- 动量守恒定律
- 共6204题
一个稳定的原子核质量为M,处于静止状态,它放出一个质量为m的粒子后做反冲运动,已知该过程质量亏损为△m,如果释放的能量全部转化反冲核和粒子的动能,则粒子的速度为多大?(△m远小于m和M,真空中光速为c)
正确答案
由动量守恒定律,有
(M-m)v1=mv2
又(M-m)v12+
mv22=△mc2
解得:v2=C
答:粒子的速度为v2=C
(1)下列说法中正确的是______
A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B.目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变
C.一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,能辐射3种不同频率的光子
D.卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
(2)光照射到金属上时,一个光子只能将其全部能量传递给一个电子,一个电子一次只能获取一个光子的能量,成为光电子,因此极限频率是由______(金属/照射光)决定的.如图所示,当用光照射光电管时,毫安表的指针发生偏转,若再将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数不可能______(变大/变小/不变).
(3)有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B,A静止,B以速度v0与之发生碰撞.己知碰撞前后二者的速度均在一条直线上,碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收,从而该原子由基态跃迁到激发态,然后,此原子向低能级态跃迁,并发出光子.若氢原子碰撞后发出一个光子,则速度v0至少需要多大?已知氢原子的基态能量为E1(E1<0).
正确答案
(1)
A、β粒子是原子核衰变时由中子转化而来,不能说明原子核中含有电子.故A错误.
B、目前已建成的核电站以铀为燃料,其能量来自于铀核的裂变.故B正确.
C、一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,任意两个能级间跃迁一次,共能辐射=3种不同频率的光子.故C正确.
D、卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射,认为只有原子的所有正电荷和几乎全部质量都集中在一个中心,才能发生大角度偏转,从而提出了原子核式结构模型.故D正确.
故选BCD.
(2)极限频率γ=,W是金属的逸出功,所以极限频率是由金属的逸出功决定的.如图光电管加上正向电压,当用光照射光电管时,光电流可能增大,也可能达到饱和电流,将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数可能变大,也可能不变,不可能变小.
(3)为使氢原子从基态跃迁到激发态,需要的能量最小时跃迁到n=2的激发态,根据玻尔理论:所需要的最小能量△E=E2-E1=-E1=-
E1
原子向低能级态跃迁时,发出的光子频率为γ,则hγ=△E=-E1
对于A、B碰撞过程,根据动量守恒和能量守恒得:
mv0=m(vA+vB)+ ①
m
=
m(
+
)+hγ ②
由②知:mv0>
又因为v0<<c,
所以mv0>>.故①式中光子动量
可忽略不计,变成如下:
mv0=m(vA+vB)③
由①③能量的最小值可得:m
=
,并得到原子向值值低能级态跃迁时,发出的光子频率,
故答案为:金属,变小
如图所示,水平放置的弹簧左端固定,小物块P(可视为质点)置于水平桌面上的A点,并与弹簧右端接触,此时弹簧处于原长.现用水平向左的推力将P缓慢地推至B点,此时弹簧的弹性势能为EP=21J.撤去推力后,P沿桌面滑上一个停在光滑水平地面上的长木板Q上,已知P、Q的质量分别为m=2kg、M=4kg,A、B间的距离Ll=4m,A距桌子边缘C的距离L2=2m,P与桌面及P与Q间的动摩擦因数都为μ=0.1,g取10m/s2,求:
(1)要使P在长木板Q上不滑出去,长木板至少多长?
(2)若长木板的长度为2.25m,则P滑离木板时,P和Q的速度各为多大?
正确答案
(1)小物块从B点运动到C点的过程中,根据能量守恒定律得:
EP-m
=μmg(L1+L2)
解得:vc==3m/s
若小物块滑到木板右端时与长木板具有共同速度,设所对应的长木板具有最小的长度为L,根据动量守恒和能量守恒定律:
mvc=(m+M)v
μmgLm=m
-
(m+M)v2
得:v=1m/s,Lm=3m
故要使P在长木板Q上不滑出去,长木板至少为3m.
(2)设小物块滑离木板时,它们的速度分别为v1和v2,根据动量守恒和能量守恒定律:
mvc=mv1+Mv2
μmgL=m
-
m
-
M
得:v1=2m/s,v2=0.5m/s,=0(舍去),
=1.5m/s
故小物块滑离木板时,它们的速度分别为v1=2m/s,v2=0.5m/s.
