- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,一个质量为M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质量为m的小木块.现使木箱获得一个向左的初速度v0,则( )
正确答案
解析
解:A、系统所受外力的合力为零,动量守恒,初状态木箱有向左的动量,小木块动量为零,故系统总动量向左,系统内部存在摩擦力,阻碍两物体间的相对滑动,最终相对静止,由于系统的总动量守恒,不管中间过程如何相互作用,根据动量守恒定律,最终两物体以相同的速度一起向左运动.故A错误;
B、规定向左为正方向,根据动量守恒:Mv0=mv1+Mv2;v2=0,可得v1=,故B错误.
C、最终两物体速度相同,由动量守恒得:Mv0=(m+M)v,则得 v=,方向向左,故C正确.
D、木箱和小木块系统机械能最终损失△E=Mv02-
(m+M)v2=
,故D错误;
故选:C.
如图所示,放置在水平地面上的木板B的左端固定一轻弹簧,弹簧右端与物块A相连.已知A、B质量相等,二者处于静止状态,且所有接触面均光滑.现设法使物块A以一定的初速度沿木板B向右运动,在此后的运动过程中弹簧始终处在弹性限度内,且物块A始终在木板B上.下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:对A、B在水平方向受力分析可知,A与B在水平方向受到的外力为0,A、B与弹簧在水平方向的动量守恒,系统的机械能守恒.
开始时弹簧的伸长量比较小,则F比较小,A做减速运动,B做加速运动,当弹簧伸长至最长时,二者的速度相等;此后A继续减速,B继续加速,弹簧开始收缩.根据动量守恒定律:mv0=mv1+mv2,和机械能守恒可知,当弹簧的长度恰好等于原长时,B的速度最大;此后弹簧进行压缩,A的速度开始增大,B的速度开始减小.
A、对A、B在水平方向受力分析可知,A与B在水平方向受到的外力为0,都受到弹簧的弹力,设F为弹簧的弹力;
当加速度大小相同为a时,对A有:ma=F=kx,A的加速度与弹簧的形变量成正比,由于弹簧先伸长,后又压缩,所以弹簧对A的作用力先增大,后减小,则A的加速度先增大,后减小.故A错误;
B、由开始时的分析可知,当当弹簧伸长至最长时,二者的速度相等,此时的弹性势能最大,此时A的速度不是最大.故B错误;
C、由于A、B质量相等,当弹簧的长度恰好等于原长时,B的速度最大,故C错误;
D、当弹簧的长度恰好等于原长时,B的速度最大,设A、B的速度分别是:v1,v2,选择向右为正方向,则根据动量守恒定律得:mv0=mv1+mv2
根据机械能守恒得:
联立可得:v1=0,v2=v0.故D正确.
故选:D
在光滑水平面上,一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后,A球的速度方向与碰撞前相反,则碰撞后B球的速度大小可能是( )
正确答案
解析
解:AB两球在水平方向上合外力为零,A球和B球碰撞的过程中动量守恒,设AB两球碰撞后的速度分别为V1、V2,
选A原来的运动方向为正方向,由动量守恒定律有:
mv=-mv1+2mv2…①
假设碰后A球静止,即v1=0,可得:v2=0.5v
由题意知球A被反弹,所以球B的速度:v2>0.5v…②
AB两球碰撞过程能量可能有损失,由能量关系有mv2≥
mv12+
×2mv22…③
①③两式联立得:v2≤v…④
由②④两式可得:0.5v<v2≤v,
符合条件的只有0.6v,所以选项A正确,BCD错误;
故选:A
如图所示,足够长的水平传送带以速度v沿逆时针方向转动,传送带的左端与光滑圆弧轨道底部平滑连接,圆弧轨道上的A点与圆心等高,一小物块从A点静止滑下,再滑上传送带,经过一段时间又返回圆弧轨道,返回圆弧轨道时小物块恰好能到达A点,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、物体在圆轨道上下滑的过程中,物体的机械能守恒,
根据机械能守恒可得,mgR=mv02,
所以小物块滑上传送带的初速度 v0=,
物体到达传送带上之后,由于摩擦力的作用开始减速,速度减小为零之后,又在传送带的摩擦力的作用下反向加速,
根据物体的受力可知,物体在减速和加速的过程物体的加速度的大小是相同的,所以物体返回圆轨道时速度大小等于从圆轨道下滑刚到传送带时的速度大小,只要传送带的速度v≥,物体就能返回到A点.则R
.故A错误.
