【物理】物理動量守恒定律試題類型及其解題技巧及解析_第1頁
【物理】物理動量守恒定律試題類型及其解題技巧及解析_第2頁
【物理】物理動量守恒定律試題類型及其解題技巧及解析_第3頁
【物理】物理動量守恒定律試題類型及其解題技巧及解析_第4頁
【物理】物理動量守恒定律試題類型及其解題技巧及解析_第5頁
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文檔簡介

1、【物理】物理動量守恒定律試題類型及其解題技巧及解析一、高考物理精講專題動量守恒定律1.如圖所示,在水平地面上有兩物塊甲和乙,它們的質(zhì)量分別為2m、m,甲與地面間無摩擦,乙與地面間的動摩擦因數(shù)恒定.現(xiàn)讓甲以速度v0向著靜止的乙運(yùn)動并發(fā)生正碰,且碰撞時(shí)間極短,若甲在乙剛停下來時(shí)恰好與乙發(fā)生第二次碰撞,試求:叵:JEL(1)第一次碰撞過程中系統(tǒng)損失的動能(2)第一次碰撞過程中甲對乙的沖量12【答案】(1) mv0 ; (2) mvo4【解析】【詳解】解:(1)設(shè)第一次碰撞剛結(jié)束時(shí)甲、乙的速度分別為v1、v2,之后甲做勻速直線運(yùn)動,乙以V2初速度做勻減速直線運(yùn)動,在乙剛停下時(shí)甲追上乙碰撞,因此兩物體在

2、這段時(shí)間平均速度相等,有:V1絲2而第一次碰撞中系統(tǒng)動量守恒有:2mv0 2mv1 mv2由以上兩式可得:v1 v0-, v2 v02所以第一次碰撞中的機(jī)械能損失為:e g2mg/o工g|2mgv;工mv2 mv22224(2)根據(jù)動量定理可得第一次碰撞過程中甲對乙的沖量:I mv2 0 mvo2 .如圖所示,質(zhì)量 M=1kg的半圓弧形絕緣凹槽放置在光滑的水平面上,凹槽部分嵌有 cd 和ef兩個(gè)光滑半圓形導(dǎo)軌,c與e端由導(dǎo)線連接,一質(zhì)量 m=lkg的導(dǎo)體棒自ce端的正上方 h=2m處平行ce由靜止下落,并恰好從ce端進(jìn)入凹槽,整個(gè)裝置處于范圍足夠大的豎直方向的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)體棒在槽內(nèi)運(yùn)動過程中

3、與導(dǎo)軌接觸良好。已知磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,導(dǎo)軌的間距與導(dǎo)體棒的長度均為L=0.5m,導(dǎo)軌的半徑r=0.5m ,導(dǎo)體棒的電阻R=1 Q,其余電阻均不計(jì),重力加速度 g=10m/s2,不計(jì)空氣阻力。求導(dǎo)體棒剛進(jìn)入凹槽時(shí)的速度大??;(2)求導(dǎo)體棒從開始下落到最終靜止的過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量;(3)若導(dǎo)體棒從開始下落到第一次通過導(dǎo)軌最低點(diǎn)的過程中產(chǎn)生的熱量為16J,求導(dǎo)體棒第一次通過最低點(diǎn)時(shí)回路中的電功率。9【答案】(1) v 2. 10m/s (2)25J (3)P W4【解析】【詳解】1 c斛:根據(jù)機(jī)械能寸恒7E律,可得: mgh - mv解得導(dǎo)體棒剛進(jìn)入凹槽時(shí)的速度大?。簐 2/0m/s(

4、2)導(dǎo)體棒早凹槽導(dǎo)軌上運(yùn)動過程中發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,產(chǎn)生感應(yīng)電流,最終整個(gè)系統(tǒng)處于靜止,圓柱體停在凹槽最低點(diǎn)根據(jù)能力守恒可知,整個(gè)過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量:Q mg(h r) 25J(3)設(shè)導(dǎo)體棒第一次通過最低點(diǎn)時(shí)速度大小為vi,凹槽速度大小為V2,導(dǎo)體棒在凹槽內(nèi)運(yùn)動時(shí)系統(tǒng)在水平方向動量守恒,故有:mv1 Mv2由能量守恒可得: 1mv2 1 mv| mg(h r) Q1 22導(dǎo)體棒第一次通過最低點(diǎn)時(shí)感應(yīng)電動勢:E BLvi BLv2E2回路電功率:P R9聯(lián)立斛得:P W43 . 28.如圖所示,質(zhì)量為 ma=2kg的木塊A靜止在光滑水平面上。一質(zhì)量為 mb= lkg的木 塊B以初速度v0=l0m

