- 动量守恒定律
- 共299题
如图,质量为M、长为L、高为h的矩形滑块置于水平地面上,滑块与地面间动摩擦因数为μ;滑块上表面光滑,其右端放置一个质量为m的小球。用水平外力击打滑块左端,使其在极短时间内获得向右的速度v0,经过一段时间后小球落地。求小球落地时距滑块左端的水平距离。
正确答案
见解析。
解析
在m从右边缘至左边缘时M的加速度
设此时M的速度为v1,所以可得
在m离开M做自由落体运动时,M的加速度
讨论
(1)当m落地使M已停止,那么
带入v1即可
(2)当m落地使M未停止,那么
,
,代入即可
知识点
质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上,箱子中间有一质量为m的小物块,小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ。初始时小物块停在箱子正中间,如图所示。现给小物块一水平向右的初速度v,小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间,井与箱子保持相对静止。设碰撞都是弹性的,则整个过程中,系统损失的动能为
正确答案
解析
本设最终箱子与小物块的速度为v1,根据动量守恒定律:mv=(m+M)v1,则动能损失△Ek=mv2-(m+M)v12,解得△Ek=v2,B对;依题意:小物块与箱壁碰撞N次后回到箱子的正中央,相对箱子运动的路程为S=0.5L+(N-1)L+0.5L=NL,故系统因摩擦产生的热量即为系统瞬时的动能:△Ek=Q=NμmgL,D对。
知识点
图18(a)所示的装置中,小物块A.B质量均为m,水平面上PQ段长为l,与物块间的动摩擦因数为μ,其余段光滑。初始时,挡板上的轻质弹簧处于原长;长为r的连杆位于图中虚线位置;A紧靠滑杆(A.B间距大于2r)。随后,连杆以角速度ω匀速转动,带动滑杆作水平运动,滑杆的速度-时间图像如图18(b)所示。A在滑杆推动下运动,并在脱离滑杆后与静止的B发生完全非弹性碰撞。
(1)求A脱离滑杆时的速度uo,及A与B碰撞过程的机械能损失ΔE。
(2)如果AB不能与弹簧相碰,设AB从P点到运动停止所用的时间为t1,求ω得取值范围,及t1与ω的关系式。
(3)如果AB能与弹簧相碰,但不能返回道P点左侧,设每次压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为Ep,求ω的取值范围,及Ep与ω的关系式(弹簧始终在弹性限度内)。
正确答案
见解析。
解析
(1)设连杆的水平位移为x 取水平向右的方向为正则:求导得:
符合图像b 当x=0时,A与连杆分离,此时:
V0= ①
AB相碰由动量守恒得:mv0=2mv ②
AB系统机械能损失ΔE= ③
由①②③得:
④
(2)AB在pq上做匀减速直线运动,加速度为:由运动学规律公式得AB开始到停止 的位移:
⑤
s≤l ⑥
0=v+at1 ⑦
由④⑤⑥⑦得:
⑧
(3)AB从p开始到弹簧压缩到最短时过程由能量守恒得:
可得到:
设AB返回时刚好到达P点时速度为0,则此时角速度最大
全过程由能量守恒得:
解得:综合⑧得到角速度的范围为:
知识点
(1)氢原子能级如图,当氢原子从跃迁到
的能级时,辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是________。(双选,填正确答案标号)
a. 氢原子从跃迁到
的能级时,辐射光的波长大于656nm
b. 用波长为325nm的光照射,可使氢原子从跃迁到
的能级
c. 一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
d. 用波长为633nm的光照射,不能使氢原子从跃迁到
的能级
(2)如图,光滑水平直轨道上两滑块A.B用橡皮筋连接,A的质量为m。开始时橡皮筋松驰,B静止,给A向左的初速度v0。一段时间后,B与A同向运动发生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的两倍,也是碰撞前瞬间B的速度的一半。求:
(ⅰ)B的质量;
(ⅱ)碰撞过程中A.B系统机械能的损失。
正确答案
(1)cd
(2)解:
(ⅰ)以初速度v0的方向为正方向,设B的质量为mB,A.B碰撞后的共同速度为v,由题意知:碰撞前瞬间A的速度为,碰撞前瞬间B的速度为2v,由动量守恒定律得
①
由①式得 ②
(ⅱ)从开始到碰后的全过程,由动量守恒定律得
③
设碰撞过程A.B系统机械能的损失为,则
④
联立②③④式,得⑤
解析
略。
知识点
如图所示,竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切,小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放,A与B碰撞后结合为一个整体,并沿桌面滑动。已知圆弧轨道光滑,半径R=0.2m;A和B的质量相等;A和B整体与桌面之间的动摩擦因数。取重力加速度g=10m/s2。求:
(1) 碰撞前瞬间A的速率v;
(2) 碰撞后瞬间A和B整体的速率;
(3) A和B整体在桌面上滑动的距离.
