m3v12 ②
联①②解得:v1=-2m/s方向向右 v2=1m/s 方向向左.
故小球第一次滑到B点时的速度v1=-2m/s方向向右.
②小球经过B点后,物块P与轨道分离,小球与轨道水平方向动量守恒,且小球上升到最高点时,与轨道共速,设为v
m1v2+m3v1=(m1+m3)v ③
解得:v=-0.2m/s 方向向右
由机械能守恒
m1v22+
m3v12=
(m1+m3)v2+m3gh ④
解得:h=0.27m.
小球第一次经过B点后,相对B能上升的最大高度:h=0.27m.
如图所示,滑块和小球的质量分别为M、m.滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动,小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连,轻绳长为L.开始时,轻绳处于水平拉直状态,小球和滑块均静止.现将小球由静止释放,当小球到达最低点时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球下落过程中系统合外力不为零,因此系统动量不守恒,故A错误;
B、绳子上拉力属于内力,系统在水平方向不受外力作用,因此系统水平方向动量守恒,故B正确;
C、当小球落到最低点时,只有水平方向速度,此时小球和滑块的速度均达到最大,系统水平方向动量有:
MV=mv ①
系统机械能守恒有:
②
联立①②解得:,故C正确,D错误.
故选BC.
如图,质量为m的b球用长h的细绳悬挂于水平轨道BC的出口处.质量也为m的小球a,从距BC高h的A处由静止释放,沿ABC光滑轨道滑下,在C处与b球正碰并与b粘在一起.已知BC轨道距地面有一定的高度,悬挂b球的细绳能承受的最大拉力为2.8mg,b球与水平轨道无作用力.试问:
①a与b球碰后瞬间的速率多大?
②a、b两球碰后,细绳是否会断裂?(要求通过计算回答)
正确答案
解:①以a球为研究对象,在a求下滑到C点过程中,
由动能定理可得,mgh=mv2-0,解得:a的速度v=
;
②a与b两球碰撞过程动量守恒,
由动量守恒得:mv=(m+m)v′,
解得:v′=;
两小球做圆周运动,
由牛顿第二定律可得:F-2mg=2m,
解得F=3mg,F=3mg>2.8mg,细绳会断裂.
答:①a与b球碰前瞬间,a球的速度为.
②a、b两球碰后,细绳会断裂.
解析
解:①以a球为研究对象,在a求下滑到C点过程中,
由动能定理可得,mgh=mv2-0,解得:a的速度v=
;
②a与b两球碰撞过程动量守恒,
由动量守恒得:mv=(m+m)v′,
解得:v′=;
两小球做圆周运动,
由牛顿第二定律可得:F-2mg=2m,
解得F=3mg,F=3mg>2.8mg,细绳会断裂.
答:①a与b球碰前瞬间,a球的速度为.
②a、b两球碰后,细绳会断裂.
(2013春•恩施州期末)(1)用质子轰击静止的锂核Li生成2个α粒子,已知质子的质量mp=1.0078u,α粒子的质量mα=4.0026u,锂核的质量mLi=7.0160u,质子的初动能E1=0.6MeV.
①写出该反应的核反应方程:______.
②若释放的能量全部用来增加两个α粒子的动能,则两个α粒子具有的总动能为______MeV.(1u相当于931.5MeV的能量)
(2)如图所示,两个可以看做质点的小球A、B,它们的质量分别为mA=1kg和mB=2kg,用一根长L=1.8m的不可伸长的轻绳连接,开始时A、B紧靠在一起且处在同一水平面,首先释放B球,当轻绳刚伸直时,再释放A球,求:(g取10m/s2)
①绳子突然绷紧时,A、B一起运动的速度;
②绳子在绷紧的过程中,A、B两球组成的系统损失的机械能.
正确答案
解:(1)①根据质量数与电荷数守恒,由题意可知反应方程式是:Li+
H→2
He;
②核反应前后发生的静止质量亏损:
△m=mLi+mp-2mα=7.0160u+1.0078u-2×4.0026u=0.0186u,
由质能方程得,核反应释放的能量:
△E=△mc2=0.0186u×931.6MeV≈17.3MeV,
由能量守恒定律可知,两个α粒子具有总动能:
E=E0+△E=0.6MeV+17.3MeV=17.9MeV;
(2)①绳子突然绷紧前B球做自由落体运动,
绳子突然绷紧时B的速度:v==6m/s,
以两个小球AB组成的系统为研究的对象,系统在碰撞的瞬间竖直方向的动量守恒,
以向下为正方向,由动量守恒定律得:mBv=(mA+mB)v′,解得:v′=4m/s;
②由能量守恒定律得,损失的机械能:△E=mBv2-
(mA+mB)v′2,解得:△E=12J;
答:(1)①核反应方程为:Li+
H→2
He;
②核反应后两个α粒子的总动能为17.9MeV;
(2)①绳子突然绷紧时,A、B一起运动的速度为4m/s;
②绳子在绷紧的过程中,A、B两球组成的系统损失的机械能为12J.
