碰撞與動量守恒近代物理初步16

1、專題能力訓(xùn)練16碰撞與動量守恒近代物理初步(時間:45分鐘滿分:90分)1.(1)(5分)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量,該反應(yīng)方程為 12H+13H24He+x,式中x是某種粒子。已知:12H、13H、24He和粒子x的質(zhì)量分別為 2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u;1 u=931.5MeVc2,c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知,粒子x是,該反應(yīng)釋放出的能量為MeV(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (2)(10分)如圖所示,光滑水平面上靜置一長木板,長木板上表面的AB部分為光滑圓弧,BC部分為粗糙平面,AB與BC

2、平滑連接。小物體由A點靜止釋放,恰好未滑離木板。已知A點到BC的豎直高度為h,BC部分的長度為l,長木板的質(zhì)量為2m,小物體的質(zhì)量為m,求:小物體滑到B點時,二者的速度大小;BC部分與小物體間的動摩擦因數(shù)。2.(1)(多選)(5分)(2015·湖南長望瀏寧四縣調(diào)研)下列說法正確的是。 A.根據(jù)玻爾理論,氫原子在輻射光子的同時,軌道也在連續(xù)地減小B.放射性物質(zhì)的溫度升高,則半衰期減小C.用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核,不可能使氘核分解為一個質(zhì)子和一個中子D.某放射性原子核經(jīng)過2次衰變和一次衰變,核內(nèi)質(zhì)子數(shù)減少3個E.根據(jù)玻爾理論,氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能

3、級時,要釋放一定頻率的光子,同時電子的動能增大,電勢能減小(2)(10分)如圖所示,一個質(zhì)量為 m0=50 kg的運動員和質(zhì)量為 m=10 kg的木箱靜止在光滑水平面上,從某時刻開始,運動員以v0=3 m/s的速度向墻方向推出箱子,箱子與右側(cè)墻壁發(fā)生完全彈性碰撞后返回,當(dāng)運動員接到箱子后,再次重復(fù)上述過程,每次運動員均以v0=3 m/s的速度向墻方向推出箱子。求:運動員第一次接到木箱后的速度大小;運動員最多能夠推出木箱幾次?3.(1)(多選)(5分)(2015·山東滕州實驗中學(xué)期末)關(guān)于近代物理學(xué)的結(jié)論中,下面敘述中正確的是。 A.比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合的越牢固

4、B.衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的C.一個氘核(12H)與一個氚核(13H)聚變生成一個氦核(24He)的同時,放出一個中子D.按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時,電子的動能減小,原子總能量也減小E.質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3,質(zhì)子和中子結(jié)合成一個粒子,釋放的能量是(2m1+2m2-m3)c2(2)(10分)如圖所示,可看成質(zhì)點的A物體疊放在上表面光滑的B物體上,一起以v0的速度沿光滑的水平軌道勻速運動,與靜止在同一光滑水平軌道上的木板C發(fā)生完全非彈性碰撞,B、C的上表面相平且B、C不粘連,A滑上C后恰好能到達(dá)C板的最

5、右端,已知A、B、C質(zhì)量均相等,木板C長為L,求:A物體的最終速度;A在木板C上滑行的時間。4.(1)(多選)(5分)(2015·江西紅色六校聯(lián)考)以下有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述,正確的是。 A.紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠發(fā)生光電效應(yīng),則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時,從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B.有10個放射性元素的原子核,當(dāng)有5個原子核發(fā)生衰變所需的時間就是該放射性元素的半衰期C.氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,會輻射一定頻率的光子,同時氫原子的電勢能減小,電子的動能增大D.天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的E.重核的裂變和輕核的聚變過程都

6、有質(zhì)量虧損,都向外界放出核能(2)(10分)如圖所示,一質(zhì)量為m1=0.45 kg的平板小車靜止在光滑的水平軌道上。車頂右端放一質(zhì)量為m2=0.2 kg的小物塊,小物塊可視為質(zhì)點?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m0=0.05 kg 的子彈以水平速度v0=100 m/s射中小車左端,并留在車中,最終小物塊以5 m/s的速度與小車脫離。子彈與車相互作用時間很短。g取10 m/s2。求:子彈剛射入小車時,小車的速度大小;小物塊脫離小車時,小車的速度大小。5.(1)(多選)(5分)(2015·山東青島高三一模)下列說法正確的是。 A.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)B.氫原子從n=3的能級