正确答案
答案:(1) (2)
(3)
解析
(1)滑块从圆弧最高点滑到最低点的过程中,根据机械能守恒定律,有
(2)滑块A与B碰撞,根据动量守恒定律,有
(3)滑块A与B粘在一起滑行,根据动能定理,有
知识点
—中子与一质量数为A (A>1)的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止,则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为
正确答案
解析
略
知识点
图18,两块相同平板P1、P2至于光滑水平面上,质量均为m。P2的右端固定一轻质弹簧,左端A与弹簧的自由端B相距L。物体P置于P1的最右端,质量为2m且可以看作质点。P1与P以共同速度v0向右运动,与静止的P2发生碰撞,碰撞时间极短,碰撞后P1与P2粘连在一起,P压缩弹簧后被弹回并停在A点(弹簧始终在弹性限度内)。
P与P2之间的动摩擦因数为μ,求
(1)P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2;
(2)此过程中弹簧最大压缩量x和相应的弹性势能Ep
正确答案
见解析
解析
(1)p1和p2碰撞动量守恒:
mv0=(m+m)v1 ①
得出:
P在p2上滑行过程 p1、p2、p系统动量守恒:
2mv0+2mv1=4mv2 ②
得出:
(2)p1 p2 p第一次等速弹簧最大压缩量最大,由能量守恒得 ③
p刚进入p2 到p1 p2 p 第二次等速时有能量守恒得;
④
由③④得:
知识点
如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量mA=4kg,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计。可视为质点的物块B置于A的最右端,B的质量mB=2kg.现对A施加一个水平向右的恒力F=10N,A运动一段时间后,小车左端固定的挡板与B发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下继续运动,碰撞后经时间t=0.6s,二者的速度达到vt=2m/s.求
(1)A开始运动时加速度a的大小;
(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小;
(3)A的上表面长度l
正确答案
(1)
(2)
(3)0.45
解析
(1)以A为研究对象,由牛顿第二定律有
①
代入数据解得
②
(2)对A,B碰撞后共同运动的过程,由动量定理得
③
代入数据解得
④
(3)设A,B发生碰撞前,A的速度为,对A,B发生碰撞的过程,由动量守恒定律有
⑤
A从开始运动到与B发生碰撞前,由动能定理有
⑥
由④⑤⑥式,代入数据解得 ⑦
知识点
(1)(6分)2013年2月12日朝鲜进行了第三次核试验,韩美情报部门通过氙(Xe)和氪(Kr)等放射性气体,判断出朝鲜使用的核原料是铀(U)还是钚(Pu),若核实验的核原料是,则
①完成核反应方程式。
②本次核试验释放的能量大约相当于7000吨 TNT 当量,已知铀核的质量为235.043 9 u,中子质量为1.008 7 u,锶(Sr)核的质量为89.907 7 u,氙(Xe)核的质量为135.907 2 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,求一个原子裂变释放的能量
。
(2)(9分)光滑水平面有两个物块A、B在同一直线上相向运动,A的速度为4 m/s,质量为2 kg,B的速度为2 m/s,二者碰后粘在一起沿A原来的方向运动,且速度大小变为1 m/s.求B的质量及这一过程产生的内能。
正确答案
(1) ①;②140.4
(2)2kg;18 J
解析
(1) ①根据电荷数守恒和质量数守恒可得:;
②该反应的质量亏损是:
Δm=235.0439 u+1.0087 u—89.9077 u—135.9072 u—10×1.0087 u=0.1507 u
根据爱因斯坦方程= 0.150 7×931.5 MeV =140.4 MeV。
(2)设A、B两物块的质量分别为,碰前速度为
,碰后共同速度为v,以A物块的运动方向为正向,由碰撞过程动量守恒有
(3分)
则 (kg)(3分)
碰撞过程产生的内能为
Q=ΔEk=×(2+2)×12=18(J)(3分)
知识点
(1)关于天然放射性,下列说法正确的是 。
A,所有元素都可能发生衰变
B,放射性元素的半衰期与外界唯独无关
C,放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D,和
三种射线中,
射线的穿透能力最强
E,一个原子核在一次衰变中可同时放出和
三种射线
(2)如图,质量分别为m.m
的两个弹性小球A.B静止在地面上方,B球距地面的高度h=0.8m,A球在B球的正上方。先将B球释放,经过一段时间后再将A球释放。当A球下落t=0.3s时,刚好与B球在地面上方的P点处相碰,碰撞时间极短,碰后瞬间A球的速度恰为零。已知m
=3 m
,重力加速度大小g=10m/s
,忽略空气阻力及碰撞中的动能损失。求:
(i)B球第一次到达地面时的速度;
(ii)P点距地面的高度。
正确答案
(1) BCD
(2)
(i)解:设B球第一次到达地面时的速度大小为v,由运动学公式有
①
将h=0.8m代入上式,得
②
(ii)解:
设两球相碰前后,A球的速度大小分别为和
(
=0),B球的速度分别为
和
。由运动学规律可得
③
由于碰撞时间极短,重力的作用可以忽略,两球相碰前后的动量守恒,总动能保持不变。规定向下的方向为正,有
④
⑤
设B球与地面相碰后的速度大小为,由运动学及碰撞的规律可得
⑥
设P点距地面的高度为h',由运动学规律可得
h'= ⑦
联立②③④⑤⑥⑦式,并代入已知条件可得
⑧
解析
略
知识点
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