- 动量守恒定律
- 共6910题
(12分)如图所示光滑水平直轨道上有三个滑块A、B、C质量分别为mA=mC=2m和mB=m,A、B用细绳相连,中间有一压缩的弹簧(弹簧与滑块不栓接),开始时A、B以共同速度V0向右运动,C静止,某时刻细绳突然断开,A、B被弹开,然后B又与C发生碰撞并粘在一起,最终三者的速度恰好相同。
求:(1)B与C碰撞前B的速度;
(2)弹簧释放的弹性势能多大。
正确答案
(1)
(2)
(1)设三者最后的共同速度为,滑块A与B分开后的速度为
,由动量守恒
得:
三者动量守恒得:
得
所以 (6分)
(2)弹簧释放的弹性势能
(6分)
(选修模块3-5)
(1)关于光电效应现象,下列说法中正确的是______
A.在光电效应现象中,入射光的强度越大,光电子的最大初动能越大
B.在光电效应现象中,光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
C.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于此波长,才能产生光电效应
D.对于某种金属,只要入射光的强度足够大,就会发生光电效应
(2)处于激发状态的原子,在入射光的电磁场的影响下,从高能态向低能态跃迁,两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去,这种辐射叫做受激辐射.原子发生受激辐射时,发出的光子频率、发射方向等,都跟入射光子完全一样,这样使光得到加强,这就是激光产生的机理.那么,发生受激辐射时,产生激光的原子的总能量En、电势能Ep、电子动能Ek的变化情况是______
A.Ep增大、Ek减小、En减小
B.Ep减小、Ek增大、En减小
C.Ep增大、Ek增大、En增大
D.Ep减小、Ek增大、En不变
(3)如图所示,质量为m的小球B连接着轻质弹簧,静止在光滑水平面上.质量为m的小球A以某一速度向右运动,与弹簧发生碰撞,当A、B两球距离最近时弹簧的弹性势能为EP,则碰撞前A球的速度v0大小为多少?
正确答案
(1)A、发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的强度无关.故A错误.
B、根据光电效应方程EKm=hγ-W0,可知最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系.故B错误.
C、入射光的频率大于极限频率时,发生光电效应,因为极限波长λ0=,所以入射光的波长必须小于此波长,才能产生光电效应.故C正确.
D、光电效应与入射光的强度无关.故D错误.
故选C.
(2)发生受激辐射时,向外辐射光子,则原子的总能量En减小,库仑引力做正功,电势能减小.根据k=m
,知EK=
mv2=
,从高能态向低能态跃迁,轨道半径减小,则动能增大.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
(3)当弹簧弹性势能最大时,两球的速度相同,根据动量守恒定律得:
mv0=2mv
解得:v=.
根据能量守恒定律得:mv02=EP+
(2m)v2
解得:v0=2.
答:碰撞前A球的速度v0大小为2.
故答案为:(1)C (2)B (3)2.
(1)雷蒙德•戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核,其核反应方程式为νe+CI→
Ar+
e.已知
Cl核的质量为36.95658u,
Ar核的质量为36.95691u,
e的质量为0.00055u,1u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为______MeV(结果保留两位有效数字).
(2)如图所示,质量为m=1kg的滑块,以v0=5m/s的水平初速度滑上静止在光滑水平面的平板小车,小车足够长,质量M=4kg.求:
①滑块与小车的共同速度v;
②整个运动过程中产生的内能E.
正确答案
(1)反应过程需要能量为:E=mc2=(36.95691u+0.00055u-36.95658u)c2
根据l u质量对应的能量为931.5MeV,得:E≈0.82MeV,所以中微子的能量最小为0.82MeV,
故答案为:0.82
(2)①根据动量守恒定律列出等式:
mv0=(m+M)v
解得:v=1m/s
②根据能量守恒知道整个运动过程中产生的内能等于动能的损失.
E=mv02-
(m+M)v 2得:E=10J
答:①滑块与小车的共同速度v为1m/s;
②整个运动过程中产生的内能E为10J.
