- 动量守恒定律
- 共6204题
两磁铁各固定放在一辆小车上,小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动.已知甲车和磁铁的总质量为0.5 kg,乙车和磁铁的总质量为1.0 kg.两磁铁的N极相对,推动一下,使两车相向运动.某时刻甲的速率为2 m/s,乙的速率为3 m/s,方向与甲相反.两车运动过程中始终未相碰,则两车最近时,乙的速度为多大?
正确答案
m/s
两车相距最近时,两车的速度相同,设该速度为v,取乙车的速度方向为正方向.由动量守恒定律得
m乙v乙-m甲v甲=(m甲+m乙)v
所以两车最近时,乙车的速度为
v==
m/s.
[物理——选修3-5]
(1)(5分)以下说法中正确是 (填选项前的字母)
(2)(10分)平直的轨道上有一节车厢,车厢以12m/s的速度做匀速直线运动,某时刻与一质量为其一半的以6m/s的速度迎面而来平板车挂接时,车厢顶边缘上一个小钢球向前滚出,如图所示,平板车与车厢顶高度差为1.8m,设平板车足够长,求钢球落在平板车上何处?(g取10m/s2)
正确答案
(1)BD(2)x ="3.6m " (2分)
(1)BD(2)设车厢质量为m,平车质量为1/2m,挂接时动量守恒mv1-1/2mv2="(m+1/2m)v" (2分) 小球做平抛运动h=1/2gt2 (2分) 小球水平位移 s2=v1t (2分) 车的位移 s1=v2t (2分) 钢球距平板车左端距离x=s2-s1="3.6m " (2分)
选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母前的方框涂满涂黑.如都作答,则按A、B两小题评分.)
A.(选修模块3-3)
(1)下列说法正确的是______
A.只要外界对气体做功,气体内能一定增大
B.物体由气态变成液态的过程,分子势能减小
C.当分子间距离增大时,分子间引力增大,而分子间斥力减小
D.液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的分子势能
(2)如图所示
,弹簧一端固定于水平面上,另一端与质量为m的活塞拴接在一起,开口向下、质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体.气缸和活塞均可与外界进行热交换.若外界环境的温度缓慢降低,则封闭气体的体积将______(填“增大”、“减小”或“不变”),同时将______(填“吸热”、“放热”或“既不吸热,也不放热”).
(3)某种油的密度为ρ,摩尔质量为M.取体积为V的油慢慢滴出,可滴n滴.将其中一滴滴在广阔水面上,形成面积为S的单分子油膜.试估算:①阿伏加德罗常数;②其中一滴油滴含有的分子数.
B.(选修模块3-4)
(1)以下说法中正确的是______
A.隐形战机表面涂料利用了干涉原理,对某些波段的电磁波,涂料膜前后表面反射波相互抵消
B.全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性
C.根据宇宙大爆炸学说,遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线
D.海市蜃楼是光的色散现象引起的
(2)有两个同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室,各自在那里利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了T2~L图象,如图甲所示.去北大的同学所测实验结果对应的图线是______(选填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同学还利用计算机绘制了其在实验室
得到的两个单摆的振动图象(如图乙),由图可知,两单摆摆长之比=______.
(3)如图所示,半圆玻璃砖的半径R=10cm,折射率为n=,直径AB与屏幕垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.求两个光斑之间的距离L.
C.(选修模块3-5)
(1)下列说法正确的有______
A.卢瑟福的α粒子散射实验可以估测原子核的大小
B.氢原子辐射出一个光子后,氢原子的电势能增大,核外电子的运动加速度增大
C.物质波是一种概率波,在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动
D.β衰变说明了β粒子(电子)是原子核的组成部分
(2)如图为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出多个能量不同的光子,其中频率最大的光子能量为______eV,若用此光照射逸出功为2.75V的光电管上,则加在该光电管上的反向遏止电压为______V
(3)查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子.
完成下列核反应方程:24He+49Be→______
通过在云室中让中子与静止的已知质量的核发生正碰的实验可以测定中子的质量,若已知被碰核氮核的质量为M,中子的入射速度大小为v,反弹速度大小为,氮核在碰撞中获得的速度大小为
,则中子的质量多大?
正确答案
A.3-3模块
(1)A、外界对气体做功,气体可能放出热量,故内能不一定增加,故A错误;
B、物体由气态变成液态的过程,体积减小,放出热量,故分子势能减小,故B正确;
C、当分子间距离增大时,分子间引力和分子间斥力同时减小,故C错误;
D、液体表面层的分子的分子间距较大,比液体内部的分子有更大的分子势能,故D正确;
故选 BD.
