- 动量守恒定律
- 共6204题
在光滑水平面上静置有质量均为m的木板AB和滑块CD,木板AB上表面粗糙,滑块CD上表面是光滑的
圆弧,其始端D点切线水平且在木板AB上表面内,它们紧靠在一起,如图所示.一可视为质点的物块P,质量也为m,从木板AB的右端以初速度v0滑上木板AB,过B点时速度为
,又滑上滑块CD,最终恰好能滑到滑块CD圆弧的最高点C处,求:
(1)物块滑到B处时木板的速度VAB;
(2)滑块CD圆弧的半径R.
正确答案
解:(1)由点A到点B过程中.在水平方向上合外力为零,动量守恒,取向左为正.有:
mv0=mvB+2m•vAB ,
又vB=,
解得:vAB=
(2)由点D到点C,滑块CD与物块水平方向动量守恒,
mv0+m
v0=2m•v共,
根据机械能守恒得:
mgR=+
-
×2m(v共)2
解之得:v共=,R=
答:(1)物块滑到B处时木板的速度为;
(2)滑块CD圆弧的半径为.
解析
解:(1)由点A到点B过程中.在水平方向上合外力为零,动量守恒,取向左为正.有:
mv0=mvB+2m•vAB ,
又vB=,
解得:vAB=
(2)由点D到点C,滑块CD与物块水平方向动量守恒,
mv0+m
v0=2m•v共,
根据机械能守恒得:
mgR=+
-
×2m(v共)2
解之得:v共=,R=
答:(1)物块滑到B处时木板的速度为;
(2)滑块CD圆弧的半径为.
质量为M的小车置于水平面上.小车的上表面由
圆弧和平面组成,车的右端固定有一不计质量的弹簧,圆弧AB部分光滑,半径为R,平面BC部分粗糙,长为l,C点右方的平面光滑.滑块质量为m,从圆弧最高处A无初速下滑(如图),与弹簧相接触并压缩弹簧,最后又返回到B相对于车静止.求:
①弹簧具有的最大弹性势能;
②当滑块与弹簧刚分离时滑块和小车的速度大小.
正确答案
解:①滑块与小车初始状态为静止,末状态滑块相对小车静止,即两者共速且速度为0,据能量守恒有:
mgR=μmg•2l,
解得:μ=,
弹簧压缩到最大形变量时,滑块与小车又一次共速,且速度均为0,此时据能量守恒,弹簧的弹性势能为:
EP=mgR-μmgl=mgR;
②弹簧与滑块分离的时候,弹簧的弹性能为0,设此时滑块速度为v1,小车速度为v2据能量守恒有:
EP=mv12+
Mv22
系统动量守恒,以滑块的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1-Mv2=0,
解得:v1=,v2=
;
答:①弹簧具有的最大弹性势能为mgR;
②当滑块与弹簧刚分离时滑块和小车的速度大小分别为、
.
解析
解:①滑块与小车初始状态为静止,末状态滑块相对小车静止,即两者共速且速度为0,据能量守恒有:
mgR=μmg•2l,
解得:μ=,
弹簧压缩到最大形变量时,滑块与小车又一次共速,且速度均为0,此时据能量守恒,弹簧的弹性势能为:
EP=mgR-μmgl=mgR;
②弹簧与滑块分离的时候,弹簧的弹性能为0,设此时滑块速度为v1,小车速度为v2据能量守恒有:
EP=mv12+
Mv22
系统动量守恒,以滑块的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1-Mv2=0,
解得:v1=,v2=
;
答:①弹簧具有的最大弹性势能为mgR;
②当滑块与弹簧刚分离时滑块和小车的速度大小分别为、
.
(2014春•合肥校级月考)如图所示,两个完全相同的小球A、B用等长的细线悬于O点,开始两球均静止,两悬线竖直,线长为L.若将A球拉至图示位置由静止释放,则B球被碰后第一次速度为零时的高度可能是( )
正确答案
解析
解:A球到达最低点时,设其动能为:EkA,由动能定理得:
若:A、B间发生的是弹性碰撞,则B获得动能最大为EkA,上升的最大高度和A释放点相同:
即为:L(1-coθ)=
若:A、B间发生的是完全非弹性碰撞(就是两个小球粘在一起):设共同达到的速度为v‘,
由动量守恒:mv=2mv'
得:v'=
则B获得动能为:,
由动能定理:
mgh=
解得h=
若碰撞介于弹性碰撞和完全非弹性碰撞之间:
上升的高度就介于之间.
