- 动量守恒定律
- 共6910题
[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,人站在小车上推着木箱,一起在光滑水平冰面上以速度运动,小车与木箱质量均为m,人的质量为2m,突然发现正前方有一冰窟窿,为防止人掉入窟窿,人用力向右推木箱,推出木箱后,人和车以
的速度仍向前运动,为避开危险,人向后跳车.求:
①人推开木箱时木箱对地的速度多大;
②人跳车后车对地的最小速度.
正确答案
①2.5v ②1.5v
试题分析:取向右为正方向,根据动量守恒定律有推出木箱的过程:
人跳车过程:
解得
如图所示,在光滑的水平地面上,有A、B、C三个物体处于静止状态,三者质量均为m,物体A的ab部分为半径为R的光滑1/4圆弧,bd部分水平且粗糙,现让小物体C自a点静止释放,当小物体C到达b点时,物体A将与物体B发生碰撞,且与B粘在一起(设碰撞时间极短),试求
(1)小物体C刚到达b点时,物体A的速度大小。
(2)如果bd部分足够长,试用文字表述三个物体的最后运动状态。
正确答案
(1)(2)C最后要停下来,A,B也要同时停下来
(1).设小物体滑到b点时,小物体C的速度为V1,滑块A的速度为V2,设水平向右为正方向,那么在小物体下滑的过程中,由机械能守恒可得:
mgR=mV12/2 + mV22/2 ① 3分
小物体C和滑块A组成的系统,由水平方向动量守恒可得:
mV1-mV2="0 " ② 3分
由①,②可得:V1=V2=即物体A的速度大小为
3分
(2).当滑块A与滑块B碰撞后粘在一起,且物体A,B,C组成的系统在水平方向上不受外力作用,故系统在水平方向上动量守恒(2分),但小物体C在bd部分滑动时由于受摩擦力的作用,速度不断减小,因为bd部分足够长,故小物体C最后要停下来,(3分),由于系统水平动量守恒,且系统水平方向总动量为零,故物体A,B也要同时停下来(2分).
如图所示,在光滑绝缘水平面上,不带电的绝缘小球P2静止在O点.带正电的小球P1以速度v0从A点进入AB区域.随后与P2发生正碰后反弹,反弹速度为v0.从碰撞时刻起在AB区域内加上一个水平向右,电场强度为E0的匀强电场,并且区域外始终不存在电场.P1的质量为m1,带电量为q,P2的质量为m2=5m1,A、O间距为L0,O、B间距为L=
,已知
=
.
(1)求碰撞后小球P1向左运动的最大距离及所需时间.
(2)判断两球能否在OB区间内再次发生碰撞.
正确答案
(1)碰撞后P1以速度v1=v0向左做匀减速直线运动,设最大距离为s,由运动学公式有
v12=2as①
v1=at②
由牛顿第二定律有
qE0=m1a③
又=
④
联立解得
s=L0⑤
所需时间t= ⑥
(2)设碰后P2速度为v2,以v0方向为正方向,由动量守恒:
m1v0=m1(-v0)+m2v2⑦
设P1、P2碰撞后又经△t时间在OB区间内能再次发生碰撞,
P1位移为s1,P2位移为s2,由运动学公式,有
s1=-v0△t+
a△t2⑧
s2=v2△t⑨
s1=s2⑩
联立解得
s2=<L=
两球能在OB区间内再次发生碰撞.
答:(1)碰撞后小球P1向左运动的最大距离为.所需时间为
.
(2)两球能在OB区间内再次发生碰撞.
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=-.
如图所示,质量M="3.5" kg的小车静止于光滑水平面上靠近桌子处,其上表面与水平桌面相平,小车长L="1.2" m,其左端放有一质量为m2="0.5" kg的滑块Q。水平放置的轻弹簧左端固定,质量为m1="1" kg的小物块P置于桌面上的A点并与弹簧的右端接触。此时弹簧处于原长,现用水平向左的推力将P缓慢推至B点(弹簧仍在弹性限度内)时,推力做的功为WF,撤去推力后,P沿桌面滑动到达C点时的速度为2 m/s,并与小车上的Q相碰,最后Q停在小车的右端,P停在距小车左端S="0.5" m处。已知AB间距L1="5" cm,A点离桌子边沿C点距离L2="90" cm,P与桌面间动摩擦因数μ1=0.4,P、Q与小车表面间动摩擦因数μ2=0.1。(g="10" m/s。)求:
(1)推力做的功WF;
(2)P与Q碰撞后瞬间Q的速度大小和小车最后速度v.