5、/s沿水平方向向右運(yùn)動,與A碰撞后都向右運(yùn)動。木塊A與擋板碰撞后立即反彈(設(shè)木塊 A與擋板碰撞過程無機(jī)械能損失)。后來木塊A與B發(fā)生二次碰撞,碰后A、B同向運(yùn)動,速度大小分別為1m/s、4m/s。求:木塊 A、B第二次碰撞過程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能?!敬鸢浮?J【解析】試題分析:依題意,第二次碰撞后速度大的物體應(yīng)該在前,由此可知第二次碰后 A、B速度方向都向左。第一次碰撞,規(guī)定向右為正向 m Bvo=mBVB+mava第二次碰撞,規(guī)定向左為正向 mAVA-mBVB= mBVB+mAVA得到 VA=4m/s vB=2m/sA E=9J考點(diǎn):動量守恒定律;能量守恒定律匚視頻F)4 .勻強(qiáng)電場的方向沿

6、x軸正向,電場強(qiáng)度 E隨x的分布如圖所示.圖中 Eo和d均為已知 量.將帶正電的質(zhì)點(diǎn) A在。點(diǎn)由能止釋放.A離開電場足夠遠(yuǎn)后,再將另一帶正電的質(zhì)點(diǎn) B放在。點(diǎn)也由靜止釋放,當(dāng) B在電場中運(yùn)動時(shí),A、B間的相互作用力及相互作用能均為 零;B離開電場后,A、B間的相作用視為靜電作用.已知 A的電荷量為Q, A和B的質(zhì)量分別為m和:.不計(jì)重力.(1)求A在電場中的運(yùn)動時(shí)間t,(2)若B的電荷量q =Q,求兩質(zhì)點(diǎn)相互作用能的最大值Epm(3)為使B離開電場后不改變運(yùn)動方向,求 B所帶電荷量的最大值 qm【答案】(1)事(2) QE3d (3)芋Q45【解析】【分析】【詳解】解:(1)由牛頓第二定律得,

7、A在電場中的加速度 a =t=7TA在電場中做勻變速直線運(yùn)動,由d =;a?得運(yùn)動時(shí)間t =怦=、* Q QEd(2)設(shè)A、B離開電場時(shí)的速度分別為VA0、VB0,由動能定理得QEod = mi也qE0d =".喘A、B相互作用過程中,動量和能量守恒.A、B相互作用為斥力,A受力與其運(yùn)動方向相同,B受的力與其運(yùn)動方向相反,相互作用力對 A做正功,對B做負(fù)功.A、B靠近的過程 中,B的路程大于A的路程,由于作用力大小相等,作用力對B做功的絕對值大于對 A做功的絕對值,因此相互作用力做功之和為負(fù),相互作用能增加.所以,當(dāng)A、B最接近時(shí)相互作用能最大,此時(shí)兩者速度相同,設(shè)為v',由

8、動量守恒定律得:( m +:) v = mvA0+vB0由能量守恒定律得:Epm= Em*u+譚嗎口)Y且 q =-Q解得相互作用能的最大值 EPm= -1 QEod45(3) A、B在x>d區(qū)間的運(yùn)動,在初始狀態(tài)和末態(tài)均無相互作用根據(jù)動量守恒定律得:mVA+ VB= mVAO + VB0q4.根據(jù)能量守恒定律得:1m.+ >m 4阻 0- 解得:VB=- -+- . nu因?yàn)锽不改變運(yùn)動方向,所以 VB= -TVEo+VAI >0解得:qkQ則B所帶電荷量的最大值為:qm三Q5. (1) (5分)關(guān)于原子核的結(jié)合能,下列說法正確的是 (填正確答案 標(biāo)號。選對I個(gè)得2分,選對

