2021届高考物理三轮冲刺专题突破训练：动量及其守恒定律 （解析版）

动量及其守恒定律【原卷】 1．在弗兰克-赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。假设改用质子碰撞氢原子来实现氢原子的能级跃迁，实验装置如图1所示。紧靠电极A的O点处的质子经电压为U1的电极AB加速后，进入两金属网电极B和C之间的等势区。在BC区质子与静止的氢原子发生碰撞，氢原子吸收能量由基态跃迁到激发态。质子在碰撞后继续运动进入CD减速区，若质子能够到达电极D，则在电流表上可以观测到电流脉冲。已知质子质量mp与氢原子质量mH均为m，质子的电荷量为e，氢原子能级图如图2所示，忽略质子在O点时的初速度，质子和氢原子只发生一次正碰。 (1)求质子到达电极B时的速度v0； (2)假定质子和氢原子碰撞时，质子初动能的被氢原子吸收用于能级跃迁。要出现电流脉冲，求CD间电压U2与U1应满足的关系式； (3)要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第一激发态，求U1的最小值。 2．如图所示，光滑斜轨道和一条足够长的粗糙水平轨道平滑连接，质量为的物块静置在水平轨道的最左端，质量为的物块从斜道上距离竖直高度为处由静止下滑，滑下后与物块碰撞。已知两物块与水平轨道之间的动摩擦因数均为，物块、均可视为质点，它们之间的每次碰撞均为弹性碰撞，取重力加速度。求： (1)物块、第一次碰撞前瞬间，物块的速度大小； (2)第一次碰撞后，物块滑上斜轨道的最大高度； (3)物块运动的总路程。 3．如图所示，在水平轨道上方O处，用长为L＝1 m的细线悬挂一质量为m＝0.1 kg 的滑块B，B恰好与水平轨道相切，并可绕O点在竖直平面内摆动。水平轨道的右侧有一质量为M＝0.3 kg 的滑块C与轻质弹簧的一端相连，弹簧的另一端固定在竖直墙D上，弹簧处于原长时，滑块C静止在P点处。一质量也为m＝0.1 kg的子弹以初速度v0＝15 m/s 射穿滑块B后（滑块B质量不变）射中滑块C并留在其中，一起压缩弹簧，弹簧最大压缩量为x＝0.2 m。滑块B做圆周运动，恰好能保证绳子不松弛。滑块C与PD段的动摩擦因数为μ＝0.5，A、B、C均可视为质点，重力加速度为g＝10 m/s2，结果保留两位有效数字。求： (1)子弹A和滑块B作用过程中损失的能量； (2)弹簧的最大弹性势能。 4．如图所示，两条足够长的光滑平行金属导轨相距L=0.5m，上端接有阻值为的定值电阻，匀强磁场垂直于导轨平面向下，磁感应强度大小为B=2T