- 动量守恒定律
- 共6910题
用质子轰击锂核(Li)生成两个a粒子.已知质子质量Mp=1.0078u,α粒子的质量mα=4.0026u,锂核质量为Mu=7.0160u,质子的初动能是E1=0.6MeV.求:
(1)写出核反应方程式;
(2)核反应前后发生的质量亏损;
(3)核反应过程中释放的能量△E;
(4)核反应释放的能量全部用来增加两个a粒子的动能,则核反应后两个a粒子具有总能量是多少?
正确答案
(1)根据质量数与电荷数守恒,由题意可知反应方程式是:37Li+11H→224He;
(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;
(3)由质能方程得,核反应释放的能量△E=△mc2=0.0186u×931.6MeV≈17.3MeV;
(4)根据能量的守恒可得,两个α粒子具有总动能为E1+△E=0.6MeV+17.3MeV=17.93MeV;
答:(1)核反应方程式37Li+11H→224He;
(2)核反应前后发生的质量亏损为0.0186u;
(3)核反应过程中释放的能量△E为17.3MeV;
(4)核反应后两个a粒子具有总能量是17.93MeV.
物理选修3-5
(1)太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,氢核的聚变反应可以看做是4个氢核(H)结合成1个氦核(
He).下表中列出了部分粒子的质量(1u相当于931.5MeV的能量)
①写出氢核聚变的核反应方程:______.
②计算发生一次核反应释放的能量.(以MeV为单位,结果保留三位有效数字)
(2)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多大?
正确答案
(1)①根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得:411H→24He+210e
②△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.00055u=0.0266 u
△E=0.0266 u×931.5MeV/u=24.8 MeV
(2)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
答:(1)①该热核反应方程为 411H→24He+210e
②一次这样的热核反应过程中释放出 24.8 MeV能量.
(2)0.3m/s
(选修3-5)
(Ⅰ)一群氢原子从 n=3 的激发态向基态跃迁时,辐射的三条谱线中,波长较长的二条谱线的波长分别为λ1和λ2,则最短波长λ3=______.
(Ⅱ)两质量均为2m的劈A和B,高度相同,放在光滑水平面上,A和B的倾斜面都是光滑曲面,曲面下端与水平面相切,如图所示,一质量为m的物块位于劈A的倾斜面上,距水平面的高度为h.物块从静止滑下,然后又滑上劈B.求(1)物块第一次离开劈A时,劈A的速度;
(2)物块在劈B上能够达到的最大高度.(重力加速度为g)
正确答案
(Ⅰ)氢原子从 n=3 的激发态向基态跃迁时,发出的谱线波长最短,设为λ.
则根据玻尔理论得:
E3-E1=h
又E3-E2=h,E2-E1=h
联立解得,λ=
(Ⅱ)设滑块第一次离开A时的速度为v1,A的速度为v2,
由系统动量守恒得:mv1-2mv2=0…(1)
系统机械能守恒得:mgh=m
+
•2m
…(2)
由(1)(2)解得:v2=,v1=
(2)物块在劈B上达到最大高度h'时两者速度相同,
设为v,由系统动量守恒和机械能守恒得
(m+2m)v=mv1…(3)
(m+2m)v2+mgh′=
m
…(4)
由(3)(4)解得:h′=h
故答案:(Ⅰ);(Ⅱ)(1)物块第一次离开劈A时,劈A的速度是
.(2)物块在劈B上能够达到的最大高度是
h.
(A类题)一质量为M=1.2kg的物块静止在水平桌面上,一质量为m=20g的子弹以水平速度v0=100m/s射入物块,在很短的时间内以水平速度10m/s穿出.则子弹穿出木块时,子弹所受冲量的大小为______Ns,木块获得的水平初速度为______m/s.
正确答案
子弹的初速度V0=100m/s,末速度Vt=10m/s,由动量定理得:
子弹受冲量I=mVt-mV0=-1.8NS,即冲量大小为1.8NS,负号表示与初速度方向相反;
设木块获得的速度为V木,由动量守恒定律得:
mV0=mVt+MV木
代入数据V木=1.5m/s
故答案为:1.8,1.5
如图所示,质量为mA=0.2kg的滑块A套在固定的水平光滑横杆上,滑块下通过一段不可伸长的轻绳连接一个质量为mB=0.3kg的小球B,B恰好与光滑水平地面接触.在A、B所在的竖直平面内固定有一半径为R=0.2m的光滑圆轨道,轨道下端P点与地面相切.质量为mC=0.1kg的小球C以v0=7m/s的速度从图示位置向左与B球发生正碰,碰后C返回且恰好能冲到轨道的最高点Q,A、B间轻绳与竖直方向的最大夹角为θ=60°.重力加速度取g=10m/s2,不考虑小球C再次返回后与小球B的碰撞.求
(1)碰后C球第一次经过P点时对轨道的压力;
(2)碰后瞬间B球的速度大小;
(3)A、B间轻绳的长度.
