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题型:简答题
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简答题

如图所示,一质量为m的光滑弧形槽固定在光滑水平面上,弧形槽的高为h,一质量为m的物块B静止放在光滑水平面上O点,B上连一轻弹簧,现让一质量也为m的物块从弧形槽的顶端由静止下滑,问:

(1)弹簧能获得的最大弹性势能多大?

(2)若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为多大?

正确答案

解:(1)物块A下滑过程,机械能守恒,

由机械能守恒定律得:mgh=mv12

A、B速度相等时,弹簧弹性势能最大,以向右为正方向,

A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv1=(m+m)v2

由机械能守恒定律得:EP1=mv12-•(m+m)v22

解得:EP1=mgh;

(2)弧形槽不固定,物块A下滑过程,物块A与弧形槽系统机械能守恒,在水平方向动量守恒,

以向右为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得:mv3-mv4=0,

由机械能守恒定律得:mv32+mv42=mgh,

A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv3=(m+m)v5

由机械能守恒定律得:EP2=mv32-•(m+m)v52

解得:EP2=mgh;

答:(1)弹簧能获得的最大弹性势能为mgh;

(2)若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为mgh.

解析

解:(1)物块A下滑过程,机械能守恒,

由机械能守恒定律得:mgh=mv12

A、B速度相等时,弹簧弹性势能最大,以向右为正方向,

A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv1=(m+m)v2

由机械能守恒定律得:EP1=mv12-•(m+m)v22

解得:EP1=mgh;

(2)弧形槽不固定,物块A下滑过程,物块A与弧形槽系统机械能守恒,在水平方向动量守恒,

以向右为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得:mv3-mv4=0,

由机械能守恒定律得:mv32+mv42=mgh,

A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv3=(m+m)v5

由机械能守恒定律得:EP2=mv32-•(m+m)v52

解得:EP2=mgh;

答:(1)弹簧能获得的最大弹性势能为mgh;

(2)若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为mgh.

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简答题

在足够高的光滑水平台面上静置一质量为m的木板A,在木板的右端静置一质量为4m可视为质点的小物体B,A、B间的滑动摩擦系数μ=0.25,且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.离A右端足够远的平台边缘有一光滑定滑轮,用不可伸长的轻绳绕过定滑轮连接A和质量也为m的物体C,现由静止释放C,当它自由下落L时轻绳绷紧.当B与A相对静止时刚好到达A的左端.若重力加速度为g,不计空气阻力,不考虑A与滑轮碰撞及之后的情形.

(1)求轻绳绷紧后瞬间物体C的速度大小;

(2)求木板A的长度;

(3)若物体B带有一定量的正电,其电荷量恒为q,轻绳刚绷紧的瞬间在空间加一水平向右的匀强电场,在保证物体B能滑离木板A的情况下求A、B间摩擦生热的最大极限值.

正确答案

解:(1)自由释放C至轻绳绷紧前瞬间,由机械能守恒,得:

   mgL=,v0=

绳绷紧前、后瞬间A、C组成的系统,内力远大于外力,系统的动量守恒,则有:mv0=2mv,

得 v=

(2)绳绷紧后,对A和C系统有:mg-4μmg=2ma1,μ=0.25

可得 a1=0,二者匀速运动

对B,有 4μmg=4ma2,得 a2=0.25g,匀加速运动.

从绳绷紧至二者共速 a2t=v,t==2

A板的长度即为二者相对位移大小,LA=xA-xB=vt-=L

(3)经分析,A、B共速后能使B相对A向右运动的最小对应最大的产热.临界情形下,B与A加速度相同,且二者之间的摩擦力为最大静摩擦力

对B:qE-4μmg=4ma

对AC:mg+4μmg=2ma

得a=g,E=

绳绷紧至A、B共速前,A仍v匀速运动,对B

  qE+4μmg=4ma2

  a2′t′=v

二者相对位移△x=vt′-=

之后,B又从A的右端滑出,所以全程摩擦产热 Qmax=4μmg•△x=mgL

答:

(1)轻绳绷紧后瞬间物体C的速度大小是

(2)木板A的长度为L;

(3)A、B间摩擦生热的最大极限值是mgL.

解析

解:(1)自由释放C至轻绳绷紧前瞬间,由机械能守恒,得:

   mgL=,v0=

绳绷紧前、后瞬间A、C组成的系统,内力远大于外力,系统的动量守恒,则有:mv0=2mv,

得 v=

(2)绳绷紧后,对A和C系统有:mg-4μmg=2ma1,μ=0.25

可得 a1=0,二者匀速运动

对B,有 4μmg=4ma2,得 a2=0.25g,匀加速运动.

从绳绷紧至二者共速 a2t=v,t==2

A板的长度即为二者相对位移大小,LA=xA-xB=vt-=L

(3)经分析,A、B共速后能使B相对A向右运动的最小对应最大的产热.临界情形下,B与A加速度相同,且二者之间的摩擦力为最大静摩擦力

对B:qE-4μmg=4ma

对AC:mg+4μmg=2ma

得a=g,E=

绳绷紧至A、B共速前,A仍v匀速运动,对B

  qE+4μmg=4ma2

  a2′t′=v

二者相对位移△x=vt′-=

之后,B又从A的右端滑出,所以全程摩擦产热 Qmax=4μmg•△x=mgL

答:

(1)轻绳绷紧后瞬间物体C的速度大小是

(2)木板A的长度为L;

(3)A、B间摩擦生热的最大极限值是mgL.

