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简答题

(选修模块3-5)

(1)下列说法中正确的是______

A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说

B.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性

C.α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的

D.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构

(2)请将下列两个核反应方程补充完整.

He+N→O+______       ②U+n→Xe+Sr+______

(3)在2010年温哥华冬奥会上,首次参赛的中国女子冰壶队喜获铜牌,如图为中国队员投掷冰壶的镜头.假设在此次投掷中,冰壶运动一段时间后以0.4m/s的速度与对方的静止冰壶发生正碰,碰后中国队的冰壶以0.1m/s的速度继续向前滑行.若两冰壶质量相等,则对方冰壶获得的速度为______ m/s.

正确答案

(1)A、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,故A正确

B、光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性,故B正确

C、α粒子散射实验的结果证明原子的核式结构,故C错误

D、然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构,故D错误

故选AB.

(2)①He+N→O+H      ②U+n→Xe+Sr+2n

(3)设冰壶的质量为m,冰壶碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律得:

mv0=mv1+mv2

解得:v2=0.3m/s

故答案为:(1)AB;(2)H,2n(3)0.3

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简答题

如图所示,水平光滑地面上放置有n个完全相同的小车,他们的质量均为m,其中最后一个车右上角上放有质量为M可以看作质点的物块,物块和车之间的动摩擦因数为μ,现在给第一个小车作用向右的瞬时冲量,使其获得速度V0,设各小车碰撞后立即粘合在一起。运动过程中,物块最终未掉于地面上。求:

①物块M在车上发生相对运动的时间。

②为使物块不掉于地面,每个小车的最小长度L为多大?

正确答案

(1)

(2)

①对n个小车m和M用动量守恒定律

mV0=nmV1=(nm+M)V2………………………6分

物体的加速度a=μg………………………3分

t=………………………3分

②由能量关系得μMgnL=………………………4分

………………………4分

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简答题

如图所示,一块足够长的木板,放在光滑水平面上,在木板上自左向右并非放有序号是1,2,3,…,n的物体,所有物块的质量均为m,与木板间的动摩擦因数都相同,开始时,木板静止不动,第1,2,3,…n号物块的初速度分别是v,2 v,3 v,…nv,方向都向右,木板的质量与所有物块的总质量相等,最终所有物块与木板以共同速度匀速运动。设物块之间均无相互碰撞,木板足够长。试求:

小题1:所有物块与木板一起匀速运动的速度v

小题2:第1号物块与木板刚好相对静止时的速度v

小题3:通过分析与计算说明第k号(k<n=物块的最小速度v

正确答案

小题1:v=n+1)v

小题2:v= v

小题3:v=

小题1:设所有物块都相对木板静止时的速度为 v,因木板与所有物块系统水平方向不受外力,动量守恒,应有:

m v+m·2 v+m·3 v+…+m·n v=(M + nmv     1

M = nm,           2

解得:   v=n+1)v

小题2:设第1号物块相对木板静止时的速度为v,取木板与物块1为系统一部分,第2 号物块到第n号物块为系统另一部分,则

木板和物块1   △p =(M + m)v-m v

2至n号物块   △p=(n-1)m·(v- v

由动量守恒定律:△p=△p

解得 v= v,      3

小题3:设第k号物块相对木板静止时的速度由v ,则第k号物块速度由k v减为v的过程中,序数在第k号物块后面的所有物块动量都减小m(k v- v),取木板与序号为1至K号以前的各物块为一部分,则 

△p=(M+km)v-(m v+m·2 v+…+mk v)=(n+k)m v-(k+1)m v

序号在第k以后的所有物块动量减少的总量为

△p=(n-k)m(k v- v

由动量守恒得  △p=△p,即

(n+k)m v-(k+1)m v= (n-k)m(k v- v),

解得 v=

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质量为50的人站在质量为150(不包括人的质量)的船头上,船和人以0.20m/s的速度向左在水面上匀速运动,若人用t =10s的时间匀加速从船头走到船尾,船长L=5m,则船在这段时间内的位移是多少?(船所受水的阻力不计)

 

正确答案

S =" 3.25" m.