7、向低能級躍遷時只會輻射出兩種不同頻率的光C.比結(jié)合能大的原子核分解成比結(jié)合能小的原子核時要吸收能量D.放射性元素每經(jīng)過一個半衰期,其質(zhì)量減少一半(2)(10分)(2015·山東泰安高三一模)如圖所示,長R=0.6 m的不可伸長的細(xì)繩一端固定在O點,另一端系著質(zhì)量m2=0.1 kg的小球B,小球B剛好與水平面相接觸?，F(xiàn)使質(zhì)量m1=0.3 kg的物塊A以v0=4 m/s的速度向B運動,A與水平面間的接觸面光滑。A、B碰撞后,物塊A的速度變?yōu)榕銮八查g速度的12,小球B能在豎直平面內(nèi)做圓周運動。已知重力加速度g取10 m/s2,A、B均可視為質(zhì)點。求:在A與B碰撞后瞬間,小球B的速度v2的大

8、小;小球B運動到圓周最高點時受到細(xì)繩的拉力大小。6.(1)(多選)(5分)(2015·河南洛陽統(tǒng)考)下列說法正確的是。 A.溫度越高,放射性元素的半衰期越長B.天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的C.湯姆孫通過粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)D.光的波長越大,光子的能量越小E.由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子(2)(10分)如圖所示,在平直軌道上P點靜止放置一個質(zhì)量為2m的物體A,P點左側(cè)粗糙,右側(cè)光滑,現(xiàn)有一顆質(zhì)量為m的子彈以v0的水平速度射入物質(zhì)A并和物體A一起滑上光滑平面,與前方靜止物體B發(fā)生彈性正碰后返回,在粗糙面滑行距離d停下。已知動摩擦因數(shù)為=

9、v0272gd,求:子彈與物體A碰撞過程中損失的機(jī)械能;B物體的質(zhì)量。參考答案1.答案:(1)01n(或中子)17.6(2)23gh33gh3hl解析:(1)熱核聚變的核反應(yīng)方程為 12H+13H 24He+01n,所以x為 01n(或中子)。E=mc2=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u)×931.5 MeV=17.6 MeV。(2)由動量守恒定律有0=mv1-2mv2由機(jī)械能守恒定律有mgh=12mv12+12×2mv22解得v1=23gh3,v2=3gh3。由動量守恒定律有0=3mv,解得v=

10、0由能量守恒定律有mgh=mgl解得=hl。2.答案:(1)CDE(2)1 m/s3次解析:(1)原子的軌道是不連續(xù)的,分立的,因此氫原子在輻射光子的同時,軌道在減小,但軌道是不連續(xù)地減小,選項A錯誤;半衰期是非常穩(wěn)定的,是由物質(zhì)本身的性質(zhì)決定的,與物體所處的環(huán)境沒有關(guān)系,選項B錯誤;結(jié)合能是把原子核分解成核子所需要的能量,靜止氘核要分解成核子,吸收的能量不但要使其分解,還要一部分能量轉(zhuǎn)化為分解的核子所具有的動能,所以能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核是不可能使其分解的,選項C正確;某放射性原子核經(jīng)過2次衰變時,核子中質(zhì)子減少2個,中子減少2個,當(dāng)再經(jīng)過一次衰變時,一個中子又轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子,因此

11、核內(nèi)質(zhì)子數(shù)減少3個,選項D正確;當(dāng)氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,要釋放一定頻率的光子,軌道半徑減小,根據(jù)kQqr2=mv2r,可知電子的動能增大,由于軌道半徑減小,因此電場力做正功,電勢能減小,選項E正確。(2)取水平向左為正方向,由系統(tǒng)動量守恒定律得第一次推出箱子過程:m0v1-mv0=0第一次接住箱子過程:m0v1+mv0=(m0+m)v1'解得v1'=2mv0m0+m=1 m/s;第二次推出箱子過程:(m0+m)v1'=m0v2-mv0第二次接住箱子過程:m0v2+mv0=(m0+m)v2'解得v2'=2×2mv0m0+m同

