Question

[物理─选修3-5]
（1）日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升．则下列说法正确的是______
A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制
B．衰变释放的射线中，α射线的穿透力最强
C．铯、钡等衰变时释放能量，故会发生质量亏损
D．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量更大
（2）如图所示，光滑水平面上放置质量均为M=2kg的甲、乙两辆小车，两车之间通过一感应开关相连（当滑块滑过感应开关时，两车自动分离）．其中甲车上表面光滑，乙车上表面与滑块P之间的动摩擦因数μ=0.5．一根通过细线拴着而被压缩的轻质弹簧固定在甲车的左端，质量为m=l kg的滑块P（可视为质点）与弹簧的右端接触但不相连，弹簧原长小于甲车长度，整个系统处于静止．现剪断细线，已知滑块P刚滑上乙车时，滑块相对地面的速度为V₁=4m/s，且滑块P最终没有滑离乙车．
求①滑块滑上乙车时乙车的速度大小
②滑块P在乙车上滑行的距离．

Answer 1

【答案】分析：（1）正确解答本题需要掌握：核电站中如何控制反应速度；各种衰变射线的特点以及应用；质能方程的简单应用；核反应方程的书写以及动量守恒定律等基础知识．
（2）①、因地面光滑，所以滑块P在甲车上滑动的过程中，符合动量守恒的条件，同时除了弹簧的弹力做功之外，没有其他的力做功，所以机械能也是守恒的，分别应用动量守恒和机械能守恒列式求解，可得出滑块P滑上乙时的瞬时速度．
（2）②、滑块P滑上乙车时，甲乙两车脱离，滑块和乙车做成了系统，经对其受力分析，合外力为零，动量守恒，可求出滑块和乙车的最终共同速度，由能量的转化和守恒可知，系统减少的机械能转化为了内能，即为摩擦力与相对位移的乘积．从而可求出相对位移，即滑块P在乙车上滑行的距离．
解答：解：A、在核电站中，通过控制棒（一般用石墨棒）吸收中子多少来控制反应速度，故A正确；
B、衰变释放的射线中，γ射线的穿透力最强，故B错误；
C、根据质能方程可知，当核反应有质量亏损时，损失的质量转化为能量释放出来，故C正确；
D、由于核裂变过程中，伴随着中子的放出，根据质量数和电荷数守恒可知，产生的新核的质量小于铀原子质量，故D错误．
故选AC．
（2）设滑块P刚滑上乙车时，两车的速度为v₂，对甲车、乙车和滑块来说有：
mv₁-2Mv₂=0      
E=m+
联立解得：v₁=4m/s
          v₂=1m/s
设滑块在乙车上滑行的过程中，乙车对地滑行的距离为s，滑块P在乙车上滑行的距离为L，滑块P和乙车达到的共同速度为v．对滑块P和乙车来说：
mv₁-Mv₂=（m+M）v                 
由能量守恒定律得：μmgL=+-
解得：L=
答：①滑块滑上乙车时乙车的速度大小为1m/s；
②滑块P在乙车上滑行的距离为．
点评：本题考查了原子物理的基础知识，对于这些基础知识要加强记忆和训练，以提高对于基础知识的理解．
应用动量守恒定律解题要注意“四性”，①、系统性：应明确研究对象是一个系统，同时确保系统的初、末状态的动量相等．②、矢量性：系统在作用前后，各物体动量的矢量和保持不变，当各速度在同一条直线上时，选定正方向，将矢量运算转化为代数运算．③、同时性：作用前系统各部分的速度应为同一时刻的速度，作用后系统各部分的速度也应为同一时刻的速度．④、同系性：列动量守恒的方程时，所有动量都必须相对同一惯性参照系．
机械能守恒的条件是只有重力（或弹簧的弹力）做功，并只发生动能和势能的转化．
能量的转化与守恒要从三个方面认识：一是能量不能凭空产生，也不能凭空消失；二是只能从一种形式转化为另一种形式（力做功）；三是从一个物体转移到另一个物体（热传递）．