- 动量守恒定律
- 共6204题
质量为1kg的铜块静止于光滑的水平面上,一个质量为50g的小球以1 000m/s的速率碰到铜块后,又以800m/s的速率被反弹回,
求:(1)铜块获得的速度.
(2)试判断两球之间的碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞.
正确答案
解:(1)小球和铜块组成的系统合外力为零,系统的动量守恒.设小球质量为m,小球碰前速度为v0,碰后速度为v1,铜块质量为M,碰后铜块速度为v2,取小球入射方向为正方向,
则mv0+0=mv1+Mv2
v2==
m/s=90 m/s,方向与小球入射的方向相同,
(2)碰前系统动能,
碰后系统动能:=24100J<EK,碰撞过程机械能有损失,碰撞为非弹性碰撞.
答:(1)铜块获得的速度大小为90 m/s,与小球入射的方向相同.
(2)两球之间的碰撞是非弹性碰撞.
解析
解:(1)小球和铜块组成的系统合外力为零,系统的动量守恒.设小球质量为m,小球碰前速度为v0,碰后速度为v1,铜块质量为M,碰后铜块速度为v2,取小球入射方向为正方向,
则mv0+0=mv1+Mv2
v2==
m/s=90 m/s,方向与小球入射的方向相同,
(2)碰前系统动能,
碰后系统动能:=24100J<EK,碰撞过程机械能有损失,碰撞为非弹性碰撞.
答:(1)铜块获得的速度大小为90 m/s,与小球入射的方向相同.
(2)两球之间的碰撞是非弹性碰撞.
如图所示,三辆完全相同的平板小车a、b、c成一直线排列,静止在光滑水平面上.c车上有一小孩跳到b车上,接着又立即从b车跳到a车上.小孩跳离c车和b车时对地水平速度相同.他跳到a车上没有走动便相对a车保持静止,设a,b两车不相撞,此后( )
正确答案
解析
解:若人跳离b、c车时速度为v,由动量守恒定律
人跳离c车的过程,有 0=-M车vc+m人v,
人跳上和跳离b过程,有 m人v=-M车vb+m人v,
人跳上a车过程,有 m人v=(M车+m人)•va,
所以:vc=,vb=0,va=
.
即:vc>va>vb,并且vc与va方向相反.故ACD错误,B正确.
故选:B
如图所示,在xy平面上,一个以原点O为中心、半径为R的圆形区域内存在着一匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直于xy平面向内.在O处原来静止着一个具有放射性的原子核713N(氮),某时刻该核发生衰变,放出一个正电子和一个反冲核.已知正电子从O点射出时沿x轴正方向,而反冲核刚好不会离开磁场区域,正电子电荷量为e.不计重力影响和粒子间的相互作用.
(1)试写出713N的衰变方程;(2)求正电子离开磁场区域时的位置.
正确答案
解:(1)衰变过程中质量数和电荷数守恒,这是写衰变方程的依据.
故713N的衰变方程方程为:713N→613C+10e
(2)衰变过程动量守恒所以有:mcvc=meve ①
由题意可知,反冲核即碳核的轨道半径为,根据洛伦兹力提供向心力有:
对碳核: ②
对电子: ③
由①②③可得:r=3R
由图可知,正电子从磁场中射出的位置P的坐标x、y满足:
r2=x2+(r-y)2 R2=x2+y2
解之得:,
,
故正电子离开磁场区域时的位置为:,
解析
解:(1)衰变过程中质量数和电荷数守恒,这是写衰变方程的依据.
故713N的衰变方程方程为:713N→613C+10e
(2)衰变过程动量守恒所以有:mcvc=meve ①
由题意可知,反冲核即碳核的轨道半径为,根据洛伦兹力提供向心力有:
对碳核: ②
对电子: ③
由①②③可得:r=3R
由图可知,正电子从磁场中射出的位置P的坐标x、y满足:
r2=x2+(r-y)2 R2=x2+y2
解之得:,
,
故正电子离开磁场区域时的位置为:,
质量比为m:M=4:5的两物块中间夹一压缩弹簧(物块与弹簧不栓接),放在光滑水平面上,第一次m靠着墙,烧断固定弹簧的细线,弹簧弹开后可使M获得最大速度为v0.第二次m不靠墙,弹簧的压缩量与第一次相同,烧断细线后,M获得的速度是多少?
