- 动量守恒定律
- 共6204题
(1)氢原子从能级A跃迁到能级B吸收波长为λ1的光子,从能级A跃迁到能级C吸收波长为λ2的光子,若λ2>λ1,则当它从能级B跃迁到能级C时,将______(选填“吸收”或“放出”)波长为______的光子.
(2)如图,一质量为m的小球静止在光滑水平桌面的边缘,质量为M(M>m)的小物块以水平速度V运动到桌边与小球相碰,碰后小球与物块落到水平地面上,其落地点与桌面边缘的水平距离之比为xm:xM=9:1,已知碰撞时间极短且无动能损失,碰撞前后物块、小球在同一条直线上运动,求小球质量m与物块质量M的比值.
正确答案
解:(1)原子从能级A跃迁到能级B吸收波长为λ1的光子,说明能级A能量低于能级B.从能级A跃迁到能级C吸收波长为λ2的光子,说明能级A低于能级C,λ2>λ1,h>h
,则可知B能级高于能级C,根据玻尔理论得知,氢原子从能级B跃迁到能级C时,将放出光子.
由玻尔理论得
EB-EA=h,EC-EA=h
,
设氢原子从能级B跃迁到能级C时放出的光子波长为λ,则
EB-EC=h
由以上三式得 λ=
(2)取水平向右为正方向,对于碰撞过程,由动量守恒和动能守恒得
MV=mv+MV′
=
+
解得 v=,V′=
碰撞后,物块和小球均做平抛运动,则有
h=
xm=vt,
xM=V′t
联立解得,m:M=7:9
故答案为:(1)放出,;(2)小球质量m与物块质量M的比值是7:9.
解析
解:(1)原子从能级A跃迁到能级B吸收波长为λ1的光子,说明能级A能量低于能级B.从能级A跃迁到能级C吸收波长为λ2的光子,说明能级A低于能级C,λ2>λ1,h>h
,则可知B能级高于能级C,根据玻尔理论得知,氢原子从能级B跃迁到能级C时,将放出光子.
由玻尔理论得
EB-EA=h,EC-EA=h
,
设氢原子从能级B跃迁到能级C时放出的光子波长为λ,则
EB-EC=h
由以上三式得 λ=
(2)取水平向右为正方向,对于碰撞过程,由动量守恒和动能守恒得
MV=mv+MV′
=
+
解得 v=,V′=
碰撞后,物块和小球均做平抛运动,则有
h=
xm=vt,
xM=V′t
联立解得,m:M=7:9
故答案为:(1)放出,;(2)小球质量m与物块质量M的比值是7:9.
两个物体放在光滑水平面上,它们之间有一个被压缩的轻质弹簧,用细线把它们拴住.已知两物体质量之比m1:m2=2:1.把细线烧断后,两物体被弹开,则( )
正确答案
解析
解:A、在弹开时,动量守恒,则两物体动量大小之比为1:1.故AB错误;
C、根据动量守恒定律得:0=m1v1-m2v2,则两物体的速度大小之比等于质量之反比,为:=
=
.故C错误,D正确.
故选:D.
如图静止在水面上的船,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,不计水的阻力则船移动的距离为.( )
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.
则有:m=M
解得:x=.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
如图所示,光滑水平桌面上固定两平行导轨CD、EF,“⊂”形薄导轨槽与平行导轨之间的接触部分是粗糙的,图为俯视图,两导轨足够长.一个木质滑块(阴影部分)放置在“⊂”形槽内,滑块左侧面和“⊂”形槽的左半部均是半径为r的半圆柱形,滑块可在“⊂”形槽的内侧无摩擦的滑动.现有一可视为质点的金属小球以水平初速度v冲向静止的滑块,从滑块的一侧半圆形槽口边缘进入,从另一侧飞出后进入静止的“⊂”槽内,“⊂”槽没有发生滑动.已知金属小球的质量为m,木质滑块的质量为km,k>l.求:
(1)当金属小球第一次经过木质滑块上的半圆柱形凹槽的最右端A点时,滑块的速度大小;
(2)当金属小球第一次经过“⊂”形槽最左端B点时,“⊂”形槽与平行导轨间的摩擦力大小;
(3)若k=9,则滑块最终的速度大小.