9、2個(gè)得4分,選對3個(gè)得5分;每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得分為0 分)。A.原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B. 一重原子核衰變成“粒子和另一原子核,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的 結(jié)合能133208C.葩原子核(55 Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(282 Pb)的結(jié)合能D.比結(jié)合能越大,原子核越不穩(wěn)定E.自由核子組成原子核時(shí),其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能(2) ( 10分)如圖,光滑水平直軌道上有三個(gè)質(zhì)童均為m的物塊A、 B C。B的左側(cè)固定一輕彈簧(彈簧左側(cè)的擋板質(zhì)最不計(jì) ).設(shè)A以速度v。朝B運(yùn)動,壓縮彈簧;當(dāng) A、B 速度相等時(shí),B與C恰好相碰并粘接

10、在一起,然后繼續(xù)運(yùn)動。假設(shè) B和C碰撞過程時(shí)間極短。求從A開始壓縮彈簧直至與彈黃分離的過程中,(i )整個(gè)系統(tǒng)損失的機(jī)械能;(ii)彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢能?!敬鸢浮浚?) ABC132 Ep mvo 48【解析】(1)原子核的結(jié)合能等于核子結(jié)合成原子核所釋放的能量,也等于將原子核分解成核子所需要的最小能量,A正確;重核的比結(jié)合能比中等核小,因此重核衰變時(shí)釋放能量,衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和小球原來重核的結(jié)合能,B項(xiàng)正確;原子核的結(jié)合能是該原子核的比結(jié)合能與核子數(shù)的乘積,雖然金色原子核(155 Cs)的比結(jié)合能稍大于鉛原子核 (208 Pb)的比結(jié)合能,但金色原子核(133 Cs)的核子數(shù)比鉛原

11、子核(282 Pb)的核子數(shù)少得多,因此其 結(jié)合能小,C項(xiàng)正確;比結(jié)合能越大,要將原子核分解成核子平均需要的能量越大,因此 原子核越穩(wěn)定,D錯(cuò);自由核子組成原子核時(shí),其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能最等于該原子核的 結(jié)合能,E錯(cuò)。中等難度。(2) (i)從A壓縮彈簧到A與B具有相同速度V1時(shí),對A B與彈簧組成的系統(tǒng),由動 量守恒定律得 mv 0 2mv1此時(shí)B與C發(fā)生完全非彈性碰撞,設(shè)碰撞后的瞬時(shí)速度為v2 ,損失的機(jī)械能為 E。對R C組成的系統(tǒng),由動量守恒和能量守恒定律得mv1 2mv21212mv1E(2m)v2221 O聯(lián)立式得 e mv216(ii)由式可知 V2 V1, A將繼續(xù)壓縮彈簧,直

12、至 A、R C三者速度相同,設(shè)此速度為V3,此時(shí)彈簧被壓縮至最短,其彈性勢能為Ep。由動量守恒和能量守恒定律得mv0 3m v31mv0 EP 1(3m)v2 2213 c聯(lián)立式得EP 13 mv2 48【考點(diǎn)定位】(1)原子核(2)動量守恒定律6. (1)恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng),當(dāng)溫度達(dá)到108K時(shí),可以發(fā)生“氫燃燒”。完成“氫燃燒”的核反應(yīng)方程:2He 8Be 丫。:Be是一種不穩(wěn)定的粒子,其半衰期為2.6xi0-16s。一定質(zhì)量的4 Be,經(jīng)7.8xi0-16s后所剩下的4 Be占開始時(shí)的。(2)如圖所示,光滑水平軌道上放置長木板A (上表面粗糙)和滑塊 C,滑

13、塊B置于A的左端,三者質(zhì)量分別為 mA = 2kg、mB = 1kg、mC = 2kg。開始時(shí)C靜止,A、B一起以 Vo = 5m/s的速度勻速向右運(yùn)動, A與C發(fā)生碰撞(時(shí)間極短)后 C向右運(yùn)動,經(jīng)過一段 時(shí)間,A、B再次達(dá)到共同速度一起向右運(yùn)動,且恰好不再與C碰撞。求A與C發(fā)生碰撞后瞬間A的速度大小。7|_ I一 "I 171 -【答案】(1)2He (或 )1 (或12.5%)8(2) 2m/s【解析】(1)由題意結(jié)合核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得答案。由題意可知經(jīng)過 3個(gè)半衰期,剩余的8Be的質(zhì)量m m0(-1)3 1m0O(2)設(shè)碰后A的速度為vA ,C的速度為vC,