B、若减小传送带速度,只要传送带的速度v≥,物体就能返回到A点.故B正确.
C、D若增大传送带的速度,由于物体返回到圆轨道的速度不变,只能滑到A点,不能滑到圆弧轨道的最高点.故C错误,D正确.
选BD
如图所示,大小相同的摆球a和b的质量分别为m和3m,摆长相同,并排悬挂,平衡时两球刚好接触.现将摆球a向左边拉开一小角度后释放,若两球的碰撞是弹性的,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两球在碰撞前后,水平方向不受外力,故水平方向两球组成的系统动量守恒,由动量守恒定律有:mv0=mv1+3mv2,两球碰撞是弹性的,故机械能守恒,即:mv02=
mv12+
3mv22,解两式得:v1=-
,v2=
,可见第一次碰撞后的瞬间,两球的速度大小相等,故A正确;
B、由前面分析知两球速度大小相等,因两球质量不相等,故两球碰后的动量大小不相等,故B错误;
C、两球碰后上摆过程,机械能守恒,故上升的最大高度相等,另摆长相等,故两球碰后的最大摆角相同,故C错误;D正确;
故选:AD.
质量为m=0.01kg子弹以300m/s的速度射中一静止在光滑水平面上的质量为M的木块,子弹进入木块6cm深后,相对木块静止,这一过程中,木块向前移动了0.2m,则木块的末速度是______m/s.
正确答案
10
解析
解:子弹与木块最后具有相同的速度,根据动量守恒定律:mv0=(m+M)v①
根据动能定理,对子弹:-f•(0.06+0.2)=mv2-
mv02 ②
对木块:f•0.2Mv2③
联立①②③得:
v=10m/s
故答案为:10.
光滑水平面上放有如图所示的“┙”型滑板质量为4m,距滑板的A壁为L的B处放有一质量为m的小物体,物体与板面的摩擦不计,初始时刻滑板与物体都静止,现用一恒力F水平向右推小物体,试求:
(1)小物体与滑板A壁碰前小物体的速度v是多大?
(2)若小物体与A壁碰后相对水平面的速度大小为,则“┙”型滑板的速度是多大?(F远小于碰撞时产生的作用力)
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律得,小物体的加速度a=,
根据v2=2aL得,v=.
(2)由于F远小于碰撞时产生的作用力,所以A、B碰撞前后瞬间,系统动量守恒,规定向右为正方向,根据动量守恒定律得,
mv=mv1+4mv2,
即.
解得.
答:(1)小物体与滑板A壁碰前小物体的速度v是.
(2)“┙”型滑板的速度是.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律得,小物体的加速度a=,
根据v2=2aL得,v=.
(2)由于F远小于碰撞时产生的作用力,所以A、B碰撞前后瞬间,系统动量守恒,规定向右为正方向,根据动量守恒定律得,
mv=mv1+4mv2,
即.
解得.
答:(1)小物体与滑板A壁碰前小物体的速度v是.
(2)“┙”型滑板的速度是.
如图所示,静止在光滑水平面上的弧形木板质量为2m,AB部分是半径为R=0.6m、圆心角θ=60°的光滑圆弧轨道,BC部分是长为L=0.75m的粗糙水平轨道.一质量为m的小物块(视为质点)从A处轻轻释放后恰好滑到达C点.重力加速度取g=10m/s2.求:
①物块到达B点时的速度大小υB;
②物块与BC间的动摩擦因数μ.
正确答案
解:①物块从A点滑到B点的过程,系统水平方向的动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律有:
mυB-2mυ1=0,
A到B过程系统机械能能守恒,由机械能守恒定律有:
mg (R-Rcos60°)=mυB2+
×2mυ12,
代入数据解得:υB=2m/s;
②物块从A点滑到C点的过程中,系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒有:
3 mυ2=0,
由能量守恒定律有:mg (R-Rcos60°)=μmgL
解得:μ=0.4;
答:①物块到达B点时的速度大小υB为2m/s;
②物块与BC间的动摩擦因数μ为0.4.