正确答案
解:(1)到达A点,两物体水平方向动量守恒且水平速度相等,根据动量守恒定律得:
mv=(m+km)v共
解得:
(2)球与滑块从接触到分离,根据动量守恒定律得:mv=mv1+kmv2①
根据机械能守恒定律得②,
此后球以速度v2进入左侧半圆轨道,做匀速圆周运动,显然到达B点对“⊂”形槽水平方向作用力最大,f=③
由①②③得:f=
(3)k=9带入①②得速度大小:小球,滑块
,
此后根据动量守恒定律得:mv1+kmv2=mv3+kmv4④
根据机械能守恒定律得⑤
k=9带入④⑤得速度大小:,
则小球的速度小于滑块的速度,所以滑块最终的速度大小为.
答:(1)当金属小球第一次经过木质滑块上的半圆柱形凹槽的最右端A点时,滑块的速度大小为;
(2)当金属小球第一次经过“⊂”形槽最左端B点时,“⊂”形槽与平行导轨间的摩擦力大小为;
(3)若k=9,则滑块最终的速度大小为.
解析
解:(1)到达A点,两物体水平方向动量守恒且水平速度相等,根据动量守恒定律得:
mv=(m+km)v共
解得:
(2)球与滑块从接触到分离,根据动量守恒定律得:mv=mv1+kmv2①
根据机械能守恒定律得②,
此后球以速度v2进入左侧半圆轨道,做匀速圆周运动,显然到达B点对“⊂”形槽水平方向作用力最大,f=③
由①②③得:f=
(3)k=9带入①②得速度大小:小球,滑块
,
此后根据动量守恒定律得:mv1+kmv2=mv3+kmv4④
根据机械能守恒定律得⑤
k=9带入④⑤得速度大小:,
则小球的速度小于滑块的速度,所以滑块最终的速度大小为.
答:(1)当金属小球第一次经过木质滑块上的半圆柱形凹槽的最右端A点时,滑块的速度大小为;
(2)当金属小球第一次经过“⊂”形槽最左端B点时,“⊂”形槽与平行导轨间的摩擦力大小为;
(3)若k=9,则滑块最终的速度大小为.
如图所示,在光滑的水平桌面上有一长为L=2m的木板C,它的两端各有一块挡板,C连同挡板的总质量为mC=5kg,在C的中央并排放着两个可视为质点的滑块A与B,其质量分别为mA=1kg、mB=4kg,开始时A、B、C均处于静止状态,并且A、B间夹有少许炸药,炸药爆炸使得A以vA=6m/s的速度水平向左运动,不计一切摩擦,两滑块中任一块与挡板碰撞后就与挡板合成一体,爆炸与碰撞时间不计,求:
(1)当两滑块都与挡板碰撞后,板C的速度多大?
(2)从爆炸开始到两个滑块都与挡板碰撞为止,板C的位移多大?方向如何?
正确答案
解:炸药爆炸,滑块A与B分别获得向左和向右的速度,由动量守恒可知,A的速度较大(A的质量小),A、B均做匀速运动,A先与挡板相碰合成一体(满足动量守恒)一起向左匀速运动,最终B也与挡板相碰合成一体(满足动量守恒),整个过程满足动量守恒.
(1)整个过程A、B、C系统动量守恒,有:
0=(mA+mB+mC)v,
所以v=0
(2)炸药爆炸,A、B获得的速度大小分别为vA、vB.以向左为正方向,根据动量守恒得:
mAvA-mBvB=0,
解得:vB=1.5m/s,方向向右
然后A向左运动,与挡板相撞并合成一体,共同速度大小为vAC,
由动量守恒,有:
mAvA=(mA+mC)vAC,
解得:vAC=1m/s
此过程持续的时间为:t1==
s
此后,设经过t2时间B与挡板相撞并合成一体,则有:=vACt2+vB(t1+t2),解得:t2=0.3s
所以,板C的总位移为:xC=vACt2=0.3m,方向向左.
答:
(1)板C的速度是0.
(2)板C的位移大小是0.3m,方向向左.
解析
解:炸药爆炸,滑块A与B分别获得向左和向右的速度,由动量守恒可知,A的速度较大(A的质量小),A、B均做匀速运动,A先与挡板相碰合成一体(满足动量守恒)一起向左匀速运动,最终B也与挡板相碰合成一体(满足动量守恒),整个过程满足动量守恒.