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(选修模块3-5)

(1)以下有关近代物理内容的若干叙述中,正确的是:______

A、一束光照射到某金属表面时,能发生光电效应,此时若减弱照射光的强度,则很有可能不能发生光电效应

B、物质波既是一种电磁波,又是一种概率波

C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增加,电势能减小

D、在核聚变反应中,由于要释放能量,发生质量亏损,所以聚变后的原子的总质量数要减少

(2)第一代核反应堆以铀235为裂变燃料,而在天然铀中占99%的铀238不能被利用,为了解决这个问题,科学家们研究出快中子增殖反应堆,使铀238变成高效核燃料.在反应堆中,使用的核燃料是钚239,裂变时释放出快中子,周围的铀238吸收快吕子后变成铀239,铀239()很不稳定,经过______次β次衰变后变成钚239(),写出该过程的核反应方程式:______

(3)如图所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视为质点,质量分别为m和3m.Q与轻弹簧相连,若Q静止,P以某一速度v向Q运动,并与弹簧发生碰撞.求P、Q速度相等时两者的速度是多大?此时弹簧弹性势能多大?

正确答案

解:(1)A、只要入射光的频率大于金属的极限频率,金属板就会发生光电效应,和光照强度无关,故A错误;

B、物质波是种概率波,不是电磁波,故B错误;

C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,电子到达低轨道,电子的动能增加,电势能减小,故C正确;

D、由质量亏损可知,核反应时核子数不变,而是核子的平均质量发生改变,故D错误;

故选C.

(2)在衰变中每次放出一个电子,由质量数和电荷数守恒可知,应有两次衰变,方程为:92239U→94239Pu+2-10e

(3)由动量守恒:mv=(m+3m)v1得,v1=

则Ep=mv2-×4m=

故答案为:(1)C;(2)两;92239U→94239Pu+2-10e;(3)

解析

解:(1)A、只要入射光的频率大于金属的极限频率,金属板就会发生光电效应,和光照强度无关,故A错误;

B、物质波是种概率波,不是电磁波,故B错误;

C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,电子到达低轨道,电子的动能增加,电势能减小,故C正确;

D、由质量亏损可知,核反应时核子数不变,而是核子的平均质量发生改变,故D错误;

故选C.

(2)在衰变中每次放出一个电子,由质量数和电荷数守恒可知,应有两次衰变,方程为:92239U→94239Pu+2-10e

(3)由动量守恒:mv=(m+3m)v1得,v1=

则Ep=mv2-×4m=

故答案为:(1)C;(2)两;92239U→94239Pu+2-10e;(3)

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简答题

一只质量为m=50克的青蛙静止于平静的水面上的质量为M=400克的荷叶上,当它发现一只飞虫时立即以2米/秒的水平速度跳向飞虫,不计水的阻力,则:

①荷叶瞬间以多大的速度后退?

②青蛙瞬间所做的功为多少?

正确答案

解:①蜻蜓与荷叶组成的系统水平方向动量守恒,以蜻蜓的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mv1-Mv2=0,解得:v2=0.25 m/s.

②青蛙所做的功等于系统增加的机械能,

蜻蜓做功:W=mv+mv,解得:W=0.1125J.

答:①荷叶瞬间以0.25m/s的速度后退;

②青蛙瞬间所做的功为0.1125J.

解析

解:①蜻蜓与荷叶组成的系统水平方向动量守恒,以蜻蜓的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mv1-Mv2=0,解得:v2=0.25 m/s.

②青蛙所做的功等于系统增加的机械能,

蜻蜓做功:W=mv+mv,解得:W=0.1125J.

答:①荷叶瞬间以0.25m/s的速度后退;

②青蛙瞬间所做的功为0.1125J.

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如图所示,光滑水平面上放有A、B、C三个物块,其质量分别为mA=2.0kg,mB=mC=1.0kg,用一轻弹簧固接A、B两物块,B、C只是靠在一起.现用力压缩弹簧使三物块靠近,此过程外力做功72J,然后释放,求:

(1)释放后物块B对物块C一共做了多少功?

(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为多大?

正确答案

解:(1)释放后,在弹簧恢复原长的过程中B和C和一起向左运动,当弹簧恢复原长后B和C的分离,所以此过程B对C做功.选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中动量守恒(取向右为正向):

mAvA-(mB+mC)vC=0①

系统能量守恒:mAvA2+(mB+mC)vC2=W=72J ②

∴B对C做的功:W′=mCvC2

联立①②③并代入数据得:W′=18J.

(2)B和C分离后,选取A、B为一个系统,当弹簧被压缩至最短时,弹簧的弹性势能最大,此时A、B具有共同速度v,取向右为正向由动量守恒:

mAvA-mBvB=(mB+mA)v   (vB=vC)  ④

弹簧的最大弹性势能:Ep=mAvA2+mBvB2-(mB+mA)v ⑤

联立①②④⑤并代入数据得:Ep=48J

答:(1)释放后物块B对物块C一共做了18J功.

(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为48J.

解析

解:(1)释放后,在弹簧恢复原长的过程中B和C和一起向左运动,当弹簧恢复原长后B和C的分离,所以此过程B对C做功.选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中动量守恒(取向右为正向):

mAvA-(mB+mC)vC=0①

系统能量守恒:mAvA2+(mB+mC)vC2=W=72J ②

∴B对C做的功:W′=mCvC2

联立①②③并代入数据得:W′=18J.

(2)B和C分离后,选取A、B为一个系统,当弹簧被压缩至最短时,弹簧的弹性势能最大,此时A、B具有共同速度v,取向右为正向由动量守恒:

mAvA-mBvB=(mB+mA)v   (vB=vC)  ④

弹簧的最大弹性势能:Ep=mAvA2+mBvB2-(mB+mA)v ⑤

联立①②④⑤并代入数据得:Ep=48J

答:(1)释放后物块B对物块C一共做了18J功.

(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为48J.

下一知识点 : 动量守恒定律的应用
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