（江蘇專(zhuān)版）2018年高考物理第二輪復(fù)習(xí) 第8講 電磁原子與動(dòng)量的聯(lián)系課后練習(xí)_1

1、（江蘇專(zhuān)版）2018年高考物理第二輪復(fù)習(xí) 第8講 電磁原子與動(dòng)量的聯(lián)系課后練習(xí)第8講電磁原子與動(dòng)量的聯(lián)系題一：從宏觀現(xiàn)象中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律不一定都能適用于微觀體系。但是在某些問(wèn)題中利用經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律也能得到與實(shí)際比較相符合的結(jié)論。例如，玻爾建立的氫原子模型，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為，氫原子中的電子在庫(kù)侖力的作用下，繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電子的質(zhì)量為m，電荷為e，靜電力常量為k，氫原子處于基態(tài)時(shí)電子的軌道半徑為r1。（1）氫原子處于基態(tài)時(shí)，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，可等效為環(huán)形電流，求此等效電流值。（2）在微觀領(lǐng)域，動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律依然適用。已知光在真

2、空中的速度為c，氫原子在不同能級(jí)之間躍遷時(shí)，躍遷前后可認(rèn)為質(zhì)量不變，均為M。設(shè)氫原子處于基態(tài)時(shí)的能量為E1（E10），當(dāng)原子處于第一激發(fā)態(tài)時(shí)，能量為E1/4，求原子從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，放出的光子的能量和氫原子的反沖速度。題二：處于靜止?fàn)顟B(tài)的X原子核，經(jīng)歷一次衰變后變成質(zhì)量為M的Y原子核。放出的粒子垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，測(cè)得其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r。已知粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，求此衰變過(guò)程虧損的質(zhì)量。題三：如圖所示，豎直平面MN與紙面垂直，MN右側(cè)的空間存在著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，MN左側(cè)的水平面光滑，右側(cè)的水平面粗糙。質(zhì)量為m、電荷量為q的物體A靜

3、止在MN左側(cè)的水平面上，一質(zhì)量為m的不帶電的物體B以速度v0沖向物體A并與之發(fā)生彈性碰撞，碰撞前后物體A的電荷量保持不變。求：（1）碰撞后物體A的速度大小vA；（2）若A與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為，重力加速度的大小為g，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為。已知物體A從MN開(kāi)始向右移動(dòng)的距離為l時(shí)，速度增大到最大值。求：a此過(guò)程中物體A克服摩擦力所做的功W；b此過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間t。題四：如圖所示，小車(chē)A的質(zhì)量M2kg，置于光滑水平面上，初速度v014m/s。質(zhì)量m0.1kg、電荷q0.2C可視為質(zhì)點(diǎn)的物體B，輕放在小車(chē)A的右端，A、B所在的空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5T

4、，物體與小車(chē)之間有摩擦力的作用，設(shè)小車(chē)足夠長(zhǎng)，小車(chē)表面是絕緣的，g取10m/s2。求：（1）物體B的最大速度；（2）小車(chē)A的最小速度；（3）在此過(guò)程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能。題五：如圖所示，LMN是豎直平面內(nèi)固定的光滑絕緣軌道，MN水平且足夠長(zhǎng)，LM下端與MN相切。在OP與QR之間的區(qū)域內(nèi)有一豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。C、D是質(zhì)量為m和4m的絕緣小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），其中D的電荷量為q，C不帶電?，F(xiàn)將物塊D靜止放置在水平軌道的MO段，將物塊C從傾斜軌道的L處由靜止釋放，L距水平軌道的高為h，物塊C沿軌道下滑進(jìn)入水平軌道，然后與D相碰，碰后物體C被反彈滑至傾斜軌道的h/

5、9處，物體D進(jìn)入虛線(xiàn)OP右側(cè)的復(fù)合場(chǎng)中繼續(xù)運(yùn)動(dòng)（所帶電荷量不變），最后從RQ側(cè)飛出。求：（1）物塊D進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的瞬時(shí)速度vD；（2）若物塊D進(jìn)入磁場(chǎng)后恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求所加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E及物塊D的電性；（3）若物塊D飛離復(fù)合場(chǎng)區(qū)域時(shí)速度方向與水平方向的夾角為60，求物塊D飛出QR邊界時(shí)與水平軌道的距離d。題六：如圖所示，水平地面上方MN邊界左側(cè)，存在足夠大的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和沿豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)（圖中未畫(huà)出），磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0T，邊界右側(cè)離地面高h(yuǎn)3m處有光滑絕緣平臺(tái)，右邊有一帶正電的a球，質(zhì)量ma0.1kg、電荷量q0.1C，以初速度v03.4m/s水平向左運(yùn)動(dòng)，與質(zhì)量mb0.

6、07kg且靜止于平臺(tái)左邊緣的不帶電的絕緣b球發(fā)生正碰，碰后不粘連，且碰后a球恰好能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩球均視為質(zhì)點(diǎn)，g取10m/s2。求：（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；（2）碰后a球在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間；（3）碰后a球落點(diǎn)的范圍。（計(jì)算結(jié)果可用根號(hào)表示）題七：如圖（a）所示，在光滑絕緣水平面的AB區(qū)域內(nèi)存在水平向右的電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E隨時(shí)間的變化如圖（b）所示，不帶電的絕緣小球P2靜止在O點(diǎn)。t0時(shí)，帶正電的小球P1以速度v0從A點(diǎn)進(jìn)入AB區(qū)域，隨后與P2發(fā)生正碰后反彈，反彈速度大小是碰前的倍，P1的質(zhì)量為m1，帶電量為q，P2的質(zhì)量為m25m1，A、O間距為L(zhǎng)0，O、B間距，已知，。（1）求碰