正确答案
(1) WF="6J "
(2) 0.4m/s
(1)对P由A→B→C应用动能定理,得
解得
(2)设P、Q碰后速度分别为v1、v2,小车最后速度为v,由动量守恒定律得
m1vc=m1v1+-m2v2
m1vc=(m1+m2+M)v
由能量守恒得
解得,v2=2m/s
v2′=
v=0.4m/s
当v2′=时,v1=>v2′不合题意,舍去。
即P与Q碰撞后瞬间Q的速度大小为v2=2m/s
小车最后速度为0.4m/s
一质量M=2kg的长木板B静止在光滑的水平面上,B的右端与竖直挡板的距离为s=0.5m.一个质量为m=1kg的小物体A以初速度v0=6m/s从B的左端水平滑上B,当B与竖直挡板每次碰撞时,A都没有到达B的右端.设定物体A可视为质点,A、B间的动摩擦因数μ=0.2,B与竖直挡板碰撞时间极短且碰撞过程中无机械能损失,g取10m/s2.求:
(1)B与竖直挡板第一次碰撞前的瞬间,A、B的速度值各是多少?
(2)最后要使A不从B上滑下,木板B的长度至少是多少?(最后结果保留三位有效数字)
正确答案
(1)vA=4m/s,vB=1m/s;(2)8.96m
(1)设A、B达到共同速度为v1时,B向右运动距离为S1
由动量守恒定律有
由动能定理有
联立解得s1=2m
由于s=0.5m<2m,可知B与挡板碰撞时,A、B还未达到共同速度.设B与挡板碰撞前瞬间A的速度为vA,B的速度为vB,则
由动量守恒定律有
由动能定理有
联立解得vA=4m/s,vB=1m/s
(2)B与挡板第一次碰后向左减速运动,当B速度减为零时,B向左运动的距离设为sB,由动能定理有
由上式解得sB=0.5m
在A的作用下B再次反向向右运动,设当A、B向右运动达到共同速度v2时B向右运动距离为s2,由动量守恒定律有
由动能定理有
解得,
故A、B以共同速度向右运动,B第二次与挡板碰撞后,以原速率反弹向左运动.此后由于系统的总动量向左,故最后A、B将以共同速度v3向左匀速运动.
由动量守恒定律有(M-m)v2=(M+m)v3
解得
设A在B上运动的总量程为L(即木板B的最小长度),由系统功能关系得
代入数据解得L=8.96m
如图所示,质量均为m的两物体A.B分别与轻质弹簧的两端相连接,将它们静止放在地面上.一质量也为m的小物体C从距A物体h高处由静止开始下落.C与A相碰后立即粘在一起向下运动,以后不再分开.当A与C运动到最
高点时,物体B对地面刚好无压力.不计空气阻力.弹簧始终处于弹性限度内.已知重力加速度为g.求:
(1)A与C一起开始向下运动时的速度大小;
(2)弹簧的劲度系数.
正确答案
(1)设小物体C从静止开始运动到A点时速度为v,由机械能守恒定律
mgh=mv2
设C与A碰撞粘在一起时速度为v′,由动量守恒定律
mv=(m+m)v′
求出v′=.
(2)设弹簧的劲度系数为k
开始时A处于平衡状态,设弹簧的压缩形变量为△x
对A有:k△x=mg
当A与C运动到最高点时,设弹簧拉伸形变量为△x′
对B有:k△x′=mg
由以上两式得,△x=△x′
因此在这两个位置时的弹簧弹性势能相等:E=E′.
对AC,从原平衡位置到最高点,根据机械能守恒定律得
E+(m+m)v′2=2mg(△x+△x′)+E′
解得k=.
答:(1)A与C一起开始向下运动时的速度大小v′=.
(2)弹簧的劲度系数k=.
如图所示,在离地面H=5.45m的O处用长L=0.45m的不可伸长的细线挂一质量为90g的爆竹(火药质量忽略不计),把爆竹拉起至D点使细线水平伸直,点燃导火线后将爆竹无初速度释放,爆竹刚好到达最低点B时炸成质量相等的两块,一块朝相反方向水平抛出,落到地面上的A处,抛出的水平距离s=5m.另一块仍系在细线上继续做圆周运动通过最高点C.假设火药爆炸释放的能量全部转化为爆竹碎片的动能,空气阻力忽略不计,取g=10m/s2,求:
(1)爆炸瞬间反向抛出的那一块的水平速度v1的大小;
(2)继续做圆周运动的那一块通过最高点时的细线的拉力T的大小.