[物理选修3-5模块]
(1)激光制冷原理可以根据如图所示的能级图简单说明,激光射入介质中,引起介质中的离子从基态跃迁到激发态n=11,一些处于激发态n=11的离子很快吸收热量转移到激发态n=12,离子从激发态n=11和n=12向基态跃迁辐射两种荧光,部分辐射荧光的能量大于入射激光的能量,上述过程重复下去实现对介质的冷却,下列说法正确的是______
A.两种辐射荧光波长都大于射入介质的激光波长
B.激光制冷过程中,介质内能减少量等于辐射荧光与吸收激光的能量差
C.两种辐射荧光在同一装置下分别做双缝干涉实验,相邻两条亮条纹间的距离不相等
D.若两种辐射荧光分别照射同一金属板都能产生光电效应,则光电子的最大初动能相等
(2)在光滑的水平地面上静止着一质量为M=0.4kg的薄木板,一个质量为m=0.2kg的木块(可视为质点)以υ0=4m/s的速度从木板左端滑上,一段时间后,又从木板上滑下(不计木块滑下时机械能损失),两物体仍沿直线继续向前运动,从木块与木板刚刚分离开始计时,经时间t=3.0s,两物体之间的距离增加了x=3m,已知木块与木板的动摩擦因数μ=0.4,求薄木板的长度.
正确答案
(1)A、根据玻尔理论和光子的能量公式E=h分析可知,从n=12向基态跃迁辐射的荧光波长小于射入介质的激光波长.故A错误.
B、激光制冷过程中,由玻尔理论得知,介质内能减少量等于辐射荧光与吸收激光的能量差.故B正确.
C、干涉条纹的间距与波长成正比.则两种辐射荧光在同一装置下分别做双缝干涉实验,相邻两条亮条纹间的距离不相等.故C正确.
D、产生光电效应时,光电子的最大初动能随着入射光的频率的增大而增大,由于两种荧光频率不等,则光电子的最大初动能不相等.故D错误.
故选BC.
(2)设木块与木板分离后速度分别为为:v1、v2,由动量守恒定律得:
mv0=mv1+Mv2根据题意,有:
v1-v2=
解得:v1=2m/s,v2=1m/s
根据动能定理得:μmgd=m
-
m
-
M
代入数据解得:
d=1.25m
即薄木板的长度为1.25m.
故答案为:
(1)BC;(2)薄木板的长度是1.25m.
[物理--选修3-5]
(1)如图所示为氢原子的能级图.让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n=1)的氢原子上,被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的色光,则照射氢原子的单色光的光子能量为______eV.用
这种光照射逸出功为4.54eV的金属表面时,逸出的光电子的最大初动能是______eV.
(2)镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素,已知Ra能自发地放出α粒子而变成新核Rn,已知
Ra的质量为M1=3.7533×10-25kg,新核Rn的质量为M2=3.6867×10-25kg,α粒子的质量为m=6.6466×10-27kg,现有一个静止的
Ra核发生α衰变,衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s.则:(计算结果保留两位有效数字)
①写出该核反应的方程式.
②此反应过程中放出的能量是多少?
③反应后新核Rn的速度是多大?
正确答案
(1)氢原子能自发地发出3种不同频率的色光,说明氢原子激发到n=3的轨道,则入射光子的能量为E=E3-E1=-1.51+13.6=12.09ev;
由公式EK=E-W=12.09-4.54=7.55ev
(2)①核反应方程式为Ra→
He+
Rn
②由质能方程知△E=△mc2=(M1-M2-m)c2=1.2×10-12J
③反应前后动量守恒M2υ2-mυ=0
∴υ2=mυ/M2=6.6×103m/s
答案为(1)12.09 7.55
(2)①Ra→
He+
Rn
②反应过程中放出的能量是1.2×10-12J
③反应后新核Rn的速度是6.6×103m/s.
图中滑块和小球的质量均为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,滑块刚好被一表面涂有粘住物质的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减为零,小球继续向左摆动,当轻绳与竖直方向的夹角θ=60°时小球到达最高点.求:
(1)小球到达最低点时速度的大小;
(2)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度的大小;
(3)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球所做的功.
正确答案
(1)设滑块与挡板碰前滑块和小球的速度分别为v1、v2,
对上摆过程中的小球机械能守恒:m
=mgl(1-cosθ)…①
解得:v2=
(2)开始阶段下摆过程中,根据系统机械能守恒有:
mgl=m
+
m
…②
联立两式解得:v1=
(3)对开始阶段下摆过程中的小球应用动能定理有:mgl+W=m
得绳子拉力对小球做功:W=-mgl
答:(1)小球到达最低点时速度v2=
(2)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度v1=
(3)绳的拉力对小球所做的功-mgl
一质量为M的平板小车上,站着n个质量均为m的人,车原来静止在光滑的水平地面上,人相对车静止,现在n个人从车的后端跳下,从车上跳下时,人相对于小车的速度均为u,试求在下列两种情况下:
(1)n个人同时从车的后端跳下后,小车运动的速度多大?
(2)车上的人依次都从车的后端跳下,那么当车上的人全都跳下车后,小车运动的速度是多大?
