- 动量守恒定律
- 共6204题
(2015秋•威海期末)如图所示,在光滑的水平地面上放置A、B两小车,A、B两小车质量皆为M,在A车的右端有一质量为m的小物块,M=2m.现A车与小物块一起以速度v0向右运动,A车与B车碰撞后小物块滑到B车上,最终小物块与B车一起以速度
向右运动.(忽略空气阻力、碰撞时间)求:
①A车最后的速度;
②小物块在B车上滑动的过程中克服摩擦力做的功.
正确答案
解:①A车与B车碰撞过程中,系统动量守恒,以向右为正,根据动量守恒定律得:
(m+M)v0=MvA+(M+m)v,
其中v=
解得:
②小物块在B车上滑动的过程中,根据动能定理得:
W=
答:①A车最后的速度为;
②小物块在B车上滑动的过程中克服摩擦力做的功为.
解析
解:①A车与B车碰撞过程中,系统动量守恒,以向右为正,根据动量守恒定律得:
(m+M)v0=MvA+(M+m)v,
其中v=
解得:
②小物块在B车上滑动的过程中,根据动能定理得:
W=
答:①A车最后的速度为;
②小物块在B车上滑动的过程中克服摩擦力做的功为.
如图所示,在光滑水平面上叠放着质量为2m,4m的物体A、B,A与B间的动摩擦因数为μ,质量为m的小球以水平速度v射向A,以
的速度返回,求
(1)小球与A碰后瞬间A的速度大小;
(2)木板B至少多长,A才不至于滑落.
正确答案
解:(1)对小球和组成的系统由动量守恒定律,有:
=(-)+…①
设和相对静止后的速度为,对与组成的系统由动量守恒定律,有:
=(+)…②
由①②得:==
…③
(2)A、B相互作用的过程中系统减小的动能转化为内能,A恰好不滑落的条件是A滑到B的左端时两者速度相等,
设在上滑行的距离为,由功能关系,有:
μmAgd=mAvA2-
(mA+mB)v12…④
由③④得:d==
答:(1)A与B相对静止时的速度是;
(2)木板B至少d=,A才不至于滑落.
解析
解:(1)对小球和组成的系统由动量守恒定律,有:
=(-)+…①
设和相对静止后的速度为,对与组成的系统由动量守恒定律,有:
=(+)…②
由①②得:==
…③
(2)A、B相互作用的过程中系统减小的动能转化为内能,A恰好不滑落的条件是A滑到B的左端时两者速度相等,
设在上滑行的距离为,由功能关系,有:
μmAgd=mAvA2-
(mA+mB)v12…④
由③④得:d==
答:(1)A与B相对静止时的速度是;
(2)木板B至少d=,A才不至于滑落.
一个半径为r的光滑圆形槽装在小车上,小车停放在光滑的水平面上,如图所示,处在最低点的小球受击后获得水平向左的速度v=
,开始在槽内运动,则下面判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在整个运动的过程中,因为系统在竖直方向上外力之和不为零,所以小车与小球的系统动量不守恒,但系统在水平方向上不受其它力作用,故系统在水平方向上动量守恒,故A正确;
B、在小球和小车运动过程中只有重力对小球做功,故小车和球组成的系统机械能守恒,故B正确;
CD、根据水平方向动量守恒可知,当小球上升到最大高度时,小球与车具有水平方向共同的速度,再根据机械能守恒可知,若小球能上升最大高度为r,则小球和车在水平方向速度为0,所以可知,小球上升的最大高度小于r,故C、D均错误.
故选:AB.
(1)如图1所示,a和b是氢原子光谱上的两条谱线,这两条谱线均是氢原子从n=4的激发态跃迁到低能级时的辐射光,设a光谱和b光谱的光子的频率分别为υ1和υ2,则υ1______υ2(填“>”,“=”或“<”);已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,则b是原子从n=4的能级跃迁到n=______的能级时的辐射光;若氢原子从n=2的能级跃迁到基态,则氢原子向外辐射的光子的波长为______(用光速“c”、“υ1”和“υ2”表示).
(2)质量为M=6kg的木板B静止于光滑水平面上,物块A质量为1kg,停在B的左端(如图2).质量也为1kg的小球用长为0.8m的轻绳悬挂在固定点O上,将轻绳拉直至水平位置后,由静止释放小球,小球在最低点与A发生碰撞,碰撞时间极短,且无机械能损失,物块与小球可视为质点,不计空气阻力.已知A、B间的动摩擦因数μ=0.1,A离开B时的速度是B的2倍,g取10m/s2.求木板多长?