综上所述:B上升的高度取值范围是:[]
故选:A
(1)下列四幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是______
A.图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一
B.图乙:玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的
C.图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子
D.图丁:根据电子束通过铝箔后的衍射图样,可以说明电子具有粒子性
(2)一个静止的铀核(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核
(原子质量为228.0287u).(已知:原子质量单位1u=1.67×10-27kg,1u相当于931MeV)①写出核衰变反应方程;②算出该核衰变反应中释放出的核能;③假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能,则钍核获得的动能有多大?
正确答案
解:(1)A:图甲说明普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一,A正确.
B:图乙是根据玻尔理论画出的氢原子能级图,指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的,B正确.
C:图丙是卢瑟福的α粒子散射实验,通过分析提出了原子的核式结构理论,C错误.
D:图丁是电子束通过铝箔后的衍射图样,衍射是波的特性,从而说明电子具有波动性,D错误.
故选AB.
(2)①、核衰变反应方程为:→
+
②、根据质能方程△E=△m,质量亏损△m=232.0372u-228.0287u-4.0026u=0.0059u,所以释放出的核能△E=0.0059×931.5MeV=5.496MeV.
故核衰变反应中释放出的核能为5.496MeV.
③、系统动量守恒,钍核和α粒子的动量大小相等,即+(-
)=0,可得
=
①
再由=
m
及P=mv可得出
=
,所以
=
,
=
,②
又+
=△E ③
将①②③联立可得 =
×△E=
×△E=0.09MeV
故假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能,则钍核获得的动能有0.09MeV.
解析
解:(1)A:图甲说明普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一,A正确.
B:图乙是根据玻尔理论画出的氢原子能级图,指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的,B正确.
C:图丙是卢瑟福的α粒子散射实验,通过分析提出了原子的核式结构理论,C错误.
D:图丁是电子束通过铝箔后的衍射图样,衍射是波的特性,从而说明电子具有波动性,D错误.
故选AB.
(2)①、核衰变反应方程为:→
+
②、根据质能方程△E=△m,质量亏损△m=232.0372u-228.0287u-4.0026u=0.0059u,所以释放出的核能△E=0.0059×931.5MeV=5.496MeV.
故核衰变反应中释放出的核能为5.496MeV.
③、系统动量守恒,钍核和α粒子的动量大小相等,即+(-
)=0,可得
=
①
再由=
m
及P=mv可得出
=
,所以
=
,
=
,②
又+
=△E ③
将①②③联立可得 =
×△E=
×△E=0.09MeV
故假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能,则钍核获得的动能有0.09MeV.
(2015•洛阳三模)如图所示,一质量为M的平板车B放在光滑水平面上,在其左端放一质量为m的小木块A,m<M,A、B间动摩擦因数为μ,现同时给A和B大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向右运动,B开始向左运动,最后A不会滑离B.求:
(1)A在B上相对滑动的距离;
(2)A在B上相对滑动的时间.
正确答案
解:(1)A不会滑离B板,说明A、B相对静止时,A、B具有相同的速度,
A、B组成的系统动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,以B的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)v,解得:v=v0,因M>m,v>0,方向向左;
对整体应用动能定理得:-
求得最短长车
(2)设木块在木板上相对滑动的时间为t,以向左为正方向,
对木块由动量定理得:μmgt=mv-m(-v0),解得:t==
;
答:(1)A在B上相对滑动的距离为;
(2)A在B上相对滑动的时间为.
解析
解:(1)A不会滑离B板,说明A、B相对静止时,A、B具有相同的速度,
A、B组成的系统动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,以B的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)v,解得:v=v0,因M>m,v>0,方向向左;
对整体应用动能定理得:-
求得最短长车
(2)设木块在木板上相对滑动的时间为t,以向左为正方向,
对木块由动量定理得:μmgt=mv-m(-v0),解得:t==
;
答:(1)A在B上相对滑动的距离为;
(2)A在B上相对滑动的时间为.
(2016春•玉溪校级月考)如图所示,光滑水平轨道上放置长木板A(上表面粗糙)和滑块C,滑块B置于A的左端(B、C可视为质点),三者质量分别为mA=2kg、mB=1kg、mC=2kg,A与B的动摩擦因数为μ=0.5;开始时C静止,A、B一起以v0=5m/s的速度匀速向右运动,A与C发生碰撞(时间极短)并粘在一起,经过一段时间,B刚好滑至A的右端而没掉下来.求长木板A的长度.(g=10m/s2)
正确答案
解:A与C碰撞过程中,动量守恒守恒,以向右为正,根据动量守恒定律得:
mAv0=(mA+mC)v1
代入数据解得:v1=2.5m/s
B在A上滑行,A、B、C组成的系统动量守恒,以向右为正,根据守能量守恒定律得:
mBv0+(mA+mC)v1=(m1+m2+m3)v2,
代入数据解得:v2=3m/s
根据能量守恒定律得:
代入数据解得:l=0.5m
答:长木板A的长度为0.5m.