解析
解:(1)①根据质量数与电荷数守恒,由题意可知反应方程式是:Li+
H→2
He;
②核反应前后发生的静止质量亏损:
△m=mLi+mp-2mα=7.0160u+1.0078u-2×4.0026u=0.0186u,
由质能方程得,核反应释放的能量:
△E=△mc2=0.0186u×931.6MeV≈17.3MeV,
由能量守恒定律可知,两个α粒子具有总动能:
E=E0+△E=0.6MeV+17.3MeV=17.9MeV;
(2)①绳子突然绷紧前B球做自由落体运动,
绳子突然绷紧时B的速度:v==6m/s,
以两个小球AB组成的系统为研究的对象,系统在碰撞的瞬间竖直方向的动量守恒,
以向下为正方向,由动量守恒定律得:mBv=(mA+mB)v′,解得:v′=4m/s;
②由能量守恒定律得,损失的机械能:△E=mBv2-
(mA+mB)v′2,解得:△E=12J;
答:(1)①核反应方程为:Li+
H→2
He;
②核反应后两个α粒子的总动能为17.9MeV;
(2)①绳子突然绷紧时,A、B一起运动的速度为4m/s;
②绳子在绷紧的过程中,A、B两球组成的系统损失的机械能为12J.
目前,滑板运动受到青少年的追捧.如图是某滑板运动员在一次表演时的一部分赛道在竖直平面内的示意图.赛道光滑,KA平台的高度为h=1.8m.B处平滑连接.滑板a和b的质量均为m,m=5kg,运动员质量为M,M=45kg.表演开始,运动员站在滑板b上.先让滑板a从A点静止下滑,t1=0.1s后再与b板一起从A点静止下滑.滑上BC赛道后,运动员从b板跳到同方向运动的a板上,在空中运动的时间t2=0.6s(水平方向是匀速运动). (滑板和运动员的所有运动都在同一竖直平面内,计算时滑板和运动员都看作质点,取g=10m/s2)
(1)求滑板a由A点静止下滑到BC赛道速度为v1
(2)运动员跳上滑板a后,在BC赛道上与滑板a共同运动的速度是多大?
(3)在运动员离开滑板b的过程中.滑板b受合外力的冲量大小?
正确答案
解:(1)设滑板由A点静止下滑到BC赛道后速度为v1,由机械能守恒定律有:mgh=mv12,
得:v1==
=6m/s
(2)运动员与滑板一起由A点静止下滑到BC赛道后,速度也为v1,
运动员由滑板b跳到滑板a,设蹬离滑板b时的水平速度为v2,
在空中飞行的水平位移为s,则:s=v2t2
设起跳时滑板a与滑板b的水平距离为s0,则:s0=vltl
设滑板在t2时间内的位移为s1,则:s1=v1t2,s=s0+s1
即:v2t2=v1(t1+t2),
解得:v2=7m/s;
m落到滑板a后,与滑板a共同运动的速度为v,以a的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mvl+Mv2=(m+M)v,
代入数据解得:v=6.9m/s,
(3)对b与运动员与动量守恒定律可知:(m+M)v1=Mv2+mv;
解得:v=-3m/s;
对b由动量定理可知:I=mv-mv1=5×(-3)-5×6=45N•s;
答:(1)滑板a由A点静止下滑到BC赛道速度为6m/s;
(2)运动员跳上滑板a后,在BC赛道上与滑板a共同运动的速度是6.9m/s
(3)在运动员离开滑板b的过程中.滑板b受合外力的冲量大小为45N•S.
解析
解:(1)设滑板由A点静止下滑到BC赛道后速度为v1,由机械能守恒定律有:mgh=mv12,
得:v1==
=6m/s
(2)运动员与滑板一起由A点静止下滑到BC赛道后,速度也为v1,
运动员由滑板b跳到滑板a,设蹬离滑板b时的水平速度为v2,
在空中飞行的水平位移为s,则:s=v2t2
设起跳时滑板a与滑板b的水平距离为s0,则:s0=vltl
设滑板在t2时间内的位移为s1,则:s1=v1t2,s=s0+s1
即:v2t2=v1(t1+t2),
解得:v2=7m/s;
m落到滑板a后,与滑板a共同运动的速度为v,以a的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mvl+Mv2=(m+M)v,
代入数据解得:v=6.9m/s,
(3)对b与运动员与动量守恒定律可知:(m+M)v1=Mv2+mv;
解得:v=-3m/s;
对b由动量定理可知:I=mv-mv1=5×(-3)-5×6=45N•s;
答:(1)滑板a由A点静止下滑到BC赛道速度为6m/s;
(2)运动员跳上滑板a后,在BC赛道上与滑板a共同运动的速度是6.9m/s
(3)在运动员离开滑板b的过程中.滑板b受合外力的冲量大小为45N•S.