正确答案
<
1
解析
解:(1)从图1中可以看出a的波长大于b的波长,所以a的频率小于b的频率;
根据知a的能量小于b的能量,则谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,则b是原子从n=4的能级跃迁到n=1的能级时的辐射光;
所以a与b的能量差即等于氢原子从n=2的能级跃迁到基态时放出的能量,即:
E3=Eb-Ea=hv2-hv1
又:
所以:
故答案为:<,1,;
(2)由机械能守恒有:,
解得:
球与A碰撞过程中,系统动量守恒,机械能守恒,选取小球运动的方向为正方向,有:
mv0=mAvA+mv
由于小球和A质量相等,得:vA=4m/S
A与B相互作用,系统动量守恒:
vA′=2vB
解得:vB=0.5m/s
v′A=1m/s
物块在木板上滑动的过程中,克服摩擦力做功转化的内能等于系统动能的损失:
代入数据解得:L=6.75m
答:木板的长度是6.75m.
如图所示,质量M=3kg的小车A静止在光滑的水平面上,小车上有一质量m=1kg的光滑小球B,将一轻质弹簧压缩并锁定,此时弹簧的弹性势能为EP=6J,小球与小车右壁距离为L=0.4m.解除锁定,小球脱离弹簧后与小车右壁碰撞并被粘住,求:
(1)小球脱离弹簧时小球的速度大小;
(2)在整个过程中,小车移动的距离.
正确答案
解:(1)除锁定后弹簧的弹性势能转化为系统动能,根据动量守恒和能量守恒列出等式得
mv1-Mv2=0
m
+
M
=Ep
解得:1=3m/s 2=1m/s
(2)根据动量守恒和各自位移关系得
=M
x1+x2=L
解得:x2==
=0.1m;
答:(1)小球脱离弹簧时小球3m/s.
(2)在整个过程中,小车移动的距离是0.1m.
解析
解:(1)除锁定后弹簧的弹性势能转化为系统动能,根据动量守恒和能量守恒列出等式得
mv1-Mv2=0
m
+
M
=Ep
解得:1=3m/s 2=1m/s
(2)根据动量守恒和各自位移关系得
=M
x1+x2=L
解得:x2==
=0.1m;
答:(1)小球脱离弹簧时小球3m/s.
(2)在整个过程中,小车移动的距离是0.1m.
小车AB静置于光滑的水平面上,A端固定一个轻质弹簧,B端粘有橡皮泥,AB车质量为M,长为L,质量为m的木块C放在小车上,用细绳连结于小车的A端并使弹簧压缩,开始时AB与C都处于静止状态,如图所示,当突然烧断细绳,弹簧被释放,使物体C离开弹簧向B端冲去,并跟B端橡皮泥粘在一起,以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体C与橡皮泥粘合的过程,发生非弹簧碰撞,系统机械能有损失,故A错误.
B、整个系统在水平方向不受外力,竖直方向上合外力为零,则系统动量一直守恒,故B正确,
C、取物体C的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:0=mv+MV,得小车对地运动速度为V=-,负号表示方向与v方向相反,故C错误.
D、当物体C与B端橡皮泥粘在一起时,系统又处于静止状态,此时AB车向左运动的位移最大,设最大位移为x,运动时间为t,AC间距为X0,则根据动量守恒定律得:m-M
=0,得x=
<
L,故D正确.
故选:BD.
如图所示,静止在光滑水平面上的长木板B,质量为M=2kg,长l1=4.5m.与B等高的固定平台CD长l2=3m,平台右侧有一竖直放置且半径R=1m的光滑半圆轨道DEF.质量m=1kg的小滑块A以初速度v0=6m/s从B的左端水平滑上B,随后A、B向右运动,长木板B与平台CD碰撞前的瞬间,小滑块A的速度大小为vA=4m/s,此时A、B还未达到共同速度.设长木板B与平台碰撞后立即被锁定,小滑块A可视为质点,小滑块A与平台B之间的动摩擦因数μ1=0.2,小滑块A与平台CD之间的动摩擦因数μ2=0.1,s=0.5m,g=10m/s2.求:
(1)长木板B与平台碰撞前的瞬间,B的速度大小是多少?
(2)小滑块A在半圆轨道上能达到的最大高度.
(3)小滑块A最终停在离木板B左端多远处?
正确答案
解:(1)滑块在长木板上运动的过程中,水平方向没有外力,系统的动量守恒,取向右为正方向,则:
mv0=mvA+Mv2
所以:m/s
(2)滑块滑过平台CD到最高点的过程中摩擦力与重力做功,由动能定理得:
代入数据解得:h=0.5m<1m
滑块没有到达与圆心等高的点,说明滑块一直在轨道上.
