- 动量守恒定律
- 共6910题
(1)已知金属钙的逸出功为2.7eV,氢原子的能级图如图A所示,一群氢原子处于量子数n=4能级状态,则______
A.氢原子可能辐射6种频率的光子
B.氢原子可能辐射5种频率的光子
C.有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D.有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
(2)质量为m1=1.0kg和m2(未知)的两个物体在光滑的水平面上正碰,碰撞时间不计,其x~t(位移-时间)图象如图B所示,试通过计算回答下列问题
①m2等于多少千克?
②碰撞过程是弹性碰撞还是非弹性碰撞?
正确答案
(1)A、B根据公式=
=6知,这群氢原子可能辐射6种频率的光子.故A正确,B错误.
C、Dn=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV,n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV,n=4跃迁到n=2辐射的光子能量为2.55eV,均小于逸出功,不能发生光电效应,其余3种光子能量均大于2.7eV,所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使钙发生光电效应.故C正确、D错误.
故选AC
(2)①碰撞前m2是静止的,m1的速度为 v1=4m/s
碰后m1的速度为 v1′=-2m/s
m2的速度 v2′=2m/s
根据动量守恒定律有m1v1=m1v1′+m2v2′
1×4=1×(-2)+m2×2
m2=3kg
②碰前总动能 Ek1+Ek2=×1×42+0=8J
碰后总动能 E′k1+E′k2=×1×(-2)2+
×3×22=8J
碰撞前后机械能守恒故是弹性碰撞.
故答案为:(1)AC
(2)①m2等于3kg千克.
②碰撞过程是弹性碰撞.
质量为M的小车,如图5-11所示,上面站着一个质量为m的人,以v0的速度在光滑的水平面上前进。现在人用相对于小车为u的速度水平向后跳出后,车速增加了多少?
正确答案
【错解分析】 错解一:把人和车作为一个系统,水平方向不受外力,所以水平方向动量守恒,设人跳出后,车速增加为△v,以V0方向为正方向,由动量守恒定律:
(M+m)v0=M(v0+△v)-mu
错解二:以人和车作为一个系统,因为水平方向不受外力、所以水平方向动量守恒。设人跳出后,车速增加为△v,以v0方向为正方向。人相对于地的速度为(u-v0),由动量守恒定律:
(M+m)v0=M(v0+△v)-m(u-v0)
错解一的主要问题在于没有把所有的速度都换算成同一惯性参考系中的速度。因为题目中给出的v0是初状态车对地的速度,而人跳车时的速度u指的是对车的速度,在列动量守恒方程时,应把人跳车的速度变换成人对地的速度才可以运算。
错解二的主要问题是虽然变换了参考系,但忽略了相对速度的同一时刻性,即人跳车时,车的速度已经由v0变换成(v0+△v)了。所以,人相对于地的速度,不是(v-v0)而应为[u-(v0+△v)]。
【正确解答】 以人和车作为一个系统,因为水平方向不受外力,所以水平方向动量守恒。设人跳出后,车对地的速度增加了△v,以v0方向为正方向,以地为参考系。由动量守恒定律:
(M+m)v0=M(v0+△v)-m[u-(v0+△v)]
【小结】 (1)在应用动量守恒定律时,除注意判断系统受力情况是否满足守恒条件外,还要注意到相对速度问题,即所有速度都要是对同一参考系而言。一般在高中阶段都选地面为参考系。同时还应注意到相对速度的同时性。
(2)选取不同的参考系,解题方法有繁有简,以此题为例,若选取车作为参考系.则人与车组成的系统初态动量为零,末态动量为:M△v-m(u-△v),由动量守恒定律:
0=M△v-m(u-△v)
题中,增加的速度与车原来的速度v0无关。第二种解法显然比第一种要简捷得多。
(1)下列说法正确的是
A.居里夫妇发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
B.根据玻尔理论可知,氢原子辐射出一个光子后,氢原子的电势能减小,核外电子的运动速度增大
C.原子核的半衰期由核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关
D.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,揭示了原子核的组成
E.赫兹在实验时无意中发现了一个使光的微粒理论得以东山再起的重要现象--光电效应
(2)2005年7月4日13时52分,美国宇航局“深度撞击”号探测器释放的撞击器“击中”目标--坦普尔1号彗星,这次撞击只能使该彗星自身的运行速度出现1×10-7m/s的改变.探测器上所携带的重达370kg的彗星“撞击器”将以3.6×104km/h的速度径直撞向彗星的彗核部分,撞击彗星后融化消失.根据以上数据,估算一下彗星的质量是多少?(保留两位有效数字)
正确答案
(1)A、贝克勒尔 发现了铀和含铀矿物的天然放射现象,故A错误.
