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简答题

如图,三个木块的质量均为,置于光滑的水平面上,之间有一轻质弹簧,弹簧的两端与木块接触而不固连。将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把紧连,使弹簧不能伸展,以至于可视为一个整体。现以初速0沿的连线方向朝运动,与相碰并粘合在一起。 以后细线突然断开,弹簧伸展,从而使分离。已知离开弹簧后的速度恰为0。求弹簧释放的势能。

正确答案

解:设碰后的共同速度的大小为,由动量守恒得   ①

离开弹簧时,的速度大小为v1,由动量守恒得   ②

设弹簧的弹性势能为EP,从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒,有  ③

由①②③式得弹簧所释放的势能为

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(选修3-5选做题)

如图所示,质量为m的木块A放在光滑的水平面上,木块的长度为l,另一个质量为M=3m的小球B以速度v0在水平面上向左运动并与A在距竖直墙壁为s处发生碰撞,已知碰后木块A的速度大小为v0,木块A与墙壁的碰撞过程中无机械能损失,且碰撞时间极短,小球的半径可忽略不计。求木块和小球发生第二次碰撞时,小球到墙壁的距离。

正确答案

解:小球与木块第一次碰撞过程动量守恒,设碰撞后小球的速度大小为v,取水平向左为正方向,因此有:

Mv0=mv0+Mv

解得:

设第二次碰撞时小球到墙的距离为x,则在两次碰撞之间小球运动路程为s-x,木块运动的路程为s+x-2l

由于小球和木块在两次碰撞之间运动的时间相同,所以应有

解得

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如图所示,=1 kg,=4 kg,小物块=1 kg,段均光滑,段足够长;物体上表面粗糙,最初均处于静止.最初小物块静止在点,已知长度=16 m,现给小物块一个水平向右的瞬间冲量0=6 Ns。

(1)当滑上后,若刚好在的右边缘与具有共同的速度1(此时还未与相碰),求1的大小;

(2)共同运动一段时间后与相碰,若已知碰后被反弹回来,速度大小为0.2 m/s,最后和保持相对静止,求最终具有的共同速度2

正确答案

解:(1)对物块,由动量定理,取向右为正方向

00-0

0=6 m/s

滑到的右边缘的过程中,由于=0,所以系统动量守恒,以0方向为正

0=()11=3 m/s

(2)以0方向为正,一起向右运动到与相碰后,将滑上做减速运动,直到与达到共同的速度,整个过程动量守恒,有

()1=-+()2所以2=1.24 m/s

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质量分别为m1、m2的A、B两小球在同一条直线上发生弹性正碰,它们在碰撞前后的s-t图象如图所示,已知小球A的质量m1=1 kg,则小球B的质量m2为多少?

正确答案

解:从s-t图象上可看出,碰前小球B的速度为0

小球A的速度=4 m/s

碰后,小球A的速度m/s=-2 m/s

小球B的速度m/s=2 m/s

由动量守恒定律得:m1v0=m1v1+m2v2

解得:m2=3 kg

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(选修3-5选做题)

如图所示,在光滑的水平地面上有一块长木板,其左端固定一挡板,挡板和长木板的总质量为m1=3 kg,其右端放一质量为m2=1 kg的小滑块,整个装置处于静止状态。现对小滑块施加一水平拉力,一段时间后撤去拉力,此过程中拉力做功W=20 J。此后小滑块与挡板碰撞(碰撞过程无机械能损失,碰撞时间极短),最终小滑块恰好未从长木板上掉下来。在小滑块与长木板发生相对运动的整个过程中,系统因摩擦产生的热量Q=12 J。求:

(1)小滑块最终的速度大小;

(2)碰撞结束时,小滑块与长木板的速度。

正确答案

解:(1)设小滑块与长木板最终共同速度为v,对系统全过程由能量守恒

解得v=2 m/s

(2)设碰撞结束时长木板与小滑块的速度分别为v1、v2,碰后的过程中系统因摩擦产生的热量为Q1,则小滑块与长木板碰前与碰后产生的热量相同,即Q=2Q1从施加拉力到碰撞结束的过程中,对系统由能量守恒