设人走到船尾时,人的速度为,船的速度为                               

对系统分析:动量守恒

对船分析:(匀加速运动) S =  

对人分析:(匀加速运动)     

得:S =" 3.25" m. 

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如图所示,滑块A、B的质量分别为

m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上,用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧。

两滑块一起以恒定的

速率v0向右滑动.突然轻绳断开.当弹簧伸至本身的自然长度时,滑块A的速度

正好为0.求:

小题1:绳断开到第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能Ep;

小题2:在以后的运动过程中,滑块B是否会有速度为0的时刻?试通过定量分析证明你的结论.

正确答案

小题1:Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.

小题2:不可能

小题1:当弹簧处压缩状态时,系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和,当弹簧伸长到自然长度时,弹性势能为0,因这时滑块A的速度为0,故系统的机械能等于滑块B的动能.设这时滑块B的速度为v,则有E=m2v2/2.

因系统所受外力为0,由动量守恒定律

(m1+m2)v0=m2v.

解得E=(m1+m2)2v02/(2m2).

由于只有弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒

(m1+m2)v02/2+Ep=E.

解得Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.

小题2:假设在以后的运动中滑块B可以出现速度为0的时刻,并设此时A的速度为v1,弹簧的弹性势能为E′p,由机械能守恒定律得

m1v12/2+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.

根据动量守恒得(m1+m2)v0=m1v1

求出v1代入上式得:

(m1+m2)2v02/2m1+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.

因为E′p≥0,故得:

(m1+m2)2v02/2m1≤(m1+m2)2v02/2m2

即m1≥m2,这与已知条件中m1<m2不符.

可见在以后的运动中不可能出现滑块B的速度为0的情况.

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简答题

如图所示,竖直固定的光滑绝缘的直圆筒底部放置一场源A,其电荷量Q=+4×10-3 C,场源电荷A形成的电场中各点的电势表达式为U=k,其中k为静电力恒量,r为空间某点到A的距离.有一个质量为m=0.1kg的带正电小球B,B球与A球间的距离为a=0.4m,此时小球B处于平衡状态,且小球B在场源A形成的电场中具有的电势能表达式为ε=k,其中r为q与Q之间的距离.有一质量也为m的不带电绝缘小球C从距离B的上方H=0.8m处自由下落,落在小球B上立刻与小球B粘在一起向下运动,它们到达最低点后又向上运动,它们向上运动到达的最高点P.(取g=10m/s2,k=9×109 N•m2/C2),求:

(1)小球C与小球B碰撞后的速度为多少?

(2)小球B的带电量q为多少?

(3)P点与小球A之间的距离为多大?

(4)当小球B和C一起向下运动与场源A距离多远时,其速度最大?速度的最大值为多少?

正确答案

(1)小球C自由下落H距离的速度v0==4 m/s

小球C与小球B发生碰撞,由动量守恒定律得:mv0=2mv1

所以v1=2 m/s

(2)小球B在碰撞前处于平衡状态,

对B球进行受力分析知:mg=k

代入数据得:q=×10-8C

(3)C和B向下运动到最低点后又向上运动到P点,运动过程中系统能量守恒,

设P与A之间的距离为x,

由能量守恒得:×2mv12+k=2mg(x-a)+k

代入数据得:x=(0.4+) m(或x=0.683 m)

(4)当C和B向下运动的速度最大时,与A之间的距离为y,

对C和B整体进行受力分析有:2mg=k

代入数据有:y=m(或y=0.283 m)

由能量守恒得:×2mv12+k=×2mvm2-2mg(a-y)+k

代入数据得:vm=m/s(或vm=2.16 m/s)

答:(1)小球C与小球B碰撞后的速度为2 m/s

(2)小球B的带电量q为×10-8C

(3)P点与小球A之间的距离为(0.4+) m

(4)当小球B和C一起向下运动与场源A距离是m,速度最大.其速度最大是m/s.

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简答题

用中子轰击锂核(Li)发生核反应,生成氚核(H)和α粒子并放出4.8MeV的能量.