正确答案
(1)碰后C球刚好能到Q点,碰后速度记为vC,由机械能守恒定律得:
mCgR=mC
,
代入数据得:vc=2m/s,
在C点,由牛顿第二定律得:F-mCg=mC,
代入数据解得:F=3N;
由牛顿第三定律得C球对轨道的压力为F′=F=3N,方向:竖直向下;
(2)碰撞过程中,B球和C球组成的系统动量守恒,以C的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mCv0=-mCvC+mBvB,
代入数据得:vB=3m/s;
(3)碰后当B球摆至最高点时,二者具有相同的水平速度v共.水平方向动量守恒,以B的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mBvB=(mA+mB)v共,
系统机械能守恒,由机械能守恒定律得:
mB
=
(mA+mB)
+mBgl(1-cosθ),
代入数据得:l=0.36m
答:(1)碰后C球第一次经过P点时对轨道的压力为3N,方向竖直向下;
(2)碰后瞬间B球的速度大小3m/s;
(3)A、B间轻绳的长度0.36m.
质量为M=2kg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),如图,一颗质量为mB=20g的子弹以600m/s的水平速度迅即射穿A后,速度变为100m/s,最后物体A仍静止在车上,若物体A与小车间的动摩擦因数为0.5,g取10m/s2.
求:(1)平板车最后的速度是多大?
(2)A相对平板车滑行的距离?(平板车足够长)
正确答案
(1)研究子弹、物体打击过程,
动量守恒有:mv0=mv′+MA v
代入数据得vA=5m/s
同理分析M和MA系统自子弹穿出后直至相对静止有:
MA vA=(M+MA)v
代入数据得平板车最后速度为:v=2.5m/s注意:也可全过程研究三者组成的系统,根据动量守恒求平板车最后的速度.
(2)根据能量转化和守恒得:物体和平板车损失的机械能全转化为系统发热,假设A在平板车上滑行距离为L
则有Q=μMAgL=MA
-
(MA+M)V2
所以代入数据得 L=1.25m
答:(1)平板车最后的速度是2.5m/s
(2)A相对平板车滑行的距离是1.25m
(选修模块3-5)
(1)下列说法中正确的是______.
A.光电效应现象说明光具有粒子性
B.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
C.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
D.运动的宏观物体也具有波动性,其速度越大物质波的波长越大
(2)氢原子的能级图如图1所示,一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁,能产生______种不同频率的光子,其中频率最大的光子是从n=4的能级向n=______的能级跃迁所产生的.
(3)如图2所示,质量均为m的小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上,质量为2m的小明站在小车上用力向右迅速推出木箱,木箱相对于冰面的速度为v,接着木箱与右侧竖直墙壁发生弹性碰撞,反弹后被小明接住,求小明接住木箱后三者共同速度的大小.
正确答案
(1)A、光电效应说明光具有粒子性.故A正确,
B、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说.故B正确.
C、玻尔建立了量子理论,能够很好解释氢原子发光现象,但是不能解释所有原子的发光现象.故 C错误.
D、宏观物体粒子性明显,根据λ=知,速度大波长短.故D错误.
故选AB.
(2)根据C=6知,一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁,能产生6种不同频率的光子.n=4和n=1间的能级差最大,辐射的光子频率最大.
(3)取向左为正方向,根据动量守恒定律,有:
推出木箱的过程:0=(m+2m)v1-mv
接住木箱的过程:mv+(m+2m)v1=(m+m+2m)v2
解得共同速度:v2=
故答案为:(1)AB
(2)6 1
(3).
(8分)【物理—物理3-5】
(1)大量氢原子处于不同能量激发态,发生跃迁时放出三种不同能量的光子,其能量值分别是:。跃迁发生前这些原子分布在 个激发态能级上,其中最高能级的能量值是
(基态能量为
)。
(2)如图所示,滑块质量均为
,滑块
质量为
。开始时
分别以
的速度沿光滑水平轨道向固定在右侧的挡板运动,现将
无初速地放在
上,并与
粘合不再分开,此时
与
相距较近,
与挡板碰撞将以原速率反弹,
与
碰撞将粘合在一起。为使
能与挡板碰撞两次,
应满足什么关系?
