2000年高考物理第24题:在原子核物理中,研究核子与核关联的最有效途径是…

作者:minglang.org

2000年高考物理第24题:
在原子核物理中,研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”.这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似.两个小球A和B用轻质弹簧相连,在光滑的水平直轨道上处于静止状态.在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P,右边有一小球C沿轨道以速度v射向B球,如图所示.C与B发生碰撞并立即结成一个整体D.在它们继续向左运动的过程中,当弹簧长度变到最短时,长度突然被锁定,不再改变.然后,A球与挡板P发生碰撞,碰后A、D都静止不动,A与P接触而不粘连.过一段时间,突然解除锁定(锁定及解除锁定均无机械能损失). 已知A、B、C三球的质量均为m .
(1)求弹簧长度刚被锁定后A球的速度.
(2)求在A球离开挡板P之后的运动过程中,弹簧的最大弹性势能.
2000gaokao24
分析:作为高考试卷最后一题,考察学生由文字弄懂整个物理过程的能力,把一个复杂的过程分为几个阶段分别处理的策略技巧,分清动量守恒与机械能守恒的条件。一边看题一边在草稿纸上做记录,可能要看两三遍,尽最大努力弄清楚物理过程。无论是练习还是考试,不基本弄清过程就不要做具体计算、或者胡乱列式。不管目前水平如何,充分审题,然后跟下面动画对照一下。

有两个过程,机械能减少。有两个过程,动量不守恒。具体情况:
C与B碰撞形成D的过程:C和B构成的系统动能不守恒,一部分动能转化为D内部的能量(可能是热);动量守恒。
D向左压缩弹簧直到弹簧压到最短:A、D和弹簧构成的系统,机械能守恒;动量守恒。
弹簧压到最短时,A、D速度相等。
AD与挡板碰撞过程:A、D和弹簧构成的系统,动能减少为零,动能全部失去了(可能转化为跟挡板接触处热);弹簧弹性势能保留着;动量不守恒。
解锁后直到A离开挡板瞬时:A、D及弹簧构成的系统机械能守恒;动量不守恒。
A离开挡板瞬时,弹簧为自然长度。
A离开挡板之后:A、D及弹簧构成的系统机械能守恒;动量守恒。
A离开挡板之后的运动,最大拉伸之时和最大压缩之时,都是A和D速度相等之时。速度相等时弹簧具有的弹性势能就是最大弹性势能。
参考答案:
(1)v/3
(2)mvv/36

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