正确答案
(1)以平板小车和n个人为系统,设n个人同时从车上跳下后,小车的速度为v,
根据系统动量守恒,有 0=Mv+nm(v-u),
解得v=
(2)根据动量守恒定律,设第一个人跳下后小车的速度为v1,于是有:
0=[M+(n-1)m]v1+m(v1-u)
∴v1=
同理,设第二个人跳下后小车的速度为v2,于是有:
[M+(n-1)m]v1=[M+(n-2)m]v2+m(v2-u)
∴v2=+
第三个人跳下后小车的速度为v3,于是有:
[M+(n-2)m]v2=[M+(n-3)m]v3+m(v3-u)
∴v2=+
+
…
第n个人跳下后小车的速度为vn,于是有[M+m]vn-1=Mvn+m(vn-u)
∴vn=+
+…+
+
答:(1)n个人同时从车的后端跳下后,小车运动的速度v=
(2)车上的人依次都从车的后端跳下,那么当车上的人全都跳下车后,小车运动的速度是vn=+
+…+
+
一辆平板车沿光滑平面运动,车的质量m=20kg,运动速度为v0=4m/s,求在下列情况下,车的速度变为多大?
(1)一个质量为m′=2kg的沙包从5m高处落入车内;
(2)将质量m′=2kg的沙包,以v=5m/s的速度迎面水平扔入车内.
正确答案
(1)、沙包和车组成一个系统,在水平方向上动量守恒,选向右的方向为正.沙包在刚落入车内那一时刻,在水平方向上的速度为零,(注意v==
=10m/s是沙包刚落入车内在竖直方向的速度,它在水平方向的分速度为零),最后沙包停在车上,沙包和车有共同的速度v',
根据水平方向的动量守恒,可得:
mv0=(m'+m)v'
v′==
=
m/s≈3.64m/s
(2)取车运动方向为正,设沙包和车的共同速度为v2,有
mv0-m′v1=(m+m′)v2
v2==3.2m/s
答:(1)一个质量为m′=2kg的沙包从5m高处落入车内,车的最终速度为3.64m/s
(2)将质量m′=2kg的沙包,以v=5m/s的速度迎面水平扔入车内,车的最终速度为3.2m/s
(选修模块3-5)
(1)下列说法中正确的是______
A.康普顿效应进一步证实了光的波动特性
B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的
C.经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征
D.天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态有关
(2)TH是不稳定的,能自发的发生衰变.
①完成TH衰变反应方程
TH→
Pa+______.
②TH衰变为
Rn,经过______次α衰变,______次β衰变.
(3)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子.科学研究表明其核反应过程是:α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核,复核发生衰变放出质子,变成氧核.设α粒子质量为m1,初速度为v0,氮核质量为m2,质子质量为m0,氧核的质量为m3,不考虑相对论效应.
①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间,复核的速度为多大?
②求此过程中释放的核能.
正确答案
(1)A、康普顿效应进一步证实了光的粒子特性.故A错误.
B、为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量的量子化.故B正确.
C、经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征.故C正确.
D、天然放射性元素的半衰期由原子核内部的结构决定,与环境的温度无关.故D错误.
故选BC
(2)由质量数和电荷数守恒知X为0-1e
设经过X次α衰变、Y次β衰变,则由234-222=4X,90-2X+Y=86,解得X=3,Y=2
(3):①设复核速度为v,由动量守恒得
m1v0=(m1+m2)v
解得v=v0
②整个过程中质量亏损△m=m1+m2-m0-m3
由爱因斯坦质能方程△E=△mc2得
△E=(m1+m2-m0-m3)c2.
故答案为:(1)BC (2)0-1e,3,2
(3)①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间,复核的速度为v0
②此过程中释放的核能是(m1+m2-m0-m3)c2.
如图所示,竖直平面内一光滑水平轨道左边与墙壁对接,右边与一足够高的1/4光滑圆弧轨道相连,木块A、B静置于光滑水平轨道上,A、B质量分别为1.5kg和0.5kg。现让A以6m/s的速度水平向左运动,之后与墙壁碰撞,碰撞时间为0.3s,碰后速度大小变为4m/s。当A与B碰撞后会立即粘在一起运动,已知g=10m/s2 求:
①A与墙壁碰撞过程中,墙壁对小球平均作用力F;
②A、B滑上圆弧轨道的最大高度。
正确答案
①方向水平向②h=0.45m
试题分析:①设水平向右为正方向,当A与墙壁碰撞时根据动能定理有:;解得
方向水平向左
②当A与B碰撞时,设碰撞后两物体的速度为v,根据动量守恒定律有
A B在光滑圆形轨道上升时,机械能守恒,由机械能守恒定律得
,解得h=0.45m
扫码查看完整答案与解析