题目内容

【题目】如图所示,在竖直平面内,有一半径为R的半圆形圆环绕着过最低点的竖直轴以角速度ω按逆时针方向(俯视)匀速转动,一玩具枪的枪口恰好位于圆环的一端每隔一定时间水平射出不同速度大小的小钢珠。当圆环转到图中位置时,某时刻射出的第一颗钢珠恰好击中圆环内壁的D点,同时枪射出第二颗钢珠,经过一定时间第二颗钢珠又恰好击中D点,已知D点和圆心O的连线与竖直方向的夹角为60°,不计空气阻力,则( )

A. 第一、二颗钢珠离开枪口的速度之比为

B. 第一、二颗钢珠离开枪口的速度之比为

C. 小钢珠能够垂直击中D

D. 圆环的最小角速度为

【答案】AD

【解析】小钢珠做平抛运动,对第一颗钢珠,竖直方向有:;水平方向:;当圆环至少转过半圆时,第二颗钢珠又击中D点,有:;解得t1=t2,选项A正确,B错误;假设小钢珠能垂直击中D点,即D点的速度方向沿半径OD,根据平抛运动的规律可知“速度的反向延长线必过水平位移的中点”,可知假设错误,选项C错误;当圆环转过半圈,被第二颗钢珠击中时,圆环的角速度最小,有,解得,选项D正确;故选AD.

练习册系列答案
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【题目】根据光的粒子性,光的能量是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光子,光子具有动量和能量。已知光在真空中的速度为c,普朗克常量为h

(1)请根据爱因斯坦质能方程和光子说证明光子动量的表达式为P=,并由此表达式可以说明光具有什么特性?

(2)实验表明:光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时,光的波长会变长或者不变,这种现象叫康普顿散射,该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度,以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子,则该散射被称为逆康普顿散射,这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射,请定性分析散射光的波长将如何变化?

(3)惯性质量和引力质量是两个不同的物理概念。万有引力定律公式中的质量称为引力质量,它表示物体产生引力场或变引力作用的本领,一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量。牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量,它是物体惯性的量度,用惯性秤可以确定物体的惯性质量。频率为的一个光子具有惯性质量,此质量由相对论知识可以推得可由光子的能量确定,请通过本题陈述和所给已知量确定光子的惯性质量m的表达式。

(4)接第三问,假定光子也有引力质量,量值等于惯性质量。据相对论等近代物理知识可知:从一颗星球表面发射出的光子,逃离星球引力场时,该光子的引力质量会随着光子的运动而发生变化,光子的能量将不断地减少。

a.试分析该光子的波长将如何变化?

b.若给定万有引力常量G,星球半径R,光子的初始频率,光子从这颗星球(假定该星球为质量分布均匀的圆球体)表面到达无穷远处的频移(频率变化量值)为,假定<<,星球和光子系统的引力势能表达式为:(选定光子和星球相距无穷远处为零势能处),此表达式中的r为光子到星球中心的距离,试求该星球的质量M

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