14、由動量守恒可得mAv0mAvAmCVC,碰后A、B滿足動量守恒,設(shè)A、B的共同速度為V1 ,則mAvAmBv0(mAmB)v1由于A、B整體恰好不再與 C碰撞,故v1 vC聯(lián)立以上三式可得vA =2m/so【考點(diǎn)定位】(1)核反應(yīng)方程,半衰期。 (2)動量守恒定律。7 .盧瑟福用“粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)為:苧N +惘。已知氮核質(zhì)量為 mN=14.00753u,氧核的質(zhì)量為 mo=17.00454u ,氯核質(zhì)量 mHe=4.00387u,質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為 mp=1.00815u。(已知:1uc2=931MeV,結(jié)果保留2位有效數(shù)字)求:(1)這一核反應(yīng)是吸收能量還是放出能量的反

15、應(yīng)?相應(yīng)的能量變化為多少?(2)若入射氨核以V0=3X 17m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核。反應(yīng)生成的氧核和質(zhì)子同方向運(yùn)動,且速度大小之比為1:50。求氧核的速度大小?!敬鸢浮?1)吸收能量,1.20MeV; (2) 1.8X16m/s【解析】(1)這一核反應(yīng)中,質(zhì)量虧損:m=mN+mHe-mo-mp=14.00753+4.00387-17.00454-1.00815=-0.00129u由質(zhì)能方程,貝U有 任=Am c2=-0.00129 x 931=-1.20MeV故這一核反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng),吸收的能量為1.20MeV(2)根據(jù)動量守恒定律,則有:mHe vo=mH vH+mo

16、vo又:vo: vh=1 : 50解得:Vo=1.8x6m/s8 .如圖,兩塊相同平板 P1、P2置于光滑水平面上,質(zhì)量均為 m = 0.1kg. P2的右端固定一輕質(zhì)彈簧,物體P置于曰的最右端,質(zhì)量為 M = 0.2kg且可看作質(zhì)點(diǎn).P1與P以共同速度 vo= 4m/s向右運(yùn)動,與靜止的 P2發(fā)生碰撞,碰撞時(shí)間極短,碰撞后Pi與P2粘連在一起,P壓縮彈簧后被彈回(彈簧始終在彈性限度內(nèi)).平板Pi的長度L=1m , P與Pi之間的動摩擦因數(shù)為 嚴(yán)0.2, P2上表面光滑.求:4P:"AB -VWMA片(1)Pi、P2剛碰完時(shí)的共同速度 V1;(2)此過程中彈簧的最大彈性勢能Ep.(3

17、)通過計(jì)算判斷最終 P能否從P1上滑下,并求出P的最終速度V2.【答案】(1) V1=2m/s (2)Ep=0.2J (3)v2=3m/s【解析】【分析】【詳解】(1) Pi、P2碰撞過程,由動量守恒定律mv0 2mV1解得V1 v°- 2m / s,方向水平向右; 2(2)對Pi、F2、P系統(tǒng),由動量守恒定律 2mv1 Mvo (2m M )V2-3-,斛得V2 Vo 3m/s,方向水平向右,40.2J ;111此過程中彈簧的最大彈性勢能EP ?2mv2 + Mv2 (2m M )v22222(3)對Pi、P2、P系統(tǒng),由動量守恒定律 2mv1 Mvo 2mv3 Mv?121212

18、12由能重寸恒th律得 一 2mv1 + Mv 0 2mv3Mv2 + Mg L2222解得P的最終速度V2 3m/s 0,即P能從P1上滑下,P的最終速度v2 3m/s9.如圖所示,固定的光滑圓弧面與質(zhì)量為6kg的小車C的上表面平滑相接,在圓弧面上有一個(gè)質(zhì)量為2kg的滑塊A,在小車C的左端有一個(gè)質(zhì)量為 2kg的滑塊B,滑塊A與B均可 看做質(zhì)點(diǎn).現(xiàn)使滑塊 A從距小車的上表面高 h=1.25m處由靜止下滑,與 B碰撞后瞬間粘合 在一起共同運(yùn)動,最終沒有從小車C上滑出.已知滑塊 A、B與小車C的動摩擦因數(shù)均為斤0.5,小車C與水平地面的摩擦忽略不計(jì),取g=10m/s2.求:(1)滑塊A與B彈性碰撞

