- 碰撞
- 共652题
在质量为M的小车中挂有一单摆,摆球的质量为m0,小车和单摆一起以恒定的速度v沿光滑水平面运动,与位于正对面的质量为m的静止木块发生碰撞,碰撞的时间极短.在此碰撞瞬间,下列说法中可能发生的是()
正确答案
如下图所示,一个木箱原来静止在光滑水平面上,木箱内粗糙的底板上放着一个小木块.木箱和小木块都具有一定的质量.现使木箱获得一个向右的初速度v0,则
正确答案
质量相等的甲、乙、丙三球成一直线放在光滑水平面上,如图所示,乙球与丙球靠在一起,且为静止,甲球以速度v向它们滚动.若它们在对心碰撞中无机械能损失,则碰撞后( )
正确答案
水平面上质量为m的滑块A以速度v碰撞质量为的静止滑块B,碰撞后AB的速度方向相同,它们的总动量为______;如果滑块B获得的初速为v0,碰撞后滑块A的速度为______.
正确答案
mv
v-
解析
解:由动量守恒定律得,碰撞后总动量不变,即P=mv,
由动量守恒定律可列:mv=
解得 v′=v-
故答案分别为:mv,v-
如图所示,一个半径为R=1.00m粗糙的
圆弧轨道,固定在竖直平面内,其下端切线是水平的,轨道下端距地面高度h=1.25m.在轨道末端放有质量为mB=0.30kg的小球B(视为质点),B左侧装有微型传感器,另一质量为mA=0.10kg的小球A(也视为质点)由轨道上端点从静止开始释放,运动到轨道最低处时,传感器显示读数为2.6N,A与B发生正碰,碰后B小球水平飞出,落到地面时的水平位移为s=0.80m,不计空气阻力,重力加速度取g=10m/s2.求:
(1)小球A在碰前克服摩擦力所做的功;
(2)A与B碰撞过程中,系统损失的机械能.
正确答案
解:(1)在最低点对A球由牛顿第二定律有:FA-mAg=mA
∴vA=4.00m/s
在A下落过程中由动能定理有:mAgR-Wf=mA
∴A球下落的过程中克服摩擦力所做的功为Wf=0.20J
(2)碰后B球做平抛运动
在水平方向有s=t
在竖直方向有h=
联立以上两式可得碰后B的速度为v′B=1.6m/s
在A、B碰撞由动量守恒定律有:mAvA=mAv′A+mBv′B
∴碰后A球的速度为v′A=-0.80m/s 负号表示碰后A球运动方向向左
由能量守恒得碰撞过程中系统损失的机械能为△E损=-
-2
2
故△E损=0.384J
∴在A与B碰撞的过程当中,系统损失的机械能为0.384J.
解析
解:(1)在最低点对A球由牛顿第二定律有:FA-mAg=mA
∴vA=4.00m/s
在A下落过程中由动能定理有:mAgR-Wf=mA
∴A球下落的过程中克服摩擦力所做的功为Wf=0.20J
(2)碰后B球做平抛运动
在水平方向有s=t
在竖直方向有h=
联立以上两式可得碰后B的速度为v′B=1.6m/s
在A、B碰撞由动量守恒定律有:mAvA=mAv′A+mBv′B
∴碰后A球的速度为v′A=-0.80m/s 负号表示碰后A球运动方向向左
由能量守恒得碰撞过程中系统损失的机械能为△E损=-
-2
2
故△E损=0.384J
∴在A与B碰撞的过程当中,系统损失的机械能为0.384J.
(9分)如图所示,在光滑水平地面上,有一右端装有固定的竖直挡板的平板小车质量
m1=4.0kg,挡板上固定一轻质细弹簧.位于小车上A点处的质量为m2=1.0 kg的木块(视为质点)与弹簧的左端相接触但不连接,此时弹簧与木块间无相互作用力。木块与车面之间的摩擦可忽略不计。现小车与木块一起以v0=2.0 m/s的初速度向右运动,小车将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞,已知碰撞时间极短,碰撞后小车以v1=1.0 m/s的速度水平向左运动,取g=10 m/s2。求:
(i)小车与竖直墙壁发生碰撞的过程中小车动量变化量的大小;
(ii)若弹簧始终处于弹性限度内,求小车撞墙后与木块相对静止时的速度大小和弹簧的最大弹性势能。
正确答案
(1) (2)
试题分析:(ⅰ)以v1的方向为正方向,则小车与竖直墙壁发生碰撞的过程中,小车动量变化量的大小为 ① 2分
(ⅱ)小车与墙壁碰撞后向左运动,木块与小车间发生相对运动将弹簧压缩至最短时,二者速度大小相等,此后木块和小车在弹簧弹力的作用下,做变速运动,当两者具有相同速度时,二者相对静止。整个过程中,小车和木块组成的系统动量守恒
设小车和木块相对静止时的速度大小为v,根据动量守恒定律有
② 2分
解得 ③ 1分
当小车与木块首次达到共同速度时,弹簧压缩至最短,此时弹簧的弹性势能最大
设最大弹性势能为EP,根据机械能守恒定律可得
④ 2分
⑤ 2分
如图所示,在倾角θ=30°、足够长的斜面上分别固定着两个相距L=0.2 m的物体A、B,它们的质量mA=mB=1 kg,与斜面间的动摩擦因数分别为和
。在t=0时刻同时撤去固定两物体的外力后,A物体将沿斜面向下运动,并与B物体发生连续碰撞(碰撞时间极短,忽略不计),每次碰后两物体交换速度。g取10 m/s2。求:
(1)A与B第一次碰后瞬间B的速率?
