- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,在光滑水平桌面上有一质量为m的小球A,在A与墙壁之间有一处于压缩状态的弹簧(A与墙壁间有一细轻绳).桌子右边缘有一悬挂在天花板上的质量为2m的小球B,悬绳处于拉伸状态,其长为l,现剪断小球A与墙壁间的细绳,小球A被弹簧弹出后与B发生弹性正碰.碰后B上升到最高点时悬绳与竖直方向的夹角为θ,求弹簧最初的弹性势能.(剪断绳子后弹簧的弹性势能完全转变为小球A的动能,A、B两球均可视为质点)
正确答案
解:A与B碰撞后,B向右摆到过程中,由动能定理得:
×2mv
=2mgl(1-cos θ),
小球A与B碰撞的过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mvA=mvA′+2mvB ,
由机械能守恒定律:mv
=
mvA′2+
•2mv
,
由能量守恒定律得:Ep=mv
,
解得:Ep=mgl(1-cos θ);
答:弹簧最初的弹性势能为mgl(1-cos θ).
解析
解:A与B碰撞后,B向右摆到过程中,由动能定理得:
×2mv
=2mgl(1-cos θ),
小球A与B碰撞的过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mvA=mvA′+2mvB ,
由机械能守恒定律:mv
=
mvA′2+
•2mv
,
由能量守恒定律得:Ep=mv
,
解得:Ep=mgl(1-cos θ);
答:弹簧最初的弹性势能为mgl(1-cos θ).
如图所示,物体Q与一质量可以忽略的弹簧相连结,静止在光滑水平面上,物体P以某一速度v与弹簧和物体Q发生正碰.已知碰幢是完全弹性的,而且两物体的质量相等,碰幢过程中,在下列哪种情况下弹簧刚好处于最大压缩状态?( )
正确答案
解析
解:P与弹簧接触后,弹簧发生形变,产生弹力作用,
P做减速运动,Q做加速运动,但P的速度大于Q的速度,
两者距离减小,弹簧压缩量增大;经过一段时间,P、Q速度相等,
P、Q与弹簧组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv=(m+m)v′,
此时速度v′=;
然后P的速度小于Q的速度,P、Q间的距离增大,弹簧的压缩量减小,
当P的速度为零时,由动量守恒定律可知,Q的速度为v弹簧恢复原长,故ACD错误,B正确;
故选:B.
如图所示,质量为M的平板小车静止在光滑的水平地面上,小车左端放一个质量为m的木板,车的右端固定一个轻质弹簧,现给木块一个水平向右的瞬时冲量I,木块便沿小车向右滑行,在与弹簧作用后又沿原路返回,并且恰好能到达小车的左端.求:
(1)当木块回到小车最左端时的速度;
(2)弹簧获得的最大弹性势能.
正确答案
解:(1)对木块,由动量定理得:I=mv0,
对木块与小车组成的系统动量守恒,以木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v,
小车的动能:EK=Mv2,
解得:EK=;
(2)当小车与木块受到相当时,弹簧的弹性势能最大,在此过程中,由能量守恒定律得:
mv02=EP+W+
(M+m)v2,
木块返回到小车左端过程中,由能量守恒定律得:
mv02=2W+
(M+m)v2,
解得:EP=;
答:(1)木块返回到小车左端时小车的动能为.(2)弹簧获得的最大弹性势能为:
.
解析
解:(1)对木块,由动量定理得:I=mv0,
对木块与小车组成的系统动量守恒,以木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v,
小车的动能:EK=Mv2,
解得:EK=;
(2)当小车与木块受到相当时,弹簧的弹性势能最大,在此过程中,由能量守恒定律得:
mv02=EP+W+
(M+m)v2,
木块返回到小车左端过程中,由能量守恒定律得:
mv02=2W+
(M+m)v2,
解得:EP=;
答:(1)木块返回到小车左端时小车的动能为.(2)弹簧获得的最大弹性势能为:
.
放在光滑水平桌面上的A、B木块中间夹一被压缩的弹簧,当弹簧放开时,它们各自在桌面上滑行一段距离后,飞离桌面落在地上,A的落地点与桌边的水平距离为0.5m,B的落地点与桌边的水平距离为1m,那么( )
正确答案
解析
解:A、A、B离开桌面后做平抛运动,它们的运动时间相等,速度之比:=
=
=
=
,故A错误;
B、两物体及弹簧组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得:mAvA-mBvB=0,则质量之比:=
=
,故B正确;
C、未离开弹簧时,两物体受到的弹力大小相等,物体所受合外力大小相等、力的作用时间相等,则所受冲量大小相等,A、B所受冲量比为1:1,故C错误;
D、未离开弹簧时,物体受到的合外力等于弹簧的弹力,两物体受到的合外力相等,加速度之比=
=
=
,故D正确;
故选:BD.