如图所示,质量为m的小车的水平底板两端各装一根完全一样的弹簧,小车底板上有一质量为
的滑块,滑块与小车、小车与地面的摩擦都不计.当小车静止时,滑块以速度v从中间向右运动在滑块来回与左右弹簧碰撞过程中( )
正确答案
解析
解:滑块向右运动接触弹簧后,滑块减速,小车加速,当二者速度相等时右边弹簧被压缩到最短,之后弹簧伸长,滑块继续减速,小车继续加速直至滑块离开弹簧;
之后小车向右运动过程将左边弹簧压缩,滑块加速,小车减速,依然是二者速度相等时,弹簧有最大压缩量;
A、当滑块向右运动小车与滑块速度相等时,右边弹簧的压缩量最大,系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:•v=(
+m)v′,解得,此时滑块速度:v′=
v,当滑块向左运动小车与滑块速度相等时,左边弹簧的压缩量最大,系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
•v=(
+m)v′,解得,此时滑块速度:v′=
,由此可知,当滑块速度向右,大小为
时,可能是左边弹簧压缩量最大,也可能是右边弹簧压缩量最大,故A错误;
B、滑块与小车组成的系统动量守恒,机械能守恒,两边弹簧压缩量最大时小车与滑块的速度相等,由机械能守恒定律可知,两边弹簧的压缩量相等,故BC错误,D正确;
故选:D.
质量为m的球A以速度v0与原来静止的质量为3m的B球做对心碰撞,设碰后的速度分别为vA和vB,则下列各组数据中可能的是( )
正确答案
解析
解:A、两球组成的系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,如果碰撞是完全非弹性碰撞,由动量守恒定律得:mv0=(m+3m)v,解得:vA=vB=v=,故A正确;
B、如果碰撞为完全弹性碰撞,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv0=mvA+3mvB,由机械能守恒定律得:mv02=
mvA2+
•3mvB2,vA=-
v0,vB=
v0,则:-
v0≤vA≤
v0,
v0≤vB≤
v0,BC错误,D正确;
故选:AD.
质量为m的小球A,在光滑的水平面上以速度v0与质量为2m的静止小球B发生正碰,碰撞后,A球的速率变为原来的,那么碰后B球的可能值是( )
正确答案
解析
解:两球碰撞过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,如果碰撞后A球的速度方向不变,由动量守恒定律得:
mv0=m•v0+2mv,
解得:v=v0,
如果碰撞后A的速度反向,由动量守恒定律得:
mv0=m•(-v0)+2mv,
解得:v=v0,
故选:B.
一中子与一质量数为A (A>1)的原子核发生弹性正碰.若碰前原子核静止,则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为( )
正确答案
解析
解:设中子的质量为m,因为发生的是弹性正碰,动量守恒,机械能守恒,规定初速度的方向为正方向,有:
mv1=mv2+Amv,
联立两式解得:.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
如图13所示,质量为1.6kg的平板小车静止在光滑的水平地面上,质量为0.4kg的木块以2m/s的速度滑上平板小车,木块与平板小车之间的动摩擦因数为0.2(g取10m/s2).设小车足够长.求
(1)木块和小车相对静止时小车的速度;
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止时,木块相对地面滑行的位移;
(3)欲使木块不离开平板小车,则小车的长度至少为多少?
正确答案
解(1)对木块和小车组成的系统,从木块滑上小车到相对静止过程系统动量守恒,
以木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,代入数据解得:v=0.4m/s;
(2)对木块,从开始静止到与小车相对静止过程,由动能定理得:
-fs2=mv2-
mv02,代入数据解得:s2=0.96m;
(3)由牛顿第三定律:f=f′=μmg,
对小车,从开始静止到与木块相对静止过程,
由动能定理得:f′s1=Mv2,代入数据解得:s1=0.16m,
二者的相对位移:△s=s2-s1=0.96m-0.16m=0.8m,
由此可知,小车的长度至少为0.8m;
答:(1)木块和小车相对静止时小车的速度为0.4m/s;
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止时,木块相对地面滑行的位移为0.96m;
(3)欲使木块不离开平板小车,则小车的长度至少为0.8m.
解析
解(1)对木块和小车组成的系统,从木块滑上小车到相对静止过程系统动量守恒,
以木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,代入数据解得:v=0.4m/s;
(2)对木块,从开始静止到与小车相对静止过程,由动能定理得:
-fs2=mv2-
mv02,代入数据解得:s2=0.96m;
(3)由牛顿第三定律:f=f′=μmg,
对小车,从开始静止到与木块相对静止过程,
由动能定理得:f′s1=Mv2,代入数据解得:s1=0.16m,
二者的相对位移:△s=s2-s1=0.96m-0.16m=0.8m,
由此可知,小车的长度至少为0.8m;
答:(1)木块和小车相对静止时小车的速度为0.4m/s;
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止时,木块相对地面滑行的位移为0.96m;
(3)欲使木块不离开平板小车,则小车的长度至少为0.8m.
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