12、理可得第n次接住時獲得的速度為vn=n2mv0m0+m(n=1,2,3,)當(dāng)vn=n2mv0m0+mv0時,運動員不能接住箱子。解得n3,則運動員最多能夠推出箱子3次。3.答案:(1)BCE(2)34v04Lv0解析:(1)比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定,故選項A錯誤;衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生,故選項B正確;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知:一個氘核(12H)與一個氚核(13H)聚變生成一個氦核(24He)的同時,放出一個中子,選項C正確;按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時,電子的動能減小,原子總能量增大,選項

13、D錯誤;根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3,質(zhì)子和中子結(jié)合成一個粒子,釋放的能量是(2m1+2m2-m3)c2,選項E正確。(2)設(shè)A、B、C的質(zhì)量為m,B、C碰撞過程中動量守恒,令B、C碰后的共同速度為v1,則mv0=2mv1,解得v1=v02,B、C共速后A以v0的速度滑上C,A滑上C后,B、C脫離,A、C相互作用過程中動量守恒,設(shè)最終A、C的共同速度為v2,則mv0+mv1=2mv2,解得v2=3v04。在A、C相互作用過程中,根據(jù)功能關(guān)系有FfL=12mv02+12mv12-122mv22(Ff為A、C間的摩擦力),代入解得Ff=mv0216L此過程中對

14、C,根據(jù)動量定理有Fft=mv2-mv1代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得t=4Lv0。4.答案:(1)CDE(2)10 m/s8 m/s解析:(1)紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠發(fā)生光電效應(yīng),根據(jù)光電效應(yīng)方程,最大初動能與入射光的頻率有關(guān),與光照強(qiáng)度無關(guān),選項A錯誤;半衰期是大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)原子核沒有意義,選項B錯誤;氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,能量減小,釋放光子,由高軌道躍遷到低軌道,速度增大,動能增大,能量減小,則電勢能減小,選項C正確;天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜結(jié)構(gòu),選項D正確;重核的裂變和輕核的聚變過程都有質(zhì)量虧損,根據(jù)E=mc2,都向外界放出核能,選項E正確。(2

15、)子彈射入小車的過程中,子彈與小車組成的系統(tǒng)動量守恒,設(shè)子彈和小車的共同速度為v1,由動量守恒定律得m0v0=(m0+m1)v1解得v1=10 m/s。整個運動過程中,子彈、小車和小物塊組成的系統(tǒng)動量守恒,小物塊最終以v3=5 m/s的速度脫離小車,設(shè)此時小車的速度為v2,由動量守恒定律得(m0+m1)v1=(m0+m1)v2+m2v3解得v2=8 m/s。5.答案:(1)AC(2)6 m/s1 N解析:(1)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)說明在原子的內(nèi)部還存在著復(fù)雜的結(jié)構(gòu),選項A正確;氫原子從n=3的能級向低能級躍遷時可以從n=3到n=2,也可以從n=3到 n=1,還可以從n=2到n=1,可放出3種不同

16、頻率的光,選項B錯誤;比結(jié)合能大的原子結(jié)合牢固,打開時吸收的能量多,因此比結(jié)合能大的原子核分解成比結(jié)合能小的原子核時要吸收能量,選項C正確;放射性元素每經(jīng)過一個半衰期,有一半的質(zhì)量發(fā)生衰變,選項D 錯誤。(2)A、B組成的系統(tǒng)在碰撞過程動量守恒m1v0=m1v02+m2v2v2=6 m/s。設(shè)小球在最高點的速度大小為v3,則12m2v22=12m2v32+2m2gR在最高點:FT+m2g=m2v32R得FT=1 N。6.答案:(1)BDE(2)13mv029m解析:(1)放射性元素的半衰期與外部條件無關(guān),故選項A錯誤;天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的,選項B正確;盧瑟福通過粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論,選項C錯誤;根據(jù)E=hc可知光的波長越大,光子的能量越小,選項D正確;由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時能放出