解析
解:A与C碰撞过程中,动量守恒守恒,以向右为正,根据动量守恒定律得:
mAv0=(mA+mC)v1
代入数据解得:v1=2.5m/s
B在A上滑行,A、B、C组成的系统动量守恒,以向右为正,根据守能量守恒定律得:
mBv0+(mA+mC)v1=(m1+m2+m3)v2,
代入数据解得:v2=3m/s
根据能量守恒定律得:
代入数据解得:l=0.5m
答:长木板A的长度为0.5m.
如图所示,质量M=0.040kg的靶盒A静止在光滑水平导轨上的O点,水平轻质弹簧一端栓在固定挡板P上,另一端与靶盒A连接.Q处有一固定的发射器B,它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v0=50m/s,质量m=0.010kg的弹丸,当弹丸打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短.不计空气阻力.求:弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为多少?
正确答案
解:(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得:
mv0=(m+M)v
靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得:
Ep=(m+M)v2
解得:Ep=v02
代入数值得 Ep=2.5J
答:弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为2.5J.
解析
解:(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得:
mv0=(m+M)v
靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得:
Ep=(m+M)v2
解得:Ep=v02
代入数值得 Ep=2.5J
答:弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为2.5J.
如图所示,三辆相同的平板小车a、b、c成一直线排列,静止在光滑水平地面上,c车上一个小孩跳到b车上,接着又立即从b车跳到a车上,小孩跳离c车和b车时对地的水平速度相同,他跳到a车上没有走动便相对a车保持静止,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.
(2016•马鞍山一模)一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定轨道,此时由星箭分离系统使箭体与卫星分离.已知火箭前端的卫星质量为m,后部分的箭体质量为km,星箭分离后,箭体速率减小为原速率的一半,并沿火箭原速度方向,若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化,在星箭分离过程中,求:
①卫星的动量变化量△p.
②星箭分离系统所做的功W.
正确答案
解:①设分离后卫星的速度为v1,火箭和卫星组成的系统在分离时水平方向上动量守恒,规定初速度方向为正方向,则有:(m+km)v0=mv1+km×
解得:
则卫星的动量变化为,方向与v0方向相同,
②星箭分离过程中,控制系统所做的功等于星箭系统的动能变化量,则有:
W==
答:①卫星的动量变化量大小为,方向与v0方向相同;
②星箭分离系统所做的功W为.
解析
解:①设分离后卫星的速度为v1,火箭和卫星组成的系统在分离时水平方向上动量守恒,规定初速度方向为正方向,则有:(m+km)v0=mv1+km×
解得:
则卫星的动量变化为,方向与v0方向相同,
②星箭分离过程中,控制系统所做的功等于星箭系统的动能变化量,则有:
W==
答:①卫星的动量变化量大小为,方向与v0方向相同;
②星箭分离系统所做的功W为.
质量为10g的子弹,以300m/s的水平速度射入质量是240g的静止在光滑的水平桌面上的木块.若子弹留在木块中,木块运动的速度是多少?子弹把木块打穿,子弹穿过木块后的速度为100m/s,这时木块的速度又是多少?(计算结果保留2位有效数字)
正确答案
解:设子弹的质量为m,速度为v0,木块的质量为M,若子弹留在木块中,子弹和木块组成的系统动量守恒,有:mv0=(m+M)v1
代入数据解得木块的速度大小为:v1==
m/s=12m/s
如果子弹把木块打穿,根据动量守恒定律有:mv0=mv+Mv2
代入数据解得木块的速度大小为:v2==
m/s=8.3m/s
答:子弹留在木块中,木块运动的速度是12m/s,子弹把木块打穿,子弹穿过木块后的速度为100m/s,这时木块的速度是8.3m/s.
解析
解:设子弹的质量为m,速度为v0,木块的质量为M,若子弹留在木块中,子弹和木块组成的系统动量守恒,有:mv0=(m+M)v1
代入数据解得木块的速度大小为:v1==
m/s=12m/s
如果子弹把木块打穿,根据动量守恒定律有:mv0=mv+Mv2
代入数据解得木块的速度大小为:v2==
m/s=8.3m/s
答:子弹留在木块中,木块运动的速度是12m/s,子弹把木块打穿,子弹穿过木块后的速度为100m/s,这时木块的速度是8.3m/s.
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