(1)整个过程A、B、C系统动量守恒,有:
0=(mA+mB+mC)v,
所以v=0
(2)炸药爆炸,A、B获得的速度大小分别为vA、vB.以向左为正方向,根据动量守恒得:
mAvA-mBvB=0,
解得:vB=1.5m/s,方向向右
然后A向左运动,与挡板相撞并合成一体,共同速度大小为vAC,
由动量守恒,有:
mAvA=(mA+mC)vAC,
解得:vAC=1m/s
此过程持续的时间为:t1==
s
此后,设经过t2时间B与挡板相撞并合成一体,则有:=vACt2+vB(t1+t2),解得:t2=0.3s
所以,板C的总位移为:xC=vACt2=0.3m,方向向左.
答:
(1)板C的速度是0.
(2)板C的位移大小是0.3m,方向向左.
如图所示,质量为m=0.99kg的物体(可视为质点)放在质量为M=2kg的小车左端,静止在光滑水平面上.此时一颗质量为m0=0.01kg的子弹,以水平初速度v0=300m/s射向物体并留在其中(入射时间极短).已知物体与小车的动摩擦因数为μ=0.2,最终物体刚好不掉下小车.求
(1)物体和小车最终的速度大小?
(2)从子弹入射到三者共速过程,小车前进的位移.
正确答案
解:(1)对于子弹与物块相互作用的过程和物体与小车相互作用的过程,规定向右为正方向,
由动量守恒定律得
m0v0=(M+m+m0)v′
代入数据解得:v′=1m/s,
(2)从子弹入射到三者共速过程,设小车前进的位移为s,
对小车列动能定理得:
μ(m+m0)gs=Mv′2-0
解得:s=0.5m,
答:(1)物体和小车最终的速度大小是1m/s,
(2)从子弹入射到三者共速过程,小车前进的位移是0.5m.
解析
解:(1)对于子弹与物块相互作用的过程和物体与小车相互作用的过程,规定向右为正方向,
由动量守恒定律得
m0v0=(M+m+m0)v′
代入数据解得:v′=1m/s,
(2)从子弹入射到三者共速过程,设小车前进的位移为s,
对小车列动能定理得:
μ(m+m0)gs=Mv′2-0
解得:s=0.5m,
答:(1)物体和小车最终的速度大小是1m/s,
(2)从子弹入射到三者共速过程,小车前进的位移是0.5m.
质量相等的两个小球在光滑水平面上,沿同一直线同方向运动,A的初动量7;B的初动量5,当A追上B发生碰撞后,A、B球动量的可能值为( )
正确答案
解析
解:以A、B两球组成的系统为对象.设两球的质量均为m.当A球追上B球时发生碰撞,遵守动量守恒.由题,碰撞前总动量为:p=pA+pB=7+5=ɛs.碰撞前总动能为:Ek=+
=
+
=
;
A、如果PA=6kg•m/s、PB=6kg•m/s,碰撞后总动量为p′=6+6=12kg•m/s,系统动量守恒定律.碰撞后总动能为 Ek′=+
=
,系统总动能不增加,故A正确.
B、如果PA=3kg•m/s PB=9kg•m/s,碰撞后总动量为p′=3+9=12kg•m/s,系统动量守恒定律.碰撞后总动能为 Ek′=+
=
,系统总动能增加,故B错误;
C、如果PA=-2kg•m/s PB=14kg•m/s,碰撞后总动量为p′=-2+14=12kg•m/s,系统动量守恒定律.碰撞后总动能为 Ek′=+
=
,系统总动能增加,故C错误;
D、如果PA=-4kg•m/s PB=10kg•m/s,碰撞后总动量为p′=-4+10=6kg•m/s,系统动量不守恒定律,故D错误;
故选:A.
如图,质量为m的人在质量为M的平板车上从左端走到右端,若不计平板车与地面的摩擦,则下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、人与车组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv人+Mv车=0,故车的方向一定与人的运动方向相反;故人与车的速度方向相反,人在车上向右行走时,车将向左运动,故A正确;
B、因总动量为零,故人停止走动速度为零时,车的速度也为零,故B错误;
C、因人与车的运动时间相等,动量守恒,以人的方向为正方向,则有:mx人-Mx车=0;故车与人的位移之比为:=
不变;则车的位移与人的运动速度无关,不论人的速度多大,车在地面上移动的距离都相等;故CD正确;
本题选错误的,故选B.