如图所示,高度相同质量均为m=0.1kg的带电绝缘滑板A及绝缘滑板B置于水平面上,A的带电量q=0.01C,它们的间距S=.质量为M=0.5kg,大小可忽略的物块C放置于B的左端.C与A之间的动摩擦因数为μ1=0.1,A与水平面之间的动摩擦因数为μ2=0.2,B的上、下表面光滑,最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力,.开始时三个物体处于静止状态.现在空间加一水平向右电场强度为E=80N/C的匀强电场,假定A、B碰撞时间极短且无电荷转移,碰后共速但不粘连.求:
(1)A与B相碰前的速度为多大;
(2)要使C刚好不脱离滑板,滑板的长度应为多少;
(3)在满足(2)的条件下,求最终AB的距离.
正确答案
解:(1)A与B相撞之前由动能定理:.
得
代入数据得:v0=4m/s.
(2)A与B相碰后速度为v1.
由动量守恒定律:mv0=(m+m)v1
C在A上滑行时,A、B分离,B做匀速运动
A与地面的摩擦力f2=μ2(m+M)g=0.8N.
A受到的电场力F=qE=0.8N.
故A、C系统动量守恒定律,
当C刚好滑到A左端时共速v2.
由动量守恒定律:mv1=(m+M)v2
得.
设A长度为L则由能量守恒定律有:
得
代入数据得L=0.5m
(3).对C由牛顿第二定律可知:
μ1Mg=Ma
得
加速时间为.
A的加速度大小为.
在这段时间内A的位移
AC速度相等时AB的距离△x′=v1t-x1=0.625m
从AC速度相等开始计时,AB的距离△x=△x′+(v1-v2)t=0.625+1.5t (m)
答:(1)A与B相碰前的速度为4m/s.
(2)要使C刚好不脱离滑板,滑板的长度应为0.5m.
(3)最终AB的距离为0.625+1.5t(m).
解析
解:(1)A与B相撞之前由动能定理:.
得
代入数据得:v0=4m/s.
(2)A与B相碰后速度为v1.
由动量守恒定律:mv0=(m+m)v1
C在A上滑行时,A、B分离,B做匀速运动
A与地面的摩擦力f2=μ2(m+M)g=0.8N.
A受到的电场力F=qE=0.8N.
故A、C系统动量守恒定律,
当C刚好滑到A左端时共速v2.
由动量守恒定律:mv1=(m+M)v2
得.
设A长度为L则由能量守恒定律有:
得
代入数据得L=0.5m
(3).对C由牛顿第二定律可知:
μ1Mg=Ma
得
加速时间为.
A的加速度大小为.
在这段时间内A的位移
AC速度相等时AB的距离△x′=v1t-x1=0.625m
从AC速度相等开始计时,AB的距离△x=△x′+(v1-v2)t=0.625+1.5t (m)
答:(1)A与B相碰前的速度为4m/s.
(2)要使C刚好不脱离滑板,滑板的长度应为0.5m.
(3)最终AB的距离为0.625+1.5t(m).
(选修3-5)
(Ⅰ)一群氢原子从 n=3 的激发态向基态跃迁时,辐射的三条谱线中,波长较长的二条谱线的波长分别为λ1和λ2,则最短波长λ3=______.
(Ⅱ)两质量均为2m的劈A和B,高度相同,放在光滑水平面上,A和B的倾斜面都是光滑曲面,曲面下端与水平面相切,如图所示,一质量为m的物块位于劈A的倾斜面上,距水平面的高度为h.物块从静止滑下,然后又滑上劈B.求(1)物块第一次离开劈A时,劈A的速度;
(2)物块在劈B上能够达到的最大高度.(重力加速度为g)
正确答案
解:(Ⅰ)氢原子从 n=3 的激发态向基态跃迁时,发出的谱线波长最短,设为λ.
则根据玻尔理论得:
E3-E1=h
又E3-E2=h,E2-E1=h
联立解得,λ=
(Ⅱ)设滑块第一次离开A时的速度为v1,A的速度为v2,
由系统动量守恒得:mv1-2mv2=0…(1)
系统机械能守恒得:…(2)
由(1)(2)解得:,
(2)物块在劈B上达到最大高度h‘时两者速度相同,
设为v,由系统动量守恒和机械能守恒得
(m+2m)v=mv1…(3)
…(4)
由(3)(4)解得:
故答案:(Ⅰ);(Ⅱ)(1)物块第一次离开劈A时,劈A的速度是
.(2)物块在劈B上能够达到的最大高度是
.
解析
解:(Ⅰ)氢原子从 n=3 的激发态向基态跃迁时,发出的谱线波长最短,设为λ.