正确答案
(1)①2;②-1.51
(2)
(1)①2;②-1.51
(2)设向右为正方向,与
粘合在一起的共同速度为
,由动量守恒定律得
①
为保证碰挡板前
未能追上
,应满足
②
设与
碰后的共同速度为
,有动量守恒定律得
③
为使能与挡板再次碰撞应满足
④
联立①②③④式得
⑤
(20分)如图所示,竖直放置的圆弧轨道和水平轨道两部分相连.水平轨道的右侧有一质量为 2 m的滑块C与轻质弹簧的一端相连,弹簧的另一端固定在竖直的墙M上,弹簧处于原长时,滑块C静止在P点处;在水平轨道上方O处,用长为L的细线悬挂一质量为m的小球B,B球恰好与水平轨道相切,并可绕O点在竖直平面内摆动。质量为m的滑块A由圆弧轨道上静止释放,进入水平轨道与小球B发生弹性碰撞.P点左方的轨道光滑、右方粗糙,滑块A、C与PM段的动摩擦因数均为=0.5,A、B、C均可视为质点,重力加速度为g.
(1)求滑块A 从2L高度处由静止开始下滑,与B碰后瞬间B的速度。
(2)若滑块A能以与球B 碰前瞬间相同的速度与滑块C相碰,A至少要从距水平轨道多高的地方开始释放?
(3)在(2)中算出的最小值高度处由静止释放A,经一段时间A与C相碰,设碰撞时间极短,碰后一起压缩弹簧,弹簧最大压缩量为
L,求弹簧的最大弹性势能。
正确答案
(1)2
(2)H
(3)
(1)对A,由机械能守恒得:mg2L=
------2分
v0=2 -------1分
A与B碰 -------2分
-------2分
速度交换,vB= v0 =2 ------1分
(2)要使滑块A能以与B碰前瞬间相同的速度与C碰撞,必须使小球B受A撞击后在竖直平面内完成一个完整的圆周运动后从左方撞击A,使A继续向右运动。
设A从距水平面高为H的地方释放,与B碰前的速度为v0
对A,由机械能守恒得: ----- 2 分
设小球B通过最高点的速度为vB,则它通过最高点的条件是:
------- 2 分
小球B 从最低点到最高点的过程机械能守恒:
-------- 2 分
解得: H -------- 1分
(3)从这个高度下滑的A与C碰撞前瞬间速度:
----- 2 分
设A与C碰后瞬间的共同速度为v,由动量守恒:
-------- 2 分
A、C一起压缩弹簧,由能量守恒定律。有:
-------2分
解得: -- ----1分
如图所示,质量为M的小球B用长L=0.1m的细线悬于O点,恰好与水平地面Q点相切.质量为m=1.0kg的木块A与水平地面间的动摩擦因数μ=0.3,木块A从P点以速度v0=4.0m/s沿直线向右运动,与球B发生正碰,PQ=2.0m,碰撞时不损失机械能,且碰撞时间极短,碰撞后小球B向右摆起的最大角度为细线与竖直方向成60°角.(g=10m/s2)求:
①与小球B碰撞后木块A的速度;
②小球B的质量.
正确答案
A在PQ间做匀减速运动,由动能定理得:
-μmgxPQ=mvA2-
mv02,
代入数据解得:vA=2m/s,
碰撞后小球B做圆周运动,机械能守恒,由机械能守恒定律得:
MvB2=MgL(1-cos60°),
代入数据解得:vB=1m/s,
A、B碰撞过程动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mvA=mvA′+MvB,
碰撞过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
mvA2=
mvA′2+
MvB2,
代入数据解得:vA′=-1m/s,负号表示方向相反,方向向左,M=3kg;
答:①与小球B碰撞后木块A的速度为1m/s,方向向左;
②小球B的质量为3kg.
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静止的平板车挂接时,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
两车挂接时,因挂接时间很短,可以认为小钢球速度不变,以两车为对象,碰后速度为v,由动量守恒可得Mv0=(M+)•v
∴v==8m/s
钢球落到平板车上所用时间为:t==0.6s
t时间内平板车移动距离:s1=vt=4.8m
t时间内钢球水平飞行距离:s2=v0t=7.2m
则钢球距平板车左端距离:x=s2-s1=2.4m.
答:钢球落在平板车上距离左端距离2.4m处.
(1)用某种单色光照射某种金属表面,发生了光电效应.现将该单色光的强度减弱,则______.