设向左为正方向,由系统动量守恒m1v1+m2v2=(m1+m2)v

解得v1=3m/s,v2=-1m/s

碰撞结束时,小滑块的速度大小为1 m/s,方向水平向右;长木板的速度大小为3m/s,方向水平向左

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(选修3-5选做题)

动量分别为5kgm/s和6kgm/s的小球沿光滑平面上的同一条直线同向运动,追上并发生碰撞后。若已知碰撞后的动量减小了2kgm/s,而方向不变,那么质量之比的可能范围是什么?

正确答案

解:能追上,说明碰前A>B,则

碰后的速度不大于的速度,

又因为碰撞过程系统动能不会增加,

由以上不等式组解得:

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以初速度v0与水平方向成60°角斜向上抛出的手榴弹,到达最高点时炸成质量分别是m和2m的两块。其中质量大的一块沿着原来的方向以2v0的速度飞行,求:

(1)质量较小的另一块弹片速度的大小和方向;

(2)爆炸过程有多少化学能转化为弹片的动能。

正确答案

解:手榴弹爆炸过程,爆炸力是内力,远大于重力,因此爆炸过程各弹片组成的系统动量守恒,因为爆炸过程火药的化学能转化为内能,进而有一部分转化为弹片的动能,所以此过程系统的机械能(动能)增加

(1)斜抛的手榴弹在水平方向上做匀速直线运动,在最高点处爆炸前的速度,设v1的方向为正方向,如图所示

由动量守恒定律得:3mv1=2mv1'+mv2,其中爆炸后大块弹片速度v1'=2v0,小块弹片的速度v2为待求量

解得v2= -2.5v0,“-”号表示v2的速度与爆炸前速度方向相反

(2)爆炸过程中转化为动能的化学能等于系统动能的增量

 

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(选修3-5选做题)

质量为1=1.0k(未知)的两个物体在光滑的水平面上正碰,碰撞时间不计,其χ- (位移-时间) 图象如图所示,试通过计算回答下列问题:

(1)2等于多少千克?

(2)质量为1的物体在碰撞过程中动量变化量是多少?

(3)碰撞过程是弹性碰撞还是非弹性碰撞?

正确答案

解:(1)碰撞前m2是静止的,m1的速度为v1=4m/s        

碰后m1的速度            

m2的速度

根据动量守恒定律有  

(2)

(3)  

          

是弹性碰撞

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如图所示,滑块A、C质量均为m,滑块B质量为。开始时A、B分别以v1、v2的速度沿光滑水平轨道向固定在右侧的挡板运动,现将C无初速地放在A上,并与A粘合不再分开,此时A与B相距较近,B与挡板相距足够远。若B与挡板碰撞将以原速率反弹,A与B碰撞将粘合在一起。为使B能与挡板碰撞两次,v1、v2应满足什么关系?

正确答案

解:设向右为正方向,A与C粘合在一起的共同速度为v',由动量守恒定律得m1=2mv' ①

为保证B碰挡板前A未能追上B,应满足v'≤v2

设A与B碰后的共同速度为v'',由动量守恒定律得

为使B能与挡板再次碰撞应满足v''>0 ④

联立①②③④式得

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【选修3-5选做题】

一个物体静置于光滑水平面上,外面扣一质量为M的盒子,如图1所示。现给盒子一初速度v0,此后,盒子运动的v-t图象呈周期性变化,如图2所示。请据此求盒内物体的质量。

正确答案

解:设物体的质量为m,t0时刻受盒子碰撞获得速度v,根据动量守恒定律

Mv0=mv ①

3t0时刻物体与盒子右壁碰撞使盒子速度又变为v0,说明碰撞是弹性碰撞

 ②

联立①②解得m=M ③

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