正确答案
解:设弹簧的弹性势能为E,第一次,弹簧的弹性势能转化为M的动能,
由能量守恒定律得:E=Mv02,
第二次,M、m组成的系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:Mv-mv′=0,
由机械能守恒定律得:E=Mv2+
mv′2,
已知:m:M=4:5,解得:v=v0;
答:烧断细线后,M获得的速度是:v0.
解析
解:设弹簧的弹性势能为E,第一次,弹簧的弹性势能转化为M的动能,
由能量守恒定律得:E=Mv02,
第二次,M、m组成的系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:Mv-mv′=0,
由机械能守恒定律得:E=Mv2+
mv′2,
已知:m:M=4:5,解得:v=v0;
答:烧断细线后,M获得的速度是:v0.
静止在水面上的船,长度为L,船的质量为M,一个质量为m的人站在船头,当此人由船头走到船尾时,不计水的阻力,船移动的距离为( )
正确答案
解析
解:船和人组成的系统,在水平方向上动量守恒,人在船上行进,船向后退,规定人速度方向为正方向,
有 mv-MV=0.
人从船头走到船尾,设船后退的距离为x,则人相对于地面的距离为l-x.
则m=M
解得x=.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
如图(a)所示,在光滑绝缘水平面的AB区域内存在水平向右的电场,场强E随时间的变化如图(b)所示.不带电的绝缘小球P2静止在O点,t=0时,带正电的小球P1以速度v0从A点进入AB区域,随后与P2发生正碰后反弹,反弹速度大小是碰前的倍,P1的质量为m1,带电量为q,P2的质量m2=5m1,A、O间距为L0,O、B间距
(已知
=
,T=
.)求:
(1)碰撞后小球P1向左运动的最大距离
(2)碰撞后小球P1向左运动所需时间;
(3)讨论两球能否在OB区间内再次发生碰撞.
正确答案
解:(1)小球P1到达O点的时间T=,与P2碰撞时,电场刚好由零变为E0,碰撞后,P1的速度:v1=
v0,在电场中,P1的加速度是:a=
,
在t1时间内,有电场,P1做匀减速运动P1向左运动的最大距离为:s==
L0;
(2)由动能定理:s,
由动量定理:qE0t=mv1,
解得:t=T;
(3)系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:m1v0=m1v1+m2v2
解得P2的速度:v2=v0,
P2从O点运动到B点所需时间:t2==4T,
在t2时间内,一直存在电场,则P1的位移:x1=v1t2+at22=2L,
由于x1>L,故在OB之间P1与P2能再次碰撞;
答:(1)碰撞后小球P1向左运动的最大距离为L0;
(2)碰撞后小球P1向左运动所需时间为T;
(3)两球能否在OB区间内能再次发生碰撞.
解析
解:(1)小球P1到达O点的时间T=,与P2碰撞时,电场刚好由零变为E0,碰撞后,P1的速度:v1=
v0,在电场中,P1的加速度是:a=
,
在t1时间内,有电场,P1做匀减速运动P1向左运动的最大距离为:s==
L0;
(2)由动能定理:s,
由动量定理:qE0t=mv1,
解得:t=T;
(3)系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:m1v0=m1v1+m2v2
解得P2的速度:v2=v0,
P2从O点运动到B点所需时间:t2==4T,
在t2时间内,一直存在电场,则P1的位移:x1=v1t2+at22=2L,
由于x1>L,故在OB之间P1与P2能再次碰撞;
答:(1)碰撞后小球P1向左运动的最大距离为L0;
(2)碰撞后小球P1向左运动所需时间为T;
(3)两球能否在OB区间内能再次发生碰撞.
三个质量分别为m1、m2、m3的小球,半径相同,并排悬挂在长度相同的三根竖直绳上,彼此恰好相互接触.现把质量为m1的小球拉开一些,如图中虚线所示,然后释放,经球1与球2、球2与球3相碰之后,三个球的动量相等.若各球间碰撞时均为弹性碰撞,且碰撞时间极短,不计空气阻力,则ml:m2:m3为( )
正确答案
解析
解:因为各球间发生的碰撞是弹性碰撞,则碰撞过程机械能守恒,动量守恒.因碰撞后三个小球的动量相等,设其为p,则总动量为3p.由机械能守恒得,即
,故满足该条件的只有选项A.