则根据玻尔理论得:
E3-E1=h
又E3-E2=h,E2-E1=h
联立解得,λ=
(Ⅱ)设滑块第一次离开A时的速度为v1,A的速度为v2,
由系统动量守恒得:mv1-2mv2=0…(1)
系统机械能守恒得:…(2)
由(1)(2)解得:,
(2)物块在劈B上达到最大高度h‘时两者速度相同,
设为v,由系统动量守恒和机械能守恒得
(m+2m)v=mv1…(3)
…(4)
由(3)(4)解得:
故答案:(Ⅰ);(Ⅱ)(1)物块第一次离开劈A时,劈A的速度是
.(2)物块在劈B上能够达到的最大高度是
.
如图所示,两光滑且平行的固定水平杆位于同一竖直平面内,两静止小球m1,m2分别穿在两杆上,两球间连接一个保持原长的竖直轻弹簧,现给小球m2一个水平向右的初速度v0,如果两杆足够长,则在此后的运动过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由于两球竖直方向上受力平衡,水平方向所受的弹力的弹力大小相等,方向相反,所以两球组成的系统所受合力为零,系统动量守恒,故A错误.
B、当两球的速度相等时,弹簧最长,弹簧的弹性势能最大,两球系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:m2v0=(m1+m2)v,解得:v=,;
两球和弹簧组成的系统,只有弹力做功,系统的机械能守恒,由机械能守恒定律得:m2v02=
(m1+m2)v2+EP,解得:EP=
,故B错误,C正确.
D、甲、乙两球和弹簧组成的系统,只有弹力做功,系统的机械能守恒,故D正确;
故选:CD.
质量为3m的小车,运动速度为v0,与质量为2m的静止小车碰撞后连在一起运动,则碰撞后两车的总动量为( )
正确答案
解析
解:两车碰撞过程动量守恒,设初速度的方向为正方向,由动量守恒定律得:
3mv0=(3m+2m)v′
解得:v′=v0,
两车碰撞后的总动量:
P′=(3m+2m)v′=3mv0;
故选:C
如图两摆摆长相同,悬挂于同一高度,A、B两摆球体积均很小,当两摆均处于自由静止状态时,其侧面刚好接触.向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成60°角,然后将其由静止释放.在最低点两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成37°,忽略空气阻力.求:
①A球和B球质量之比
②两球在碰撞过程中损失的机械能与B球在碰前的最大动能之比.
正确答案
解:(1)向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成60°角,向下摆动的过程,机械能守恒,则有:
mg×=
mv2
v=,
两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成37°,
机械能守恒,则有:
m′g×0.2L=m′v′2
v′=2,
B球与A球碰撞,粘在一起,规定向左为正方向,根据动量守恒得
mBv=(mA+mB)v′
解得:=
,
(2)B球在碰前的最大动能是Ek=mBv2=
mBgL=5mBL
两球在碰撞过程中损失的机械能△E=mBgL-
(mA+mB)v′2=(5-
)mBL
所以两球在碰撞过程中损失的机械能与B球在碰前的最大动能之比是,
答:①A球和B球质量之比是,
②两球在碰撞过程中损失的机械能与B球在碰前的最大动能之比是.
解析
解:(1)向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成60°角,向下摆动的过程,机械能守恒,则有:
mg×=
mv2
v=,
两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成37°,
机械能守恒,则有:
m′g×0.2L=m′v′2
v′=2,
B球与A球碰撞,粘在一起,规定向左为正方向,根据动量守恒得
mBv=(mA+mB)v′
解得:=
,
(2)B球在碰前的最大动能是Ek=mBv2=
mBgL=5mBL
两球在碰撞过程中损失的机械能△E=mBgL-
(mA+mB)v′2=(5-
)mBL
所以两球在碰撞过程中损失的机械能与B球在碰前的最大动能之比是,
答:①A球和B球质量之比是,
②两球在碰撞过程中损失的机械能与B球在碰前的最大动能之比是.
如图所示,光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动.两球质量关系为mB=2mA,规定向右为正方向,A球的动量为6kg•m/s,B两球的动量为4kg•m/s,运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量增量为-4kg•m/s,则左方是______球,碰撞后A、B两球速度大小之比为______.
正确答案
A
4:3
解析
解:因为A、B两球的质量关系为1:2,可知两球碰撞前的速度大小之比为3:1,即A的速度大于B的速度,则左方小球为A球,
规定向右为正方向,根据动量守恒定律有:PA+PB=PA′+PB′,
若B的初速度方向向右,代入数据6+4=-4+PB′,解得PB′=14kgm/s,因为,因为碰撞过程动能不增加,则不符合题意.
若B的初速度方向向左,代入数据6-4=-4+PB′,解得PB′=6kgm/s,碰撞过程动能不增加,符合题意,
因为动量之比为2:3,则A、B两球碰后速度之比为4:3.
故答案为:A,4:3.
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