(12分)静止在匀强磁场中的原子核,俘获一个速度为7.7×104 m/s 的中子而发生核反应放出α粒子后变成一个新原子核,已知中子速度方向与磁场方向垂直,测得α粒子速度为:2×104m/s,方向与中子速度方向相同,求:
(1)生成的新核是什么?写出核反应方程式。
(2)生成的新核的速度大小和方向。
(3)若α粒子与新核间相互作用不计,则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少?
正确答案
(1)氚核 (2)
,与速度方向与反应前中子速度方向相反(3)
,
试题分析:(1)生成的新核是氚核,核反应方程式:
(2)由动量守恒定律 ,
故,与速度方向与反应前中子速度方向相反
(3)两粒子均由洛伦兹力提供向心力,其半径之比:
带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期:,故这两个粒子的周期之比为:
在光滑的地面上,小球A以速率v0向右运动时跟静止的小球B发生碰撞,碰后A球以的速率弹回,而B球以
的速率向右运动,求
(1)A、B两球的质量之比;
(2)请你判断该碰撞是否为弹性碰撞。
正确答案
设向右为正方向,A球质量为m,B球质量为M,以A、B球为系统
(1)由动量守恒定律得,
…………3分
解得: …………2分
(2)碰前: …………2分
碰后: …………2分
E1>E2 ,所以不是弹性碰撞。
略
.如图所示,质量为M的长滑块静止在光滑水平面上,左侧固定一劲度系数k足够大的水平轻质弹簧,右侧用一不可伸长的细轻绳连接于竖直墙上,细绳所能承受的最大拉力为T。使一质量为m、初速度为v0的小物块,在滑块上无摩擦地向左滑动,而后压缩弹簧。(弹簧弹性势能的表达式,其中k为劲度系数,x为弹簧的压缩量)
(1)给出细绳被拉断的条件. (2)滑块在细绳拉断后被加速的过程中,所能获得的最大向左加速度为多少.
正确答案
(1)
(2)
(1) 设细绳刚被拉断时弹簧的压缩量为x0,此时有 kx0=T
为使弹簧压缩达到x0,对小物块要求是
由此得到细细绳被拉断的条件
(2) 绳断时,小物体速度为v1,则有
解得
而后M在弹力作用下由静止开始加速,直至与m达到共同速度v2,此时弹簧压缩时x最大,则由能量、动量守恒关系
mv1=(M+m)v2
此时该M加速度最大为
钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态
和
粒子,而铀核激发态
立即衰变为铀核
,并放出能量为0.097MeV的
光子。衰变放出的光子的动量可忽略.已知:
、
和
粒子的质量分别为
=239.0521u、
=235.0439u和
="4.0026u" ,1u相当于931.5MeV
①写出的衰变方程
②求铀核和
粒子刚产生时动能大小之比
③求粒子的动能(计算结果保留三位有效数字)
正确答案
① (2分)②
③
试题分析:① 注意
粒子是
,而且衰变前后的电荷数和质量数守恒。
②因为静止的发生衰变时,根据动量守恒有
和
的动量大小相等,方向相反:
所以动能之比: (2分)
③质量亏损-
-
="239.0521-235.0439-" 4.0026=0.0056u (1分)
释放能量 (1分)
粒子的动能
(1分)
如图所示,质量M=0.40kg的靶盒A位于光滑水平导轨上,开始时静止在O点,在O点右侧有范围很广的“相互作用区域”,如图中的虚线区域。当靶盒A进入相互作用区域时便有向左的水平恒力F=20N作用。在P处有一固定的发射器B,它可根据需要瞄准靶盒每次发射一颗水平速度v0=50m/s、质量m=0.10kg的子弹,当子弹打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短。若每当靶盒A停在或到达O点时,就有一颗子弹进入靶盒A内,求:
(1)当第一颗子弹进入靶盒A后,靶盒A离开O点的最大距离