B、氢原子辐射出一个光子后,从高能级向低能级跃迁,氢原子的能量减小,轨道半径减小,电子速率增大,动能增大,由于氢原子能量减小,则氢原子电势能减小.故B正确
C、原子核的半衰期由核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关,故C正确
D、卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究提出了原子核式结构模型,故D错误
E、赫兹在实验时无意中发现了一个使光的微粒理论得以东山再起的重要现象--光电效应,故E正确.
故选BCE.
(2)以彗星和撞击器组成的系统为研究对象,设彗星的质量为M,初速度为v1,撞击器质量m=3.7×102kg,速度v2=3.6×104km/h=1.0×104m/s,撞击后速度为v
由动量守恒定律得:Mv1-mv2=(M+m)v
由于M远大于m,所以,上式可以化为:Mv1-mv2=Mv
解得:M=
由题给信息知,撞击后彗星的运行速度改变了1.0×10-7m/s,即v1-v=1.0×10-7m/s
代入数据,解得M≈3.7×1013kg
故答案为:(1)BCE
(2)彗星的质量是3.7×1013kg
如图所示,在光滑水平地面上,有两个光滑的直角三形木块A和B,底边长分别为a、b,质量分别为M、m,若M = 4m,且不计任何摩擦力,当B滑到底部时,A向后移了 距离?
正确答案
(a-b)/5
此题为人船模型问题,AB两木块水平方向动量守恒,设A向后移动的距离为x,则B向前移动距离为a-b-x,所以有,解得
故答案为:
A、B两块质量相同的物体,置于光滑水平面上,开始时B处于静止状态,A以速度v0沿A、B连线方向向B运动并与B碰撞后一起共同前进.现将B换成质量是原来两倍的物体,其他条件不变,碰后一起以共同速度前进.求A、B碰撞过程中,前后两种情况下,B对A的冲量大小之比为__________.
正确答案
3∶4
第一次由系统动量守恒得:mv0=2mv1,对A由动量定理得:-I1=mv1-mv0,同理,第二次有:mv0=3mv2,以及-I2=mv2-mv0,解之得:
I1∶I2=3∶4.
如图所示,在光滑的平面上停着一辆质量为M=10kg的平板小车,在小车的A处,放有质量为m=5kg的小物块,现给物块一个I=30N·s的瞬时冲量,物块便在平板车上滑行,与固定在平板车上的弹簧作用,又弹回,最后刚好回到A处,与车保持相对静止,物块与平板间动摩擦因数μ=0.04.求:
①小物块相对平板滑行的最大距离为多少?
②弹簧在压缩过程中所具有的最大弹性势能为多少?
③平板车获得速度最大时弹簧对车的弹力和车受到的摩擦力的大小各为多少?方向如何?
正确答案
(1)15m (2)30J (3)2.0N ,方向相反
两个质量都是M=0.4kg的砂箱A、B并排放在光滑的水平桌面上,一颗质量为m=0.1kg的子弹以v0=140m/s的水平速度射向A,如题7图所示.射穿A后,进入B并同B一起运动,测得A、B落点到桌边缘的水平距离SA:SB=1:2,求:
(1)沙箱A离开桌面的瞬时速度;
(2)子弹在砂箱A、B中穿行时系统一共产生的热量Q.
正确答案
(1)在子弹穿过A进入B的过程中,AB和子弹组成的系统满足动量守恒定律,设A、B离开桌面的瞬时速度分别为vA、vB,规定子弹初速度方向为正,则有:
mv0=MvA+(m+M)vB …①
离开桌面后,A、B分别做平抛运动,则vA:vB=SA:SB …②
联立①②并代入数据解得:vA=10m/s,vB=20m/s
(2)子弹在砂箱A、B中穿行的过程,系统满足能量守恒则:
Q=m
-
M
-
(m+M)
…③
代入数据解得:Q=860J
答:(1)沙箱A离开桌面的瞬时速度为10m/s;
(2)子弹在砂箱A、B中穿行时系统一共产生的热量Q为860J.
把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接,中间夹一被压缩了的轻弹簧,置于光滑的水平桌面上,如图所示.烧断细线,观察两球的运动情况,进行必要的测量,验证物体间相互作用时动量守恒.
(1)还必须添加的器材是:_____________________________________________________.
(2)需直接测量的数据是:_____________________________________________________.
(3)用所得数据验证动量守恒定律的关系式是_____________________________________.
正确答案
(1)刻度尺、天平、重垂线、复写纸、白纸
(2)两球的质量m1、m2和两球做平抛运动的水平位移s1、s2
(3)m1s1=m2s2
由动量守恒得m1v1-m2v2=0
而v1= v2=
,得m1s1=m2s2.