7、撞后小球P1向左運(yùn)動(dòng)的最大距離及所需時(shí)間；（2）討論兩球能否在OB區(qū)間內(nèi)再次發(fā)生碰撞。題八：如圖，在一光滑的絕緣水平面上，一對(duì)足夠大的平行金屬板、豎直固定放置，間距為d。兩板間存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E。質(zhì)量為m、電量為q的帶正電小物塊A從緊靠左板處由靜止釋放，與此同時(shí)，從緊靠右板處水平向左射入一個(gè)質(zhì)量為M且不帶電小物塊B。一段時(shí)間后A、B恰好在兩板間的中點(diǎn)發(fā)生碰撞并立刻結(jié)合成復(fù)合體C，帶電量仍為q，小物塊可視為質(zhì)點(diǎn)。（1）求小物塊B射入時(shí)的初速度v0的大小。（2）碰撞后復(fù)合體C向左運(yùn)動(dòng)且能到達(dá)左板處，求M與m之間應(yīng)滿(mǎn)足的關(guān)系。電磁原子與動(dòng)量的聯(lián)系題一：（1）（2），詳解：（

8、1）電子與原子核的庫(kù)侖力提供電子做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，故，解得，則等效電流。（2）由能量守恒定律得，解得。又，解得。光子和氫原子系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有p光p氫m氫v氫，解得v氫。題二：詳解：設(shè)粒子的速度為v，衰變后剩余核的速度為。由洛倫茲力提供粒子做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，有，在衰變過(guò)程中系統(tǒng)虧損的質(zhì)量很小，可不予考慮，由動(dòng)量守恒得Mvmv0，在衰變過(guò)程中虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為粒子和剩余核的動(dòng)能，即，解得。題三：（1）（2）ab詳解：（1）設(shè)A、B碰撞后的速度分別為vA、vB，由于A、B發(fā)生彈性碰撞，動(dòng)量守恒，動(dòng)能也守恒，則有，聯(lián)立可得。（2）aA的速度達(dá)到最大值vm時(shí)，所受合力為零，如圖所示。豎直方向有

9、，水平方向有，根據(jù)動(dòng)能定理得，聯(lián)立可得。b在此過(guò)程中，設(shè)A物體運(yùn)動(dòng)的平均速度為，地面對(duì)物體A的平均支持力為，根據(jù)動(dòng)量定理有，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，聯(lián)立可得。題四：（1）10m/s（2）13.5m/s（3）8.75J詳解：（1）若A、B能達(dá)到共同速度，則有Mv0(Mm)，解得m/s。此時(shí)洛倫茲力，顯然A、B在達(dá)到共同速度前就分離了。設(shè)B的最大速度為vm，則有qvmBmg，解得vm10m/s。（2）當(dāng)物體B達(dá)到最大速度時(shí)，小車(chē)A的速度最小，設(shè)為v1。由動(dòng)量守恒得Mv0Mv1mvm，解得v113.5m/s。（3）在此過(guò)程中系統(tǒng)損失的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則8.75J。題五：（1）（2），帶正電（3）詳解：

10、（1）設(shè)物塊C下滑至水平軌道的速度為v；碰后物塊C的速度為v1，物塊D的速度為vD，以向右為正方向，則對(duì)物塊C，根據(jù)動(dòng)能定理有，聯(lián)立解得。碰撞時(shí)由動(dòng)量守恒定律得，解得。（2）若物塊D做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則電場(chǎng)力與重力相等，有，得，物塊D帶正電。（3）由幾何關(guān)系得，又，解得。題六：（1）10N/C，方向豎直向上（2）2.1s（3）在距N點(diǎn)左邊m、右邊m的范圍內(nèi)詳解：（1）因?yàn)閍球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力等于重力，有qEmag，得E10N/C，方向豎直向上。（2）若兩球發(fā)生彈性碰撞，設(shè)碰后a、b兩球的速度分別為va1、vb1，則有mav0mava1mbvb1，解得va10.6m/s。若兩球發(fā)生完全非彈性

11、碰撞，設(shè)碰后的共同速度為va2，則有mav0(mamb)va2，解得va22m/s。所以碰后a球的速度為0.6m/sva2m/s。碰撞后a球以2m/s的速度在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短，由洛倫茲力提供向心力，有，解得2m，。因?yàn)?，解?0，所以a球在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的角度為120，則小球a磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間2.1s。（3）a球落在N點(diǎn)左邊最大距離時(shí)，有m，a球從右邊界飛出的最小半徑m，設(shè)a球落在右邊的距離為s，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律知h2Rgt2，svat，其中，聯(lián)立得。由數(shù)學(xué)知識(shí)得，當(dāng)R1m時(shí)，s有最大值。因0.6mR1.5m，故成立。代入數(shù)據(jù)解得m。所以，a球可能的落點(diǎn)在距N點(diǎn)左邊m、右邊m的范圍內(nèi)。題七：（1），（2）能詳解：（1）小球P1到達(dá)O點(diǎn)的時(shí)間，與P2相撞時(shí)，電場(chǎng)剛好由零變?yōu)镋0。碰撞后，P1的速度，在電場(chǎng)中，P1的加速度，則P1向左運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。在t1時(shí)間內(nèi)，一直存在電場(chǎng)，P1做勻減速運(yùn)動(dòng)，向左運(yùn)動(dòng)的最大距離。（2）設(shè)碰后P2的速度為v2，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有m1v0m1v1m2v2，解得v2v0。P2從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所需時(shí)