解析
解:①物块从A点滑到B点的过程,系统水平方向的动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律有:
mυB-2mυ1=0,
A到B过程系统机械能能守恒,由机械能守恒定律有:
mg (R-Rcos60°)=mυB2+
×2mυ12,
代入数据解得:υB=2m/s;
②物块从A点滑到C点的过程中,系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒有:
3 mυ2=0,
由能量守恒定律有:mg (R-Rcos60°)=μmgL
解得:μ=0.4;
答:①物块到达B点时的速度大小υB为2m/s;
②物块与BC间的动摩擦因数μ为0.4.
在高出水平地面h=0.8m的光滑平台边缘静止放置一质量M=1kg用特殊材料制成的小木块.有一质量m=0.01kg的子弹,以速度v0射入木块后,以水平速度
射出木块.木块离开平台后恰好无碰撞的沿切线落入光滑的圆弧中,已知圆弧半径R=1m,所对应的圆心角为53°.(v0为未知量,取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)木块离开平台时的速度v;
(2)木块运动到圆弧最低点F时对圆弧的压力多大;
(3)子弹射入木块的过程中系统损失的机械能.
正确答案
解:(1)设木块平抛运动的时间为t,由平抛运动规律得:
竖直方向:h=gt2,vy=gt,
代入数据解得:vy=4m/s,
沿切线落入圆弧,合速度沿切线,可得水平速度:v==3m/s;
(2)从木块离开水平面边缘到圆弧最低点过程,由动能定理有:
Mg(h+R-Rcos53°)=Mvy2-
Mv2,
在最低点,由牛顿第二定律有F-Mg=M,
代入数据解得:F=43N,
根据牛顿第三定律可知,B运动到圆弧最低点时对圆弧的压力为43N;
(3)设子弹穿过物块的过程中,子弹与木块组成的系统动量守恒,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=m+Mv,代入数据解得:v0=600m/s,
由能量守恒定律的,系统的机械能损失为:△E=mv02-
m
-
Mv2,
代入数据解得:△E=1345.5J;
答:(1)木块离开平台时的速度v为3m/s;
(2)木块运动到圆弧最低点F时对圆弧的压力43N;
(3)子弹射入木块的过程中系统损失的机械能为1345.5J.
解析
解:(1)设木块平抛运动的时间为t,由平抛运动规律得:
竖直方向:h=gt2,vy=gt,
代入数据解得:vy=4m/s,
沿切线落入圆弧,合速度沿切线,可得水平速度:v==3m/s;
(2)从木块离开水平面边缘到圆弧最低点过程,由动能定理有:
Mg(h+R-Rcos53°)=Mvy2-
Mv2,
在最低点,由牛顿第二定律有F-Mg=M,
代入数据解得:F=43N,
根据牛顿第三定律可知,B运动到圆弧最低点时对圆弧的压力为43N;
(3)设子弹穿过物块的过程中,子弹与木块组成的系统动量守恒,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=m+Mv,代入数据解得:v0=600m/s,
由能量守恒定律的,系统的机械能损失为:△E=mv02-
m
-
Mv2,
代入数据解得:△E=1345.5J;
答:(1)木块离开平台时的速度v为3m/s;
(2)木块运动到圆弧最低点F时对圆弧的压力43N;
(3)子弹射入木块的过程中系统损失的机械能为1345.5J.
一质量为0.1kg的小球自t=0时刻从水平地面上方某处自由下落,小球与地面碰后反向弹回,不计空气阻力,也不计小球与地面碰撞的时间,小球距地面的高度h与运动时间t关系如图所示,取g=10m/s2.则( )
正确答案
解析
解:A、由图可知,小球从20m高的地方落下,由机械能守恒定律可知,落地时的速度v1==20m/s;
而碰后,小球上升的高度为5m,同理可知,碰后的速度v2==10m/s,故A正确;
B、小球与地面碰后反向弹回,速度的方向改变,小球的动量不守恒,所以B错误;
C、小球碰前的机械能E1=mv12=20J; 而碰后的机械能E2=
mv22=5J,故机械能的改变量为E1-E2=15J; 故C正确;
D、由图可知,从小球第二次弹起至第三次碰撞,用时1s,而第三次弹起时,其速度减小,故在空中时间减小,故应在6s前发生第四次碰撞,故D错误;
故选:AC.
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