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简答题

处于静止状态的某原子核X,发生α衰变后变成质量为M的原子核Y,被释放的α粒子垂直射人磁感强度为B的匀强磁场中,测得其圆周与运动的半径为r,设α粒子质量为m,质子的电量为e,试求:

(1)衰变后α粒子的速率υa和动能Eka

(2)衰变后Y核的速率υy和动能Eky

(3)衰变前X核的质量Mx

正确答案

(1)α粒子在匀强磁场中做圆周与运动所需的向心力同洛仑兹力提供,

即Bqv=m,α粒子的带电量为q=2e

所以α粒子的速率:vα=

动能:E=mv=

(2)由动量守恒mvα-Mvy=0

所以vy=

Eky=Mv=

(3)由质能方程:△E=△mc2

而△E=Ekx+Eky

所以△m=+

衰变前X核的质量:Mx=m+M+△m=m+M++).

答:(1)衰变后α粒子的速率υa,动能Eka

(2)衰变后Y核的速率υy为=,动能Eky

(3)衰变前X核的质量Mx为m+M++).

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简答题

如图所示,质量为m1、带电荷量为+q的金属球a和质量为m2m1、带电荷量为+q的金属球b用等长的绝缘轻质细线吊在天花板上,它们静止时刚好接触,并且ab接触处贴一绝缘纸、使ab碰撞过程中没有电荷转移,在PQ左侧有垂直纸面向里磁感应强度为B的匀强磁场,在PQ右侧有竖直向下的匀强电场、场强大小为E=。现将球b拉至细线与竖直方向成θ=53°的位置(细线刚好拉直)自由释放,下摆后在最低点与a球发生弹性碰撞。由于电磁阻尼作用,球a将于再次碰撞前停在最低点,求经过多少次碰撞后悬挂b的细线偏离竖直方向的夹角小于37°?

正确答案

经过4次碰撞b球偏离竖直方向的夹角将小于37°。

设b球第一次到最低点时速度大小为V1,从自由释放到最低点的过程中,对b应用动能定理有(细线长度为L):     ① 

b球从最低点(设速度为V0)运动到细线偏离竖直方向夹角φ=37°的过程中,对b应用动能定理有:

    ②  即①/②得:V0=0.707V1      ③ 

a和b在最低点发生弹性碰撞,设碰前b的速度为V,碰后a和b的速度分别为V2、V3,对a和b在碰撞过程中应用动量守恒和能量转化守恒有:m2V=m1V2+m2V3          ④           

 ⑤     ④⑤联立解得V3=-0.9V    ⑥       

由此可知b球碰后速度总是碰前速度的0.9倍。

ab第1次碰后b球的速度为V11=0.9 V1>V0                       ⑦        

ab第2次碰后b球的速度为V12=0.92 V1=0.81 V1>V0         ⑧    

ab第3次碰后b球的速度为V12=0.93 V1=0.729 V1>V0        ⑨    

ab第4次碰后b球的速度为V12=0.94 V1=0.6561 V1<V0      ⑩  

所以经过4次碰撞b球偏离竖直方向的夹角将小于37°。

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光滑水平轨道上有三个木块A、B、C,质量分别为mA=4m,mB=mC=m,开始时B、C均静止,A以初速度v0向右运动,A与B相撞后分开,B又与C发生碰撞并粘在一起,此后C与A间的距离保持不变,求B与C碰撞前B的速度大小.

正确答案

设A与B碰撞后,A的速度为vA,B与C碰撞前B的速度为vB,B与C碰撞后粘在一起的速度为v,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

对A、B木块:mAv0=mAvA+mBvB…①

对B、C木块:mBvB=(mB+mC)v…②

由A与B间的距离保持不变可知:

vA=v…③

联立①②③式,代入数据得:vB=v0

答:B与C碰撞前B的速度大小是v0

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质量为m=1.0kg的物块A以v0=4.0m/s速度沿粗糙水平面滑向静止在水平面上质量为M=2.0kg的物块B,物块A和物块B碰撞时间极短,碰后两物块粘在一起.已知物块A和物块B均可视为质点,两物块间的距离为L=1.75m,两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.20,重力加速度g=10m/s2.求:

(1)物块A和物块B碰撞前的瞬间,物块A的速度v大小;

(2)物块A和物块B碰撞的过程中,物块A对物块B的冲量I;

(3)物块A和物块B碰撞的过程中,系统损失的机械能△E.

正确答案

(1)物块A运动到和物块B碰撞前的瞬间,根据动能定理得:

-μmgL=mv2-m

-0.2×1×10×1.75=×1×v2-×1×42

解得:v=3m/s

(2)以物块A和物块B为系统,根据动量守恒得:

mv=(M+m)v1

v1==1m/s

以物块B为研究对象,根据动量定理得:

I=Mv1

解得:I=2×1=2N•s,方向水平向右

(3)以物块A和物块B为系统,根据能量守恒得:

△E=mv2-(M+m)

解得:△E=×1×32-×(1+2)×12=3J

答:(1)物块A和物块B碰撞前的瞬间,物块A的速度v大小是3m/s;

(2)物块A和物块B碰撞的过程中,物块A对物块B的冲量大小是2N•s,方向水平向右;

(3)物块A和物块B碰撞的过程中,系统损失的机械能是3J.

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〔物理选修3—5〕(15分)

(1)(5分)下列说法中正确的是      (填入选项前的字母,有填错的不得分)

(2)(10分)光滑水平面上,用弹簧相连接的质量均为2 kg的AB两物体都以v0=6m/s速度向右运动,弹簧处于原长。质量为4 kg的物体C静止在前方,如图所示,BC发生碰撞后粘合在一起运动,求:

BC碰撞刚结束时的瞬时速度;

②在以后的运动过程中,物体A是否会有速度等于零的时刻?试通过定量分析,说明你的理由。

正确答案

(1)AD

(2)①v1=2m/s

②当A的速度为零时,BC整体的速度为4m/s,此时弹簧正好处于原长。

(1)AD 

(2)解析:①设BC碰撞后的瞬间速度为v1,根据动量守恒定律有

       mBv0=(mB+mCv1 (2分)            解得:v1="2m/s         " (1分)

②物体A会有速度等于零的时刻。(1分)说明理由如下:

设当A的速度为零时,BC整体的速度为vBC,根据动量守恒定律有

       mAv0+mBv0=(mB+mCvBC                             (2分)

解得:vBC="4m/s                              " (1分)

此时的弹性势能= (2分)

即当A的速度为零时,BC整体的速度为4m/s,此时弹簧正好处于原长。(1分)

下一知识点 : 动量守恒定律的应用
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