在水平光滑直导轨上,静止放着三个质量均为m=1 kg的相同小球A、B、C.现让A球以v0=2 m/s的速度向着B球运动,A、B两球碰撞后粘在一起,两球继续向右运动并跟C球碰撞,C球的最终速度vC=1 m/s.求:
(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度为多大?
(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能?
正确答案
(1)1 m/s(2) 1.25 J
本题考查动量守恒定律,首先判断碰撞前后动量守恒,碰撞后粘合为一个整体,列式求解
(1)A、B相碰满足动量守恒:
mv0=2mv1 2分
得两球跟C球相碰前的速度v1=1 m/s 1分
(2)两球与C碰撞同样满足动量守恒:2mv1=mvC+2mv2 2分
得两球碰后的速度v2=0.5 m/s.
两次碰撞过程中一共损失的动能为
ΔEk= 2分
ΔEk=1.25 J 1分
质量为2 kg的木块静止在光滑的水平面上,一颗质量为0.02 kg的子弹以500 m/s的速度从水平方向射入木块,射穿木块后子弹速度为100 m/s.求木块获得的速度大小.
正确答案
4 m/s
以子弹和木块为系统,水平方向不受外力,满足水平方向动量守恒的条件.设木块获得的速度大小为v,则
Mv=m(v1-v1′)
v= m/s="4" m/s.
如图所示,光滑水平面上A、B两小车质量都是M,A车头站立一质量为m的人,两车在同一直线上相向运动.为避免两车相撞,人从A车跃到B车上,使得A车停止运动,B车获得反向速度v0,试求:
①两小车和人组成的系统的初动量大小;
②为避免两车相撞,且要求人跳跃速度尽量小,则人跳上B车后,A车的速度多大?
正确答案
①②
①由动量守恒定律可知,系统的初动量大小
…………(2分)
②为避免两车恰好不会发生碰撞,最终两车和人具有相同速度(设为v),则
…………(3分)
解得 …………(2
本题考查动量守恒定律的应用,在碰撞过程中系统动量守恒,初动量等于末动量大小,为避免两车恰好不会发生碰撞,最终两车和人具有相同速度,由系统前后动量守恒可列式求解
放在光滑水平面上的物体A和B之间用一个弹簧相连,一颗水平飞行的子弹沿着AB连线击中A,并留在其中,若A、B、子弹质量分别为mA、mB、m,子弹击中A之前的速度为v0,要求求解以后过程中弹簧的最大弹性势能。
某同学给出了如下的解题过程:
三者速度相等时弹性势能最大,由动量守恒得:
还列出了能量守恒方程:
并据此得出结论。你认为这位同学的解题过程正确吗?
如正确,请求出最大弹性势能的表达式;如果错误,请你书写正确的求解过程并解出最大弹性势能.
正确答案
.解:解题过程错误。(1分)
三者速度相等时弹性势能最大,由动量守恒得:(2分)
子弹打击A的过程动量守恒: (2分)
打击完成后由能量守恒得: (2分)
(1分)
如图14所示,两个完全相同的质量为m的木板A、B置于水平地面上,它们的间距s="2.88m." 质量为2m、大小可忽略的物块C置于A板的左端。C与A之间的动摩擦因数为 μ1=0.22,A、B与水平地面之间的动摩擦因数为μ2=0.10,最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。开始时,三个物体处于静止状态,现给C施加一个水平向右,大小为的恒力F,假定木板A、B碰撞时间极短且碰撞后粘连在一起。要使C最终不脱离木板,每块木板的长度至少应为多少?
正确答案
0.3 m
略
A物体的质量为m,B物体的质量为2m,它们在同一直线上运动且发生正碰,碰撞前A和B的动量大小相等,碰撞后A的速度方向不变,但动量大小变为原来的一半.则碰撞后A、B的速度方向_________(填“相同”或“相反”),其大小之比vA′∶vB′=_________.
正确答案
相同 2∶3
以物体A的运动方向为正方向,由系统动量守恒得:(1)若相向碰撞,则有:0=mvA/2+2mvB′,
所以vB′=-vA/4,负号表示与原方向相反,说明物体A“跳”到了B的前面,这是不可能的;
(2)若做同向的运动,相碰过程中,系统仍然由动量守恒定律得:2mvA=mvA/2+2mvB′
所以vB′=3vA/4,故有vA′∶vB′=2∶3.由于是同一方向上的碰撞,故碰前、碰后的动量方向相同.
质量为4.9kg的砂袋静置于光滑水平面上,如果连续有5颗质量为20g的子弹均以300m/s的水平速度沿同一水平方向射入砂袋并留在其中,求
①子弹打入砂袋后,砂袋的速度大小?
②此过程中产生多少焦耳的热量?
正确答案
① ②
①对子弹和沙袋构成的系统动量守恒, 5mV0=(M+5m)V,所以,V=
②此过程中产生的热量就是系统减少的动能得 Q=
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