- 动量守恒定律
- 共6204题
[物理-选修3-5]
(1)2011年3月,日本地震引发海啸,继而福岛核电站(世界最大的核电站)发生核泄漏.关于核电站和核辐射,下列说法中正确的是______
A.核反应堆发生的是轻核聚变反应
B.核反应堆发生的是重核裂变反应
C.放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定,与外部条件无关
D.放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
(2)如图所示,A、B两木块靠在一起放于光滑的水平面上,A、B的质量分别为mA=2.0kg、mB=1.5kg.一个质量为mC=0.5kg的小铁块C以v0=8m/s的速度滑到木块A上,离开木块A后最终与木块B一起匀速运动.若木块A在铁块C滑离后的速度为vA=0.8m/s,铁块C与木块A、B间动摩擦因数均为μ=0.4,取g=l0m/s2.求:
①铁块C在滑离A时的速度;
②木块B的长度至少为多长.
正确答案
(1)A、核反应堆法伤的重核裂变反应.故A错误,B正确.
C、半衰期的大小与外部条件无关,由原子核内部因素决定.故C正确,D错误.
故选BC.
(2)①铁块C在滑离A的瞬间,由动量守恒得mCv0=(mA+mB)vA+mCvC
代入数据解得vC=2.4m/s
②铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度
铁块C和B作用过程中动量守恒、能量守恒,有mCvC+mBvA=(mC+mB)vB
(mc+mB)vB2+μmCgs相对=
mvc2+
mBvA2
因铁块C没有从木块B上掉下来,所以木块B的长度L≥S相对
联立以上方程代入数据解得L≥0.24m即木块B的长度至少为0.24m
答:①铁块C在滑离A时的速度为2.4m/s.
②木块B的长度至少为0.24m.
如图所示,光滑的水平面上有两块相同的长木板A和B,长均为l=0.5m,在B的右端有一个可以看作质点的小铁块C,三者的质量都为m,C与A、B间的动摩擦因数都为μ.现在A以速度ν0=6m/s向右运动并与B相碰,撞击时间极短,碰后A、B粘在一起运动,而C可以在A、B上滑动,问:如果μ=0.5,则C会不会掉下地面?(g=10m/s2)
正确答案
设A、B碰撞后共同速度为v1,若C不滑下来,设A、B、C相对静止时速度为v2,C在AB上滑行的距离为s.
对于AB碰撞过程,以AB组成的系统,取向右方向为正方向,由动量守恒得:mv0=2mv1
解得:v1==
m/s=3m/s
对于A、B、C组成的系统,由动量守恒得:mv0=3mv2
解得:v2==
m/s=2m/s
根据系统的能量守恒得:2mv12-
3mv22=μmgs
解得:s==
m=0.6m
因为s<2L=1m,所以C不会掉下去.
答:如果μ=0.5,则C不会掉下来.
大原子反应堆中,用石墨(碳)做减速剂使快中子变为慢中子,已知碳核的质量是中子质量的12倍,假设中子与碳核的碰撞是弹性的(即碰撞中不计能量损失),而且碰撞前碳核是静止的,
试求:(1)设碰撞前中子的动能为E0,问经过一次碰撞后,中子的动能损失多少?
(2)至少经过多少次碰撞,中子的动能才能少于10-6E0(lg13=1.114,lg11=1.041)?
正确答案
(1)设中子的质量为m,速度为v0,碳核的质量为M0,二者碰撞后的速度分别为:v1、v,则
根据动量守恒定律和能量守恒定律得
mv0=mv1+Mv ①
m
=
m
+
M
②
由①②可得:v1=-v0
碰撞一次,中子的动能损失为:△E=m
-
m
=
m
[1-(
)2]=
E0
(2)中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能为:E1=m
=
m(-
v0)2]=(
)2E0
同理经过第二次碰撞后,中子剩余的动能为:E2=m
=
m(
v1)2=(
)2×2E0
…
第n次碰撞后中子剩余的动能为:En=m
=
m(
vn-1)2=(
)2nE0=10-6E0
有()2nE0=10-6E0,即(
)2n=10-6
两边取对数可得:2n(lg11-lg13)=-6
得:n=41.1≈42次
答:
(1)设碰撞前中子的动能为E0,经过一次碰撞后,中子的动能损失是E0;
(2)至少经过42次碰撞,中子的动能才能少于10-6E0.
如图所示,质量为M,内有半径为R的半圆形轨道的槽体放在光滑的水平面上,左端紧靠一台阶,质量为m的小球从A点由静止释放,若槽内光滑,求小球上升的最大高度.
正确答案
设小球由A点落至圆弧最低点时的速度为v,由机械能守恒定律知mgR=mv2
解得v=
小物体向上运动的过程中,m与M组成的系统在水平方向的动量守恒
mv=(M+m)v'
v’为小球滑互最高点时m与M的共同速度,解得v’=
此过程中系统机械能守恒,即mv2-
(M+m)v'2=mgh
解得m上升的最大高度h=
答:小球上升的最大高度h=.