A.光电子的最大初动能增大 B.光电子的最大初动能减小
C.单位时间内产生的光电子数减少 D.可能不发生光电效应
(2)(10分)一质量为2m的物体P静止于光滑水平地面上,其截面如图所示.图中ab为粗糙的水平面,长度为L;bc为一光滑斜面,斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接.现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动,在斜面上上升的最大高度为h,返回后在到达a点前与物体P相对静止.重力加速度为g.求
(i)木块在ab段受到的摩擦力f;
(ii)木块最后距a点的距离s.
正确答案
(1)A、B光电子的最大初动能由入射光的频率决定,与入射光的强度无关,当该单色光的强度减弱时,光电子的最大初动能.故AB错误.
C、将该单色光的强度减弱,单位时间内入射的光子数减小,单位时间内金属产生的光电子数减少.故C正确.
D、单色光的强度减弱,频率不变,仍能产生光电效应.故D错误.
(2)
(i)设木块和物体P共同速度为v,从木块开始运动到运动到最高点的过程,在最高点时两物体第一次达到共同速度,由动量守恒和能量守恒得:
mv0=(m+2m)v ①
mv02=
(m+2m)v2+mgh+fL②
由①②得:f= ③
(ii)木块返回与物体P第二次达到共同速度与第一次相同(动量守恒)全过程能量守恒得:mv02=
(m+2m)v2+f(2L-s)④
由②③④得:s=L
答:
(1)C;
(2)(i)木块在ab段受到的摩擦力f=.
(ii)木块最后距a点的距离s=L.
(1)光电效应实验中,下列表述正确的是______
A、光照时间越长光电流越大 B、入射光足够强就可以有光电流
C、遏止电压与入射光的频率有关 D、入射光频率大于极限频率才能产生光电子
(2)如图所示,甲车质量为2kg,静止在光滑水平面上,其顶部上表面光滑,右端放一个质量为1kg的小物体,乙车质量为4kg,以5m/s的速度向左运动,与甲车碰撞后甲车获得6m/s的速度,物体滑到乙车上,若乙车足够长,其顶部上表面与物体的动摩擦因数为0.2,则(g取10m/s2)
①物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止;
②物块最终距离乙车左端多大距离..
正确答案
(1)A、无论光强多强,光照时间多长,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故A错误;
B、无论光强多强,光照时间多长,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故B错误;
C、超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大.则遏止电压越大,故C正确;
D、无论光强多弱,光照时间多短,只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应,故D正确;
故选:CD
(2)①对甲、乙碰撞动量守恒:
m乙v0=m甲v1+m乙v2①
木块在乙车上向左匀加速直线运动,加速度为:
a==
=μg②
从木块滑上乙车到最终与车相对静止,由动量守恒得:
m乙v2=(m乙+m木)v③
滑行时间为t,由运动学方程得:
t=④
解①②③④得,t=0.8s
②设物块最终距离乙车左端多大距离为s,由能量守恒定律得:
μm木gs=m乙
-
(m乙+m木)v2⑤
由①②③⑤得:s=0.8m
答:(1)CD
(2)滑行时间0.8s;滑行距离0.8m
静止在匀强磁场中Li俘获一个速度v0=7.7×104的中子而发生核反应,生成一个
He和一个未知粒子
X,若已知
He的速度v2=2.0×104m/s,其方向与反应前中子的方向相同,试求:
①写出核反应方程式并求X粒子元素符号和x,y
②求出未知粒子X的速度大小和方向.
正确答案
①根据电荷数守恒、质量数守恒得,Li+
n→
H+
He
未知粒子 H
②中子、未知核和He质量分别为m、3m和4m,未知核的速度为v2,对心正碰,
由动量守恒定律得:mv0=4mv1+3mv2
解出v2=-1000m/s,方向与v0相反.
答:①核反应方程式Li+
n→
H+
He,x为1,质量数为3.
②未知粒子X的速度大小为1000m/s,方向与v0相反.
气球质量200kg截有质量为50kg的人,静止在空中距地面20m高的地方,气球下悬一质量不计的绳子,此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面,为安全到达地面,则这根绳至少多长?
正确答案
人与气球组成的系统动量守恒,设人的速度v1,气球的速度v2,设运动时间为t,
以人与气球组成的系统为研究对象,以向下为正方向,
由动量守恒得:m1v1-m2v2=0,则m1-m2
=0,
50×-200×
=0,s气球=
s人=
×20m=5m,
气球球和人运动的路程之和为为绳子的长度,
则绳子长度L=s气球+s人=20m+5m=25m,即绳子至少长25m长.
答:这根绳至少长25m.
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