(2)由于外界温度逐渐降低,故气体会降温,放出热量,气体的压强不变,根据理想气体状态方程,=恒量,体积逐渐减小;
故答案为:减小,放热.
(3)①油分子的直径为:d=
一摩尔油的体积为:Vm=
所以阿伏加德罗常数为:N0==
(注:本题也可以用立方体模型求解)
②一滴油含有的分子数为:N==
B.3-4模块
(1)A、隐形战机表面涂料利用了光的干涉中的薄膜干涉的原理,从涂层前后两个表面反射的电磁波相干涉后使电磁波减弱,故A正确;
B、全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性,记录下了光的强弱、频率和相位,故B正确;
C、由于多普勒效应,根据宇宙大爆炸学说,遥远星球正在加速远离地球,发出的红光被地球接收到时频率减小,故可能是红外线,故C正确;
D、海市蜃楼是光的全反射现象,故D错误;
故选ABC.
(2)根据单板周期公式T=2π,有
T2=L
由于北大处重力加速度大于南大处重力加速度,故由北大数据得出的T2-L图象的斜率较小,故B图是由北大数据得出的图象;
故选B.
由于单摆的周期的平方与摆长成正比,由图象Ta=s,Tb=2s,故
=
故答案为.
(3)画出如图光路图,
设折射角为γ,
根据折射定律
n=
解得 γ=60°
根据几何关系,两个光斑之间的距离为:L=PA+AQ=Rtan30°+2Rsin60°
解得 L=cm≈23.1cm
即两个光斑间的距离为23.1cm.
C.(选修模块3-5)
(1)A、卢瑟福的α粒子散射实验中只有极少数的粒子发生大角度偏转,说明了原子内部有一个较小的核,可以估算出原子核的数量级为10-10m,故A正确;
B、氢原子辐射出一个光子后,氢原子核外电子从较高能级跃迁到较低能级,故轨道半径变小,动能变大,势能变小,故B错误;
C、物质波是一种概率波,在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动,故C正确;
D、β衰变说明了β粒子(电子)是由中子转变成一个质子和一个电子而来,故D错误;
古选AC.
(2)由第四能级向第一能级跃迁时,放出的光子的能量最大,为:E=(-0.85eV)-(-13.6eV)=12.75eV
照到逸出功为2.75eV的材料上时,根据爱因斯坦的光电效应方程,光电子的最大初动能为10eV,故反向遏制电压为10V时,光电流为零;
故答案为:12.75,10.
(3)根据质量数守恒、电荷数守恒,有:24He+49Be→n+
C
根据动量守恒定律,有
mv+0=m(-)+M(
)
解得
m=m
即中子的质量为m.
如图所示,质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进,当速度为v0时拖车突然与汽车脱钩,而到拖车停下瞬间司机才发现.
(1)若汽车的牵扯引力一直未变,车与路面的动摩擦因数为μ,那么拖车刚停下时,汽车的瞬时速度是多大?
(2)若原来汽车带着拖车在平直公路上是以速度v0匀速前进,拖车突然与汽车脱钩,那么在拖车刚停下时,汽车的瞬时速度又是多大?
正确答案
(1) (2)
(1)以汽车和拖车系统为研究对象,全过程系统受的合外力始终为(M+m)a,拖车脱钩后到停止所经历的时间,末状态拖车的动量为零.
全过程对系统运用动量定理:
(M+m)a·=Mv′-(M+m)v0
得v′=
(2)以汽车和拖车系统为研究对象,全过程系统受的合外力始终为零,全过程对系统用动量守恒定律:(M+m)v0=Mv″
得v″=.
(4分)如图1-10,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过仅测量________(填选项前的符号),间接地解决这个问题.
A小球开始释放高度h
B小球抛出点距地面的高度H
C小球做平抛运动的射程
(2) (6分)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP.然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复.接下来要完成的必要步骤是________.(填选项前的符号)
E.测量平抛射程OM,ON
(3) (8分)
若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为____ _(用第(2)小题中测量的量表示);
若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为____ ____(用第(2)小题中测量的量表示).
正确答案
(1)(4分)C (2)(6分)ADE或DEA或DAE
(3)(每式8分)m1·OM+m2·ON=m1·OP m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2
:①如前面的分析,可以用位移x来代替速度v,因此待测的物理量就是位移x、小球的质量m.