长为L的轻绳,一端用质量为m1的环套在水平光滑的固定横杆AB上,另一端连接一质量为m2的小球,开始时,提取小球并使绳子绷紧转到与横杆平行的位置(如图7)然后同时释放环和小球,当小球自由摆动到最低点时,小球受到绳子的弹力多大?
正确答案
3m2g+2m22g/m1
对系统分析可知:沿x方向(水平方向)的动量守恒和系统(包括地球)的机械能守恒,则有:
m1v1+m2v2="0 " ①
m1v12/2+m2v22/2=m2gl ②
v1、v2分别为小球摆到最低点时环、球的速度,以向左为正.
联立①②两式,解得:v1=-m2 /m1
v2=.
小球相对于环的速度v21=v2-v1=(1+) ③
又由牛顿第二定律,有
N-m2g=m2 ④
联立③④式,解得:N=3m2g+2m22g/m1
当m1>>m2时,N=3m2g
如图所示,光滑水平面上停着一个质量为M的木块乙,乙上固定着一轻质弹簧,另一个质量为m的木块以速度为向右运动,求弹簧在压缩过程中所具有的最大弹性势能(设压缩量在弹性限度内)。
正确答案
根据系统动量守恒及弹簧压缩量最大时具有最大弹性势能求解。
弹簧压缩量最大时,两木块速度相等,设为,此时弹性势能最大,由动量守恒定律有:
由能量守恒定律知,最大弹性势能等于系统减少的动能,有:
=
如图所示,光滑水平桌面上,有A、B两木块紧靠在一起,其中=150g,
=50g,一质量为m=10g的子弹以
=500m/s的速度水平射入木块,先穿透A,接着穿透B,速度变为100m/s,假定子弹射穿A和B的时间相同,子弹所受的阻力相同.求:
(1)子弹穿出木块A时的速度?
(2)子弹穿透两木块后,木块A、B的速度?
正确答案
(1)300m/s (2)10m/s;50m/s
(1)对子弹:
∴,
即=300m/s.
(2)对A和B:ft=,
对 B:ft=,
∴=10m/s,
而,
∴=50m/s.
如图所示,一辆质量M=3kg的小车A静止在光滑的水平面上,小车上有一质量m=1kg的光滑小球B,将一轻质弹簧压缩并锁定,此时弹簧的弹性势能为Ep=6J,小球与小车右壁距离为L,解除锁定,小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层碰撞并被粘住,求:
(1)小球脱离弹簧时小球和小车各自的速度大小.
(2)在整个过程中,小车移动的距离.
正确答案
(1)除锁定后弹簧的弹性势能转化为系统动能,根据动量守恒和能量守恒列出等式得
mv1-Mv2=0
m
+
M
=Ep
解得:v1=3m/s v2=1m/s
(2)根据动量守恒和各自位移关系得
=M
x1+x2=L
解得:x2=
答:(1)小球脱离弹簧时小球和小车各自的速度大小是v1=3m/s v2=1m/s.
(2)在整个过程中,小车移动的距离是.
如图8-8-9所示,在光滑的水平面上有并列放置的木块A和B,质量分别为mA="500" g、mB="300" g.有一个质量mC="80" g的小铜块(可视为质点)以v0="25" m/s的水平速度开始在A表面上滑动,由于C与A、B的上表面之间有摩擦,铜块C最后停留在B上,B和C一起以v="2.5" m/s的速度共同前进.求:
(1)木块A最后的速度vA′;
(2)铜块C在离开木块A时的速度vC′.
正确答案
(1)2.1 m/s (2)4 m/s
(1)根据动量守恒定律:
mCv0=mAvA′+(mB+mC)v
解得:vA′=
=m/s
="2.1" m/s.
(2)根据动量守恒定律:
mCv0=mCvC′+(mA+mB)vA′
解得vC′=
=m/s="4" m/s.
如图1-6-10所示,平板小车停在光滑水平面上,质量均为m的物块A和B从小车两端相向滑上小车上表面,它们的水平速度大小分别为 2v0和v0.若小车质量为 m,A和B与小车间的动摩擦因数均为μ,试问经过多少时间A和B相对静止?(小车足够长,A、B不相撞)
图1-6-10
正确答案
A、B 两物块都滑动时小车静止,当 B 速度减小到零后,在 A 的摩擦力作用下,小车与 B 一起向右加速运动,直到跟 A 达到相同速度之后,A、B 和小车以相同速度做匀速直线运动.由动量守恒定律得 2mv0-mv0=3mv
v=v0
对 A 由动量定理得 -μmgt=mv-m·2v0
从 A、B 滑上小车到它们跟小车相对静止,经历的时间为t=.
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