- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
(15分)两个质量都是=0.4kg的砂箱A、B并排放在光滑的水平桌面上,一颗质量为
=0.1kg的子弹以
=140m/s的水平速度射向
,如图所示.射穿
后,进入
并同
一起运动,测得
、
落点到桌边缘的水平距离
=1∶2,求:
(1)沙箱离开桌面的瞬时速度;(2)子弹在砂箱
、
中穿行时系统一共产生的热量
.
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1)在子弹穿过A和B的过程中,A、B和子弹组成的系统满足动量守恒定律
设离开桌面的瞬时速度分别为
,则
①
离开桌面后,分别做平抛运动,则
②
联立①②解得,
(2)子弹在砂箱中穿行的过程,系统满足能量守恒则:
③
解得
如图所示,竖直平面内半圆形管道ADB固定在CD杆上,AB为直径,CD过圆心O且与AB垂直,半圆管道右半BD部分光滑,左半AD部分有摩擦,圆管道半径R=OB=0.2m,E点为圆管道BD中的一点,OE与CD夹角为θ=60°,两个完全相同的可看作质点的小球,球直径略小于管道内径,小球质量m=0.1kg,g=10m/s2,求:
(1)如图甲所示,当圆管道绕CD杆匀速转动时,要使小球稳定在管道中的E点,角速度ω应该多大?
(2)如图乙所示,圆管道保持静止,在圆管道D点处放置一静止小球,另一小球由静止开始从B端管口放入,该球经过D点时(未与另一小球相碰)对管道的压力?
(3)接(2)问,两球在D点相碰(碰撞时间极短)后粘在一起能运动到最高点F,OF与CD夹角为α=37°,求此过程中摩擦力所做的功?
正确答案
解:(1)小球在E点时受重力和管道的弹力,其合力提供向心力,由牛顿第二定律可得
(2)设小球运动到D点时速度为v1,由机械能守恒定律可得
设小球受到管道的弹力为N2,沿半径方向,由牛顿第二定律可得
根据牛顿第三定律,小球过E点时对管道的压力F=1.5N
(3)设碰后瞬间两球的速度为v2,根据动量守恒定律
设摩擦力做功为w,由动能定理可得
随着机动车数量的增加,交通安至问题日益凸显,分析交通违法事例,将警示我们遵守交通法规,珍惜生命。一货车严重超载后的总质量为49 t,以54 km/h的速率匀速行驶。发现红灯时司机刹车,货车即做匀减速直线运动,加速度的大小为2.5 m/s2(不超载时则为5m/s2)。
(1)若前方无阻挡,问从刹车到停下来此货车在超载及不超载时分别前进多远?
(2)若超载货车刹车时正前方25 m处停着总质量为1t 的轿车,两车将发生碰撞,设相互作用0.1 s后获得相 同速度,问货车对轿车的平均冲力多大?
正确答案
解:(1)货车刹车后做匀减速直线运动,据V2=2as
超载时前进的距离
不超载时货车前进的距离
(2)设超载货车与轿车碰前的速度为v',据v2=v'2=2a1s',解得v'=10 m/s
碰撞过程中满足动量守恒,设货车的质量为M,轿车的质量为m,碰后共同速度为v,则有:Mv'=(M+m)v
设货车对轿车的平均冲力为F,则据动量定理,有:Ft=mv
联立解得:F=9.8×104 N
如图所示为某种弹射装置的示意图,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带长度L=4.0m,皮带轮沿顺时针方向转动,带动皮带以恒定速率v=3.0m/s匀速传动。三个质量均为m=1.0kg的滑块A、B、C置于水平导轨上,开始时滑块B、C之间用细绳相连,其间有一压缩的轻弹簧,处于静止状态。滑块A以初速度v0=2.0m/s沿B、C连线方向向B运动,A与B碰撞后粘合在一起,碰撞时间极短,因碰撞使连接B、C的细绳受扰动而突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离。滑块C脱离弹簧后以速度vC=2.0m/s滑上传送带,并从右端滑出落至地面上的P点。已知滑块C与传送带之间的动摩擦因数μ=0.20,重力加速度g取10m/s2。求:
(1)滑块C从传送带右端滑出时的速度大小;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能Ep;
(3)若每次实验开始时弹簧的压缩情况相同,要使滑块C总能落至P点,则滑块A与滑块B碰撞前速度的最大值Vm是多少?
正确答案
解:(1)滑块C滑上传送带后做匀加速运动,设滑块C从滑上传送带到速度达到传送带的速度v所用的时间为t,加速度大小为a,在时间t内滑块C的位移为x
根据牛顿第二定律和运动学公式:μmg=ma,v=vC+at,
解得 x=1.25m<L
即滑块C在传送带上先加速,达到传送带的速度v后随传送带匀速运动,并从右端滑出,则滑块C从传道带右端滑出时的速度为v=3.0m/s
(2)设A、B碰撞后的速度为v1,A、B与C分离时的速度为v2
由动量守恒定律 mv0=2mv1
2mv1=2mv2+mvC
由能量守恒规律
解得 EP=1.0J
(3)在题设条件下,若滑块A在碰撞前速度有最大值,则碰撞后滑块C的速度有最大值,它减速运动到传送带右端时,速度应当恰好等于传递带的速度v。设A与B碰撞后的速度为,分离后A与B的速度为
,滑块C的速度为
由动量守恒定律 mvm=2mv1′
2mv1′=mvC′+2mv2′
由能量守恒规律
由运动学公式
解得 vm=7.1m/s
对于两物体碰撞前后速度在同一直线上,且无机械能损失的碰撞过程,可以简化为如下模型:A、B两物体位于光滑水平面上,仅限于沿同一直线运动。当它们之间的距离大于等于某一定值d时,相互作用力为零;当它们之间的距离小于d时,存在大小恒为F的斥力。设A物休质量m1=1.0kg,开始时静止在直线上某点;B物体质量m2=3.0kg,以速度v0从远处沿该直线向A运动,如图所示。若d=0.10m,F=0.60N,v0=0.20m/s,求:
(1)相互作用过程中A、B加速度的大小;
(2)从开始相互作用到A、B间的距离最小时,系统(物体组)动能的减少量;
(3)A、B间的最小距离。
正确答案
解:(1)
(2)两者速度相同时,距离最近,由动量守恒
(3)根据匀变速直线运动规律v1=a1t,v2=v0-a2t
当v1=v2时,解得A、B两者距离最近时所用时间t=0.25s
s1=a1t2,s2=v0t-
a2t2,△s=s1+d-s2
将t=0.25s代入,解得A、B间的最小距离△smin=0.075m
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