(2)当第三颗子弹进入靶盒A后,靶盒A从离开O点到又回到O点所经历的时间
(3)当第100颗子弹进入靶盒A时,靶盒A已经在相互作用区中运动的时间
正确答案
(1)设第一颗子弹进入靶盒A后,子弹与靶盒的共同速度为v1。
根据动量守恒,有:mv0=(m+M)v1 (3分)
设A离开O点的最大距离为s1,由动能定理有:
-Fs1=0-
解得:s1=1.25m(2分)
(2)根据题意,A在恒力F作用下返回O点时第二颗子弹正好打入,由于A的动量与第二颗子弹动量大小相同、方向相反,故第二颗子弹打入后,A将静止在O点。(1分)
设第三颗子弹打入A后,它们的共同速度为v3,由动量守恒得:mv0=(3m+M)v3 (2分)
设A从离开O点到又回到O点所经历的时间为t,取碰后A运动的方向为正方向,由动量定理得:
-F=0-
(3分)
解得:t=0.5s(2分)
(3)从第(2)问的计算可以看出,每1、3、5、……(2n+1)颗子弹打入A后,A运动时间均为t="0.5s " 故总时间t总=50t=25s(4分)
略
如图所示,A、B为两个大小可视为质点的小球,A的质量M=0.6kg,B的质量m=0.4kg,B球用长l=1.0m的轻质细绳吊起,当B球处于静止状态时,B球恰好与光滑弧形轨道PQ的末端点P(P端切线水平)接触但无作用力.现使A球从距轨道P端h=0.20m的Q点由静止释放,当A球运动到轨道P端时与B球碰撞,碰后两球粘在一起运动.若g取10m/s2,求两球粘在一起后,悬绳的最大拉力为多大?
正确答案
A球沿轨道下滑的过程中,机械能守恒,设其刚与B球碰撞时的速度大小为vA,
由机械能守恒定律得:Mgh=MvA2 ,
解得vA==2.0m/s;
两球相碰撞的过程,系统沿水平方向动量守恒,设碰撞后的共同速度大小为v,
由动量守恒定律得:MvA=(M+m)v,解得v=1.2m/s,
设两球碰撞后开始一起运动的瞬间所受细绳的拉力为T,
根据牛顿第二定律对两球碰撞后的瞬间有 T-(M+m)g=(M+m),
解得:T=11.44N,
根据牛顿第三定律可知,两球对细绳的拉力大小T′=11.44N;
答:两小球碰撞后开始一起运动的瞬间,两球对细绳的拉力为11.44N.
A.若两颗人造卫星A和B绕地球做匀速圆周运动,角速度之比为8:1,则A和B两颗卫星的轨道半径之比为______,运动的速率之比为______.
B.质量为m1=5kg的小球在光滑水平面上以v1=3m/s的速度向右撞击静止的木块,撞击后小球和木块一起以v2=1m/s的速度向右运动,以小球的运动方向为正方向,则小球动量的改变量为______kg•m/s,木块的质量为______kg.
正确答案
A、根据卫星的速度公式v=得,角速度为ω=
=
,地球的质量M一定,则得A和B两颗卫星的轨道半径之比为 rA:rB=
:
=1:4,速率之比这vA:vB=2:1
B、取向右方向为正方向,则小球的初动量P=m1v1=5×3kg•m/s=15kgm/s,末动量P′=m1v2=5×1kg•m/s=5kgm/s,故小球动量的改变量为△P=P′-P=-10kgm/s.
由m1v1=(m1+m2)v2,代入解得,m2=10kg.
故答案为:A、1:4,2:1;B、-10,10
如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为M=20kg的足够长的木板,上表面粗糙,以速度v0=10m/s向右作匀速直线运动.现将质量为m=5kg的小铁块无初速地轻放在木板的前端,求
(1)小铁块与木板相对静止时,它们共同运动的速度为多大?
(2)全过程有多少机械能转化为系统的内能?
正确答案
(1)以小铁块和木板组成的系统为研究对象,根据动量守恒定律得
Mv0=(M+m)v
得 v==8m/s
(2)根据能量守恒定律,系统损失的机械能全部转化为系统内能
则 Q=-
得 Q==200J
答:
(1)小铁块与木板相对静止时,它们共同运动的速度为8m/s.
(2)全过程有200J机械能转化为系统的内能.