19、后瞬間的共同速度的大??;【試題分析】(1)根據(jù)機(jī)械能守恒求解塊 A滑到圓弧末端時(shí)的速度大小,由動量守恒定律求 解滑塊A與B碰撞后瞬間的共同速度的大??;(2)根據(jù)系統(tǒng)的能量守恒求解小車C上表面的最短長度.1 2(1)設(shè)滑塊A滑到圓弧末端時(shí)的速度大小為5,由機(jī)械能守恒定律有:mAgh mAV12代入數(shù)據(jù)解得V1 "2gh 5m/s .設(shè)A、B碰后瞬間的共同速度為 V2 ,滑塊A與B碰撞瞬間與小車 C無關(guān),滑塊A與B組成的系統(tǒng)動量守恒,mAWmu mB V2代入數(shù)據(jù)解得V2 2.5m/s .(2)設(shè)小車C的最短長度為L,滑塊A與B最終沒有從小車 C上滑出,三者最終速度相同設(shè) 為V3,根據(jù)動

20、量守恒定律有:mA mB V2mA mB mC V31 212根據(jù)能重寸恒te律有:mAmBgL= 一mA mB V2 - mAmBmC v2 2聯(lián)立以上兩代入數(shù)據(jù)解得 L 0.375m【點(diǎn)睛】本題要求我們要熟練掌握機(jī)械能守恒、能量守恒和動量守恒的條件和公式,正確 把握每個(gè)過程的物理規(guī)律是關(guān)鍵.10.如圖所示,一輕質(zhì)彈簧的一端固定在滑塊B上,另一端與滑塊 C接觸但未連接,該整體靜止放在離地面高為 H的光滑水平桌面上.現(xiàn)有一滑塊A從光滑曲面上離桌面 h高處由靜 止開始滑下,與滑塊 B發(fā)生碰撞并粘在一起壓縮彈簧推動滑塊C向前運(yùn)動,經(jīng)一段時(shí)間,滑塊C脫離彈簧,繼續(xù)在水平桌面上勻速運(yùn)動一段后從桌面邊緣

21、飛出.已知滑塊C落地點(diǎn)與桌面邊緣的水平距離(3)s.【答案】(1) v 1Vl 1J2gh (2) 33 .【解析】【詳解】解:(1)滑塊A從光滑曲面上h高處由靜止開始滑下的過程,機(jī)械能守恒,設(shè)其滑到底面的12速度為Vi ,由機(jī)械能守恒定律有:mAgh mA%2解之得:Vi . 2gh滑塊A與B碰撞的過程, A、B系統(tǒng)的動量守恒,碰撞結(jié)束瞬間具有共同速度設(shè)為V,由動量守恒定律有:mAV1mAmB v解之得:v 1 Vi 1J2gh 33(2)滑塊A、B發(fā)生碰撞后與滑塊彈性勢能最大時(shí),滑塊A、 B、C一起壓縮彈簧,壓縮的過程機(jī)械能守恒,被壓縮彈簧的C速度相等,設(shè)為速度 V2由動量守恒定律有:mA

22、%mAmBmC v1 /、22由機(jī)械能守恒定律有:Epmax -(mA mB)VmA mBmb V22,一 1解得被壓縮彈黃5彈性勢能:EPmax 1mgh(3)被壓縮彈簧再次恢復(fù)自然長度時(shí),滑塊C脫離彈簧,設(shè)滑塊 A、B的速度為V3,滑塊C的速度為V4,分別由動量守恒定律和機(jī)械能守恒定律有:mA mb vmA mb V3 mCV4121212mA mB vmA mB v3mC v4222. 一1 解之得:V3 0, v4 § J2gh滑塊C從桌面邊緣飛出后做平拋運(yùn)動:s v4t12H 2gt2解之得滑塊c落地點(diǎn)與桌面邊緣的水平距離:s _JHh311 .光滑水平面上放著一質(zhì)量為 M的槽,槽與水平面相切且光滑,如圖所示,一質(zhì)量為 的小球以V0向槽運(yùn)動.(2)Mv:2(M m)g(1)槽固定時(shí),設(shè)球上升的高度為h1,由機(jī)械能守恒得:mgh1 - mv:2(1)若槽固定不動,求小球上升的高度

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