故选A.
比利时物理学家恩格勒和英国物理学家希格斯,因成功预测希格斯玻色子的存在,获得2013年的诺贝尔奖.在强子对撞实验装置中,用速度为v0、质量为m1的He核轰击质量为m2的静止的
N核,发生核反应,最终产生两种新粒子A和B,其中A为
O核,质量为m3,速度为v3;B为希格斯玻色子,其质量为m4.求
(1)希格斯玻色子B的速度vB.
(2)粒子A的速度符合什么条件时,希格斯玻色子B的速度方向与He核的运动方向相反.
正确答案
解:(1)核反应过程中,系统动量守恒,
以He核的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m1v0=m3v3+m4vB,解得:vB=;
(2)希格斯玻色子B的速度方向与He核的运动方向相反,
即vB<0,则m1v0-m3v3<0,解得:v3>;
答:(1)希格斯玻色子B的速度vB=.
(2)粒子A的速度符合条件:v3>时,希格斯玻色子B的速度方向与
He核的运动方向相反.
解析
解:(1)核反应过程中,系统动量守恒,
以He核的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m1v0=m3v3+m4vB,解得:vB=;
(2)希格斯玻色子B的速度方向与He核的运动方向相反,
即vB<0,则m1v0-m3v3<0,解得:v3>;
答:(1)希格斯玻色子B的速度vB=.
(2)粒子A的速度符合条件:v3>时,希格斯玻色子B的速度方向与
He核的运动方向相反.
一个质量为M,底面长为L的三角形劈静止于光滑的水平桌面上,如图,有一个质量m的底边长为a的小三角形劈由斜面顶部无初速滑到底部时,大三角形劈移动的距离为______.
正确答案
解析
解:M、m组成的系统在水平方向动量守恒,以向左为正方向,
设M的位移为x,则m的位移为:L-a-x,
两物体的平均速率分别为:v1=,v2=
,
由动量守恒定律得:mv1-Mv2=0,
解得:x=;
故答案为:.
如图所示,P物体推压着轻弹簧置于A点,Q物体放在B点静止,P和Q的质量均为m=1kg物体,它们的大小相对于轨道来说可忽略.光滑轨道ABCD中的AB部分水平,BC部分为曲线,CD部分为直径d=5m圆弧的一部分,该圆弧轨迹与地面相切,D点为圆弧的最高点,各段连接处对滑块的运动无影响.现松开P物体,P沿轨道运动至B点,与Q相碰后不再分开,最后两物体从D点水平抛出,测得水平射程S=2m.(g=10m/s2) 求:
(1)两物块水平抛出抛出时的速度
(2)P在与Q碰撞前的速度大小.
正确答案
解:(1)两物体从D开始做平抛运动,设抛出时的速度为v1,
竖直方向:d=gt2 ①
水平方向:s=v1t ②,
代入数据解得:v1=2m/s;
(2)设P在碰撞前瞬间速度为v0,碰撞后瞬间速度为v2,两物体碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=2mv2,
两物体碰后,从B滑至D过程中,由机械能守恒定律得:
(2m)v22=
(2m)v12+2mgd
联立方程解得:v0=4m/s=20.40m/s;
答:(1)两物块水平抛出抛出时的速度为2m/s.
(2)P在与Q碰撞前的速度大小为20.40m/s.
解析
解:(1)两物体从D开始做平抛运动,设抛出时的速度为v1,
竖直方向:d=gt2 ①
水平方向:s=v1t ②,
代入数据解得:v1=2m/s;
(2)设P在碰撞前瞬间速度为v0,碰撞后瞬间速度为v2,两物体碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=2mv2,
两物体碰后,从B滑至D过程中,由机械能守恒定律得:
(2m)v22=
(2m)v12+2mgd
联立方程解得:v0=4m/s=20.40m/s;
答:(1)两物块水平抛出抛出时的速度为2m/s.
(2)P在与Q碰撞前的速度大小为20.40m/s.
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