如图所示,质量为m的由绝缘材料制成的球与质量为M=19m的金属球并排悬挂.现将绝缘球拉至与竖直方向成θ=60°的位置自由释放,下摆后在最低点与金属球发生弹性碰撞.在平衡位置附近存在垂直于纸面的磁场.已知由于磁场的阻尼作用,金属球将于再次碰撞前停在最低点处.求经过几次碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大角度将小于45°.
正确答案
设小球m的摆线长度为l
小球m在下落过程中与M相碰之前满足机械能守恒:mgl(1-cosθ)=mv02①
m和M碰撞过程是弹性碰撞,故满足:
mv0=MVM+mv1 ②
mv02=
mv12+
MVM2 ③
联立 ②③得:v1=v0 ④
说明小球被反弹,且v1与v0成正比,而后小球又以反弹速度和小球M再次发生弹性碰撞,满足:
mv1=MVM1+mv2 ⑤
mv12=
mv22+
MVM12⑥
解得:
v2=|v1| ⑦
整理得:
v2=-()2v0⑧
故可以得到发生n次碰撞后的速度:
vn=|(
m-M
m+M
)nv0|⑨
而偏离方向为450的临界速度满足:
mgl(1-cos450)=mv临界2⑩
联立①⑨⑩代入数据解得,当n=2时,v2>v临界
当n=3时,v3<v临界
即发生3次碰撞后小球返回到最高点时与竖直方向的夹角将小于45°.
质量为M的小船以速度V0行驶,船上有两个质量皆为m的小孩a和b,分别静止站在船头和船尾.现小孩a沿水平方向以速率v(相对于静止水面)向前跃入水中,然后小孩b沿水平方向以同一速率v(相对于静止水面)向后跃入水中.求小孩b跃出后小船的速度.
正确答案
设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为V,根据动量守恒定律,有
(M+2m)V0=MV+mυ-mυ
解得
V=(1+)V0
即小孩b跃出后小船的速度为(1+)V0.
在光滑水平面上沿x轴正方向作直线运动的物体A质量为m1,速度为v1=2m/s;另一个物体B质量为m2,以v2=4m/s的速率沿x轴负方向迎面向A运动,若两物体相碰后粘在一起并且恰好停止运动,则m1:m2=______;若两物体相碰后粘在一起并以v'=1m/s的速度沿x轴正方向运动,则m1:m2=______.
正确答案
以A、B组成的系统为研究对象,
①若两物体相碰后粘在一起并且恰好停止运动
由水平方向上动量守恒得
m1v1=m2v2
所以=
=
=
,
②若两物体相碰后粘在一起并以v'=1m/s的速度沿x轴正方向运动
由水平方向上动量守恒得
m1v1-m2v2=(m1+m2)v′
所以2m1-4m2=m1+m2
m1=5m2
=
;
故答案为:2:1,5:1.
如图所示,在足够长的光滑水平轨道上静止三个小木块A、B、C,质量分别为mA=1kg,mB=1kg,mC=2kg,其中B与C用一个轻弹簧固定连接,开始时整个装置处于静止状态,弹簧处于原长状态;A和B之间有少许塑胶炸药,现在引爆塑胶炸药,若炸药爆炸产生的能量有E=9J转化为A和B沿轨道方向的动能。求:爆炸后弹簧弹性势能的最大值;
正确答案
EP=3J
试题分析:塑胶炸药爆炸瞬间取A和B为研究对象,假设爆炸后瞬间AB的速度大小分别为vA、vB,取向右为正方向
由动量守恒:-mAvA+mBmB=0
爆炸产生的热量由9J转化为AB的动能:
带入数据解得:vA = vB = 3m/s
爆炸后取BC和弹簧为研究系统,当弹簧第一次被压缩到最短时BC达到共速vBC,此时弹簧的弹性势能最大,设为Ep1
由动量守恒:mBvB=(mB+mC)vBC
由能量定恒定定律:
带入数据得:EP=3J
点评:关键是知道爆炸后取BC和弹簧为研究系统,当弹簧第一次被压缩到最短时BC达到共速vBC,此时弹簧的弹性势能最大,
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