- 动量守恒定律
- 共5880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:Ekα=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为,动能Eka为
;
(2)衰变后Y核的速率υy为=,动能Eky为
;
(3)衰变前X核的质量Mx为m+M+(
+
).
如图所示,质量为m1、带电荷量为+q的金属球a和质量为m2=m1、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°。
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.
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.
〔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A、B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,B与C发生碰撞后粘合在一起运动,求:
①B、C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,B、C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B、C碰撞后的瞬间速度为v1,根据动量守恒定律有
mBv0=(mB+mC)v1 (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,B、C整体的速度为vBC,根据动量守恒定律有
mAv0+mBv0=(mB+mC)vBC (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,B、C整体的速度为4m/s,此时弹簧正好处于原长。(1分)
扫码查看完整答案与解析