(3)由于圆轨道是光滑的,所以滑块回到D时的速度vD:
得:m/s
滑块返回C点时的速度vC:
得:vC=2m/s
由于长木板B与平台碰撞后立即被锁定,所以滑块重新滑上B后木板静止不动,设滑块在B上滑动的距离是x,则:
代入数据得:x=1m
小滑块A最终停在离木板B左端:L=l1-x=4.5m-1m=3.5m
答:(1)长木板B与平台碰撞前的瞬间,B的速度大小是1m/s;
(2)小滑块A在半圆轨道上能达到的最大高度是0.5m.
(3)小滑块A最终停在离木板B左端3.5m.
解析
解:(1)滑块在长木板上运动的过程中,水平方向没有外力,系统的动量守恒,取向右为正方向,则:
mv0=mvA+Mv2
所以:m/s
(2)滑块滑过平台CD到最高点的过程中摩擦力与重力做功,由动能定理得:
代入数据解得:h=0.5m<1m
滑块没有到达与圆心等高的点,说明滑块一直在轨道上.
(3)由于圆轨道是光滑的,所以滑块回到D时的速度vD:
得:m/s
滑块返回C点时的速度vC:
得:vC=2m/s
由于长木板B与平台碰撞后立即被锁定,所以滑块重新滑上B后木板静止不动,设滑块在B上滑动的距离是x,则:
代入数据得:x=1m
小滑块A最终停在离木板B左端:L=l1-x=4.5m-1m=3.5m
答:(1)长木板B与平台碰撞前的瞬间,B的速度大小是1m/s;
(2)小滑块A在半圆轨道上能达到的最大高度是0.5m.
(3)小滑块A最终停在离木板B左端3.5m.
如图所示,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L=8.0m,半径r=
(m),它以v=3.0m/s顺时针匀速转动.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(未画出)相连,其间有一压缩的轻质弹簧处于静止状态,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,可认为A与B碰撞过程中滑块C的速度仍为零.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.已知C与传送带之间的动摩擦因数µ=0.20,g=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)若物体C能在传送带上留下印迹(设并没有改变µ),耍使物块C在传送带上留下的痕迹最长,则传送带沿顺时针方向运动的速度应满足什么条件?
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
代入数据可得:a=2m/s2 x=1.25m
由于:x=1.25m<L,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从传送带右端滑出时的速度为
v=3.0m/s
(2)选取向右为正方向,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
mAv0=(mA+mB)v1
(mA+mB)v1=(mA+mB)v2+mCvC
AB碰撞后,弹簧伸开的过程系统能量守恒:
代入数据可解得:EP=1.0J
(3)在题设条件下,要使痕迹最长.最长痕迹是传递带的总长度,且C在传送带上一直加速到最右端.
对C,设加速的时间是t1,得:
在t1内,传送带的路程:v传t1≥L传+L
解得:v传≥12.5m/s
答:(1)滑块C从传送带右端滑出时的速度大小是3m/s;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能是1J;
(3)耍使物块C在传送带上留下的痕迹最长,则传送带沿顺时针方向运动的速度应满足:v传≥12.5m/s
解析
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
代入数据可得:a=2m/s2 x=1.25m
由于:x=1.25m<L,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从传送带右端滑出时的速度为
v=3.0m/s
(2)选取向右为正方向,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
mAv0=(mA+mB)v1
(mA+mB)v1=(mA+mB)v2+mCvC
AB碰撞后,弹簧伸开的过程系统能量守恒:
代入数据可解得:EP=1.0J
(3)在题设条件下,要使痕迹最长.最长痕迹是传递带的总长度,且C在传送带上一直加速到最右端.
对C,设加速的时间是t1,得:
在t1内,传送带的路程:v传t1≥L传+L
解得:v传≥12.5m/s
答:(1)滑块C从传送带右端滑出时的速度大小是3m/s;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能是1J;
(3)耍使物块C在传送带上留下的痕迹最长,则传送带沿顺时针方向运动的速度应满足:v传≥12.5m/s
静止的实验火箭,总质量为M,当它以对地速度v0喷出质量为△m的高温气体后,火箭的速度为______.
正确答案
v0,方向:竖直向上
解析
解:以火箭和气体组成的系统为研究对象,选高温气体的速度方向为正,
由动量守恒定律得:-(M-△m)v′+△mv0=0,
解得:v′=v0,方向:竖直向上;
故答案为:v0,方向:竖直向上.
科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子.假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ′,则碰撞过程中( )
正确答案
解析
解:光子与电子的碰撞过程中,系统不受外力,也没有能量损失,故系统动量守恒,系统能量也守恒,光子与电子碰撞后,电子能量增加,故光子能量减小,根据E=hv,光子的频率减小,根据λ=知,波长变长,即λ<λ′
故选:C.
扫码查看完整答案与解析