(2)从A开始运动到两物体第二次相碰经历多长时间?
(3)从A开始运动至第n次碰撞时A、B两物体通过的路程分别是多少?
正确答案
解:A物体沿斜面下滑时:mAgsinθ-μAmAgcosθ=mAaA,所以aA=gsinθ-μAgcosθ
B物体沿斜面下滑时有:mBgsinθ-μBmBgcosθ=mBaB,所以aB=gsinθ-μBgcosθ
(1)由上面可知,撤去固定A、B的外力后,物体B恰好静止于斜面上,物体A将沿斜而向下做匀加速直线运动
A与B第一次碰撞前的速度
故A、B第一次碰后瞬间,B的速率v'B1=vA1=1 m/s
(2)从A开始运动到第一次碰撞用时:
两物体相碰后,A物体的速度变为零,之后再做匀加速运动,而B物体将以v'B1=1 m/s的速度沿斜面向下做匀速直线运动
设再经t2时间相碰,则有
解之可得t2=0.8 s
故从A开始运动到两物体第二次相碰,共经历时间t=t1+t2=0.4 s+0.8 s=1.2 s
(3)碰后A、B交换速度,碰后B的速度均要比A的速度大1 m/s
,即
从第2次碰撞开始,每次A物体运动到与B物体碰撞前,速度增加量均为△v=a△t=2.5×0.8 m/s=2 m/s。由于碰后速度交换,因而碰后B物体的速度为:
第一次碰后:vB1=1 m/s
第二次碰后:vB2=2 m/s
第三次碰后:vB3=3 m/s
……
第n次碰后:vBn=n m/s
每段时间内,B物体都做匀速直线运动,则第n次碰时所运动的距离为n-1)
A物体比B物体多运动L长度,则
如图所示,在水平地面上固定一倾角为θ=37°的足够长斜面。质量均为m=0 3 kg的两物块A和B置于斜面上,已知物块A与斜面之间无摩擦,物块B与斜面间的动摩擦因数为μ=0.75。开始时用手,按住A和B,使A静止在斜面顶端,物块B静止在与A相距l=5.0 cm的斜面下方。现同时轻轻松开两手,且同时在物块A上施加一个竖直向下的大小为2N的恒力F,经一段时间后A和B发生正碰。假设在各次碰撞过程中,没有机械能损失,且碰撞时间极短可忽略不计。设在本题中最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)第一次碰撞结束瞬间物块A、B的速度各多大?
(2)从放手开始到即将发生第二次碰撞的这段时间内,恒力F对物块A做了多少功?
正确答案
解:(1)放手后,通过受力分析可知B处于静止状态,A做匀加速运动,设第一次碰前,A的速度为vA1
由动能定理可得,代入数据得vA1=1 m/s
A、B发生第一次碰撞过程中由动量守恒和机械能守恒有
带入数据得v'Al =0;v'B1=1 m/s
所以第一次碰撞结束瞬间A、B的速度分别为v'A1=0;v'B1=1 m/s
(2)第一次碰撞后 对A由牛顿第二定律(F+mg) sin37°= ma,得a=10 m/s2可知A做初速度为0加速度为a=10m/s2的匀加速运动
对B受力分析可知B以l m/s速度做匀速运动
设第二次碰撞前A、B的速度分别为vA2,vB2,其中vB2=v'B1=1m/s
由A、B发生第一次碰撞到发生第二次碰撞位移相等有,得vA2=2 m/s
这一过程中A的位移
联立得s2=0.2 m
从放手到即将发生第二次碰撞的过程中,力F做功为WF=F(l+s2) sin37°=0.3 J
如图所示,小球A系在细线的一端,线的另一端固定在O点,O点到水平面的距离为h。物块B质量是小球的5倍,置于粗糙的水平面上且位于O点正下方,物块与水平面间的动摩擦因数为μ。现拉动小球使线水平伸直,小球由静止开始释放,运动到最低点时与物块发生正碰(碰撞时间极短),反弹后上升至最高点时到水平面的距离为。小球与物块均视为质点,不计空气阻力,重力加速度为g,求物块在水平面上滑行的时间t。
正确答案
解:设小球的质量为m,运动到最低点与物块碰撞前的速度大小为v1,取小球运动到最低点重力势能为零,根据机械能守恒定律,有
得
设碰撞后小球反弹的速度大小为v1',同理有
得
设碰后物块的速度大小为v2,取水平向右为正方向,根据动量守恒定律,有mv1=-mv1'+5mv2
得
物块在水平面上滑行所受摩擦力的大小F=5μmg
设物块在水平面上滑行的时间为t,根据动量定理,有-Ft=0-5mv2
得
图中,轻弹簧的一端固定,另一端与滑块B相连,B静止在水平导轨上,弹簧处在原长状态。另一质量与B相同滑块A,从导轨上的P点以某一初速度向B滑行,当A滑过距离l1时,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B紧贴在一起运动,但互不粘连。已知最后A恰好返回出发点P并停止。滑块A和B与导轨的滑动摩擦因数都为μ,运动过程中弹簧最大形变量为l2,求A从P出发时的初速度v0。
正确答案
解:令A、B质量皆为m,A刚接触B时速度为v1(碰前),由功能关系,有
①
A、B碰撞过程中动量守恒,令碰后A、B共同运动的速度为v2,有
②
碰后A、B先一起向左运动,接着A、B一起被弹回,在弹簧恢复到原长时,设A、B的共同速度为v3,在这过程中,弹簧势能始末两态都为零,利用功能关系,有
③
此后A、B开始分离,A单独向右滑到P点停下,由功能关系有
④
由以上各式,解得 ⑤
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