在光滑水平面上有一凹槽A,中央放一小物块B,物块与左右两边槽壁的距离如图所示,L为1.0m,凹槽与物块的质量均为m,两者之间的动摩擦因数μ为0.05,开始时物块静止,凹槽以v0=5m/s初速度向右运动,设物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失,且碰撞时间不计,g取10m/s2,求:
(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度;
(2)从凹槽开始运动到两者相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数;
(3)从凹槽开始运动到两者刚相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小.
正确答案
解:(1)设两者间相对静止时的速度为,由动量守恒定律得:
mv0=2mv
解得:v=
(2)物块与凹槽间的滑动摩擦力f=μN=μmg
设两者间相对静止前,相对运动的路程为1,由动能定理得:
解得:s1=12.5m
已知=1m,可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞.
(3)设凹槽与物块碰前的速度分别为1、2,碰后的速度分别为v1′、v2′.有
mv1+mv2=mv1′+mv2′,
得 v1′=v2,v2′=v1
即每碰撞一次凹槽与物块发生一次速度交换,在同一坐标系上两者的速度图线如图所示,
根据碰撞次数可分为13段,凹槽、物块的图象在两条连续的匀变速运动图线间转换,
故可用匀变速直线运动规律求时间.则
v=v0+at,a=-μg
解得:t=5s
凹槽的图象所包围的阴影面积即为凹槽的位移大小s2.(等腰三角形面积共分13份,第一份面积为0.5.其余每份面积均为.)
答:(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度为2.5m/s;
(2)从凹槽开始运动到两者相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数6次;
(3)从凹槽开始运动到两者刚相对静止所经历的时间为5s,该时间内凹槽运动的位移大小为12.75m.
解析
解:(1)设两者间相对静止时的速度为,由动量守恒定律得:
mv0=2mv
解得:v=
(2)物块与凹槽间的滑动摩擦力f=μN=μmg
设两者间相对静止前,相对运动的路程为1,由动能定理得:
解得:s1=12.5m
已知=1m,可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞.
(3)设凹槽与物块碰前的速度分别为1、2,碰后的速度分别为v1′、v2′.有
mv1+mv2=mv1′+mv2′,
得 v1′=v2,v2′=v1
即每碰撞一次凹槽与物块发生一次速度交换,在同一坐标系上两者的速度图线如图所示,
根据碰撞次数可分为13段,凹槽、物块的图象在两条连续的匀变速运动图线间转换,
故可用匀变速直线运动规律求时间.则
v=v0+at,a=-μg
解得:t=5s
凹槽的图象所包围的阴影面积即为凹槽的位移大小s2.(等腰三角形面积共分13份,第一份面积为0.5.其余每份面积均为.)
答:(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度为2.5m/s;
(2)从凹槽开始运动到两者相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数6次;
(3)从凹槽开始运动到两者刚相对静止所经历的时间为5s,该时间内凹槽运动的位移大小为12.75m.
如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,其右端固定一根水平轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,这段滑板与木块A(可视为质点)之间的动摩擦因数μ=0.2,而弹簧自由端C到弹簧固定端D所对应的滑板上表面光滑.小木块A以速度v0=10m/s,由滑板B左端开始沿滑板水平上表面向右运动.已知木块A的质量m=1kg,g取 10m/s2.求
(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度;
(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧弹性势能的最大值为多少?
正确答案
解:(1)弹簧被压缩到最短时,木块A与滑板B具有相同的速度,设为v,从木块A开始沿滑板B表面向右运动至弹簧被压缩到最短的过程中,规定向右为正方向,根据A、B系统的动量守恒:
mv0=(M+m)v
解得:v=v0.
代入数据得木块A的速度为:v=2 m/s.
(2)木块A压缩弹簧过程中,弹簧被压缩到最短时,弹簧的弹性势能最大.由能量关系,最大弹性势能为:
Ep=mv02-
(m+M)v2-μmgL
代入数据得:Ep=39 J.
答:(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度为2m/s;
(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为39J.
解析
解:(1)弹簧被压缩到最短时,木块A与滑板B具有相同的速度,设为v,从木块A开始沿滑板B表面向右运动至弹簧被压缩到最短的过程中,规定向右为正方向,根据A、B系统的动量守恒:
mv0=(M+m)v
解得:v=v0.
代入数据得木块A的速度为:v=2 m/s.
(2)木块A压缩弹簧过程中,弹簧被压缩到最短时,弹簧的弹性势能最大.由能量关系,最大弹性势能为:
Ep=mv02-
(m+M)v2-μmgL
代入数据得:Ep=39 J.
答:(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度为2m/s;
(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为39J.
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