题目
铝的逸出功为4.2eV,今用波长为200nm的紫外光照射到铝表面上,发射的光电子的最大初动能为多少?遏止电势差为多大?铝的红限波长是多大?(普郎克常量=6.63times (10)^-34Jcdot s)(1) 弹簧被压缩的长度为多少?小球和物体的碰撞是完全弹性碰撞吗?(2) 若小球和物体相撞后粘在一起,则上面所问的结果又如何?
铝的逸出功为4.2eV,今用波长为200nm的紫外光照射到铝表面上,发射的光电子的最大初动能为多少?遏止电势差为多大?铝的红限波长是多大?(普郎克常量
)
(1) 弹簧被压缩的长度为多少?小球和物体的碰撞是完全弹性碰撞吗?
(2) 若小球和物体相撞后粘在一起,则上面所问的结果又如何?
题目解答
答案
解:研究系统为小球和物体及弹簧,系统水平方向上不受外力,动量守恒,取X轴正方向向右
,
,
物体的速度大小:
物体压缩弹簧,根据动能定理:
,弹簧压缩量:
碰撞前的系统动能:
碰撞后的系统动能:
,系统发生的是非完全弹性碰撞。
若小球和物体相撞后粘在一起,动量守恒:
,物体的速度大小:
弹簧压缩量:,
,系统动能损失更大,为完全非弹性碰撞。
解析
考查要点:本题主要考查动量守恒定律和动能定理的应用,以及对碰撞类型的判断。
解题思路:
- 动量守恒:系统水平方向不受外力,碰撞过程中总动量守恒。
- 动能定理:碰撞后物体压缩弹簧的过程中,动能转化为弹性势能。
- 碰撞类型判断:通过碰撞前后系统动能的变化判断碰撞是否为完全弹性。
关键点:
- 碰撞前后的速度关系需结合动量守恒和动能变化分析。
- 弹簧压缩量由动能定理计算,与碰撞后物体的速度直接相关。
第(1)题
弹簧被压缩的长度
- 动量守恒:碰撞过程中系统总动量守恒,设碰撞后小球速度为$v_1$,物体速度为$v$,则:
$m v_0 = m v_1 + M v$
但题目未直接给出碰撞后速度,需结合后续分析。 - 动能定理:碰撞后物体压缩弹簧,动能转化为弹性势能:
$\frac{1}{2} M v^2 = \frac{1}{2} k x^2$
解得弹簧压缩量:
$x = v \sqrt{\frac{M}{k}}$
根据题目数据,$v = 0.6 \, \text{m/s}$,代入计算得$x = 0.06 \, \text{m}$。
碰撞是否为完全弹性
- 碰撞前动能:
$E_{k0} = \frac{1}{2} m v_0^2 = 8 \, \text{J}$ - 碰撞后动能:
$E_k = \frac{1}{2} m v_1^2 + \frac{1}{2} M v^2 = 3.8 \, \text{J}$ - 判断依据:碰撞后动能减少,说明存在机械能损失,因此是非完全弹性碰撞。
第(2)题
碰撞后粘在一起的情况
- 动量守恒:碰撞后两者速度相同,设为$v'$,则:
$m v_0 = (m + M) v'$
解得:
$v' = \frac{m}{m + M} v_0 = 0.364 \, \text{m/s}$ - 弹簧压缩量:
$x' = v' \sqrt{\frac{M}{k}} = 0.038 \, \text{m}$ - 动能损失:碰撞后系统动能为:
$E_k' = \frac{1}{2} (m + M) v'^2 = 2.0 \, \text{J}$
动能损失更大,属于完全非弹性碰撞。