(3)火药爆炸释放的能量E.
正确答案
(1)设爆竹的总质量为2m,刚好到达B时的速度为v,爆炸后抛出的那一块的水平速度为v1,做圆周运动的那一块的水平速度为v2,则对做平抛运动的那一块有:
H-L=gt2,s=v1t,带入数据,得:v1=5m/s
(2)爆竹从D点运动到B点的过程中机械能守恒,所以有2mgL=×2mv2,
爆竹爆炸前后动量守恒,所以有2mv=mv2-mv1,解得:v2=11m/s
设做圆周运动的那块通过最高点时的速度为vc,由机械能守恒定律可得:mv22=
mvc2+2mgL;
设最高点时线对爆竹的拉力为T,则由牛顿第二定律可得:T+mg=m
联立以上各式,解得:T=9.85N
(3)火药爆炸释放的能量为:E=mv12+
mv22-2mgL=2.88J
答:(1)爆炸瞬间反向抛出的那一块的水平速度v1的大小为5m/s;
(2)继续做圆周运动的那一块通过最高点时的细线的拉力T的大小9.85N.
(3)火药爆炸释放的能量E为2.88J.
如图所示,质量m=20kg的物体以水平速度v0=5m/s滑上静止在水平地面的平板小车的左端。小车质量M=80kg,物体在小车上滑行一段距离后相对于小车静止。已知物体与平板间的动摩擦因数μ=0.8,小车与地面间的摩擦可忽略不计,g取10m/s2,求:
(1)物体相对小车静止时,小车的速度大小;
(2)整个过程中系统产生的热量;
(3)小车在地面上滑行的距离。
正确答案
(1)1m/s(2)200J(3)0.25m
试题分析:(1)将物体与小车看作一个系统,小车与地面间的摩擦可忽略不计,所以系统动量守恒。相对于小车静止即小车与物体速度相同,即,所以此刻速度为1m/s
(2)
(3)根据,
则x=0.25m
点评:本题考查了利用动量守恒定律计算物体的共同速度,并通过能量守恒定律计算损失的能量。
用长l=1.6m的轻绳悬挂一质量为M=1.0kg的木块(可视为质点)。一颗质量m=10g的子弹以水平速度v0=500m/s沿水平方向射穿木块,射穿后的速度v=100m/s,子弹与木块的作用时间极短,如图所示。g=10m/s2。求:
(1)在子弹打击木块的过程中系统(子弹与木块)产生的内能Q。
(2)打击后,木块上摆的最大高度H。
(3)子弹射穿木块后的瞬间,木块所受绳的拉力T。
正确答案
(1) ①
②
(2) ③
④
(3) ⑤
略
如图所示,BC是半径为R的1/4圆弧形光滑绝缘轨道,轨道位于竖直平面内,
其下端与水平绝缘轨道平滑连接,接个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E。现有一质量为m的带电小滑块甲(体积很小可视为质点),在BC轨道的D点释放后静止不动。
已知OD与竖直方向的夹角为=37°,随后把它从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.25,且tan37°=0.75。求:
(1) 滑块甲的带电量q1和电性;
(2) 滑块下滑通过B点时的速度大小vB;
(3) 水平轨道上A、B两点之间的距离L:
(4) 现在B处放置一个质量与甲相同的带电滑块乙:然后还让甲从C点由静止释放,在B点与刚由静止释放的乙发生碰撞,碰后粘合在一起沿水平轨道上做匀速运动。忽略甲、乙之间的静电力作用,求碰后的共两速度v和碰前乙滑块的带电量q2及电性。
正确答案
(1) 静止在D处时甲的受力如图,可知甲应带正电,并且有:
——————————(2分)
(带正电) ————(2分)
(2) 小滑块从C到B的过程中,只有重力和电场力对其做功,设滑块通过B点时的速度为
vB,根据动能定理有:
————————(2分)
解得: ————————(2分)
(3) 甲从C经直到A的过程中,重力做正功,电场力和摩擦力做负功。则由动能定理有:
一一-一一一一-一一-(2分)
解得: —一-——————(2分)
(4) 碰撞中,甲、乙系统动量守恒: mvB="2m " 一一(2分)
————————(1分)
由于碰后能做匀速运动,说明电场力方向向右,可知碰后的整体带负电,即知碰前
乙应该带负电。 ——————————————(1分)
碰后的整体受力平衡; 一一一(2分)
————————(2分)
略
扫码查看完整答案与解析