(1)写出核反应方程式;

(2)求出质量亏损;

(3)若中子与锂核是以等值反向的动量相碰,则氚和α粒子的动能之比是多少?

(4)α粒子的动能是多大?

正确答案

(1)核反应方程为:Li+n→H+He 

(2)依据△E=△mc2得:△m=u=0.0052u

(3)根据题意有:0=m1v1+m2v2

式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度,由上式及动能Ek=,可得它们的动能之比为:

Ek1:Ek2===m2:m1=4:3.

(4)α粒子的动能

Ek2=(Ek1+Ek2)=×4.8MeV=2.06MeV.

答:(1)衰变方程为:Li+n→H+He.

 (2)质量亏损为0.0052u 

(3)氚和α粒子的动能之比是4:3 

(4)α粒子的动能是2.06MeV.

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填空题

A.如图所示,光滑的半圆槽内,A球从高h处沿槽自由滑下,与静止在槽底的B球相碰,若碰撞后A球和B球到达的最大高度均为h/9,A球、B球的质量之比为______或______.

B.新发现的双子星系统“开普勒-47”有一对互相围绕运行的恒星,运行周期为T,其中一颗大恒星的质量为M,另一颗小恒星只有大恒星质量的三分之一.已知引力常量为G.大、小两颗恒星的转动半径之比为______,两颗恒星相距______.

正确答案

(1)碰撞前A球的速度v0=

碰撞后A球和B球到达的最大高度均为

根据机械能守恒定律得:mv2=mg•

解得:v=

若碰撞后A以速度v方向,B以速度v向右运动,则有:

mAv0=-mAv+mBv

解得:=

若碰撞后AB一起以速度v向右运动,则有:

mAv0=(mA+mB)v

解得:=

(2)根据万有引力提供向心力得:

G=M=M

r=r1+r2

解得:=

r=

故答案为:(1)1:4;1:2;(2)1:3;

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简答题

云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中,一静止质量为m1,的原子核在云室中发生一次a衰变a粒子的质量为m2,电量为q,其运动轨迹在与磁垂直的平面内.现测得a粒子的运动轨道半径R,试求在衰变过程中的质量亏损.(涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计)

正确答案

衰变放出的α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,则有  qvB=   ①

衰变过程,动量守恒,设新核速度为v1,则有

   0=m2v-(m1-m2)v1

衰变过程α粒子、新核的动能来自核能,所以衰变释放的核能为

△E=(m1-m2)v12+m2v2  ③

又△E=△mc2

由①②③得△m=

答:衰变过程中的质量亏损为

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简答题

如图所示,质量为M=2kg的足够长的小平板车静止在光滑水平面上,车的一端静止着质量为MA=2kg 的物体A (可视为质点). 一个质量为m=20g 的子弹以500m/s 的水平速度迅即射穿A后,速度变为100m/s(子弹不会落在车上),最后物体A静止在车上.若物体A与小车间的动摩擦因数μ=0.5.(取g=10m/s2

(1)平板车最后的速度是多大?

(2)子弹射穿物体A过程中系统损失的机械能为多少?

(3)A在平板车上滑行的距离为多少?

正确答案

(1)设平板车最后的速度是v,子弹射穿A后的速度是v1.以子弹、物体A和小车组成的系统为研究对象,根据动量守恒定律得

    mv0=mv1+(M+MA)v

代入解得  v=4m/s

(2)以子弹与A组成的系统为研究对象,由动量守恒定律得

mv0=mv1+MAv2

代入解得子弹射穿A后A获得的速度v2=4m/s

所以子弹射穿物体A过程中系统损失的机械能△E=m-m-MA=2384 J  

(3)假设A在平板车上滑行距离为d.

根据能量守恒定律

μmgd=MA-(M+MA)v2

代入解得  d=0.8m

答:(1)平板车最后的速度是4m/s;

    (2)子弹射穿物体A过程中系统损失的机械能为2384J; 

   (3)A在平板车上滑行的距离为0.8m.

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