②待测的物理量就是位移x(水平射程OM,ON)和小球的质量m,所以,要完成的必要步骤是ADE.
③若两球相碰前后的动量守恒,则m1v0=m1v1+m2v2,又OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t,代入得:m1OP=m1OM+m2ON
若碰撞是弹性碰撞,满足动能守恒,则:m1=
m1+
m2,代入得;m1OP2=m1OM2+m2ON2
故答案为:①C;②ADE;③m1OP=m1OM+m2ON m1OP2=m1OM2+m2ON2
如图所示,一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过t=1.0s后撤去该恒力,此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来。求:
(1)小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向;
(2)作用于木板的恒力F的大小;
(3)木板的长度至少是多少?
正确答案
(1)2N 方向水平向右(2)F=10N(3)1.7m
本实验考查牛顿第二定律,首先进行受力分析,得出加速度后根据运动学公式求解
(1)设小物块受到的摩擦力大小为f
f=0.2×1.0×10N=2N 方向水平向右 (3分)
(2)设小物块的加速度为a1,木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2,此过程中小物块的位移为s1,木板的位移为s2
则有:
(1分)
(2分)
对木板进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律:F-f’=ma2,
则F="f’+ma2," 代入数值得出F=10N。 (3分)
(3)设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2,撤去F后,木板与小物块组成的系统动量守恒,当小物块与木板相对静止时,它们具有共同速度V共,
根据动量守恒定律得: mv1+Mv2="(m+M)" V共
(2分)
对小物块:根据动能定理:
对木板:根据动能定理:
代入数据: (2分)
所以木板的长度至少为L=l+l'=m≈1.7m (1分)
如图所示,一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过t=1.0s后撤去该恒力,此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来。求:
(1)小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向;
(2)作用于木板的恒力F的大小;
(3)木板的长度至少是多少?
正确答案
(1)2N 方向水平向右(2)F=10N(3)1.7m
本实验考查牛顿第二定律,首先进行受力分析,得出加速度后根据运动学公式求解
(1)设小物块受到的摩擦力大小为f
f=0.2×1.0×10N=2N 方向水平向右 (3分)
(2)设小物块的加速度为a1,木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2,此过程中小物块的位移为s1,木板的位移为s2
则有:
(1分)
(2分)
对木板进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律:F-f’=ma2,
则F="f’+ma2," 代入数值得出F=10N。 (3分)
(3)设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2,撤去F后,木板与小物块组成的系统动量守恒,当小物块与木板相对静止时,它们具有共同速度V共,
根据动量守恒定律得: mv1+Mv2="(m+M)" V共
(2分)
对小物块:根据动能定理:
对木板:根据动能定理:
代入数据: (2分)
所以木板的长度至少为L=l+l'=m≈1.7m (1分)
物体A的质量m=1kg,静止在光滑水平面上的平板车B的质量为M=0.5kg、长L=1m。某时刻A以v0=4m/s向右的初速度滑上木板B的上表面,在A滑上B的同时,给B施加一个水平向右的拉力。忽略物体A的大小,已知A与B之间的动摩擦因数µ=0.2,求:
(1)若F=5N,需经过多长时间物体A与小车运动速度相等?此时,物体A相对小车滑行的距离为多少?此距离是否是物体A在小车上相对小车滑行的最大距离?
(2)如果要使A不至于从B上滑落,拉力F大小应满足什麽条件?
正确答案
略
光滑水平面上停着一辆长为L的平板车,车的一端放着质量为m的木箱,车的另一端站着质量为3m的人,车的质量为5m,若人沿车面走到木箱处将木箱搬放到车的正中央,则在这段时间内,车的位移大小为______.
正确答案
人从车的一端走到另一端时,设车的位移为x1,则人的位移为L-x1,
由动量守恒定律得:3m-(m+5m)
=0,解得:x1=
;
人搬着箱子走到车正中央时,设车的位移为x2,则人的位移为L-x2,
由动量守恒定律得:(3m+m)-5m
=0,解得:x2=
,
整个过程,车的位移x=x1-x2=-
=
;
故答案为:.
质量为M的原子核,原来处于静止状态,当它以速度V放出一个质量为m的粒子时,剩余部分的速度为______.
正确答案
原子核放出粒子前后动量守恒,设剩余部分速度为v,则有:mV+(M-m)v=0
所以解得:v=-,负号表示速度与放出粒子速度相反.
故答案为:v=-.
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