- 动量守恒定律
- 共6204题
从某高度处自由下落一个质量为M的物体,当物体下落高度h时,突然炸裂成两块,已知质量为m的一块碎片恰能沿竖直方向回到开始下落的位置,求刚炸裂时另一块碎片的速度?
正确答案
解:取竖直向下为正方向.
根据机械能守恒定律得:
M下落:Mgh=Mv2
解得:v=
根据机械能守恒定律得知,刚炸裂时质量为m的碎片速度大小也v.
爆炸时动量守恒,则有:Mv=-mv+(M-m)v′
得 v′=,方向竖直向下
答:刚炸裂时另一块碎片的速度为,方向竖直向下.
解析
解:取竖直向下为正方向.
根据机械能守恒定律得:
M下落:Mgh=Mv2
解得:v=
根据机械能守恒定律得知,刚炸裂时质量为m的碎片速度大小也v.
爆炸时动量守恒,则有:Mv=-mv+(M-m)v′
得 v′=,方向竖直向下
答:刚炸裂时另一块碎片的速度为,方向竖直向下.
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,有A、B两质量均为M的小车,在光滑水平面上以相同的速率v0在同一直线上相对运动,A车上有一质量为m的人至少要以多大的速度(对地)从A车跳到B车上,才能避免两车的相撞?
正确答案
解:速度v最小的条件是:人跳上A车稳定后两车的速度相等,以A车和人组成的系统为研究对象,以A车的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(M+m)v0=Mv车+mv,
以B车与人组成的系统为研究对象,以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
-Mv0+mv=(M+m)v车,
解得:v=(1+)v0;
答:人至少要以(1+)v0的速度(对地)从A车跳到B车上,才能避免两车的相撞.
解析
解:速度v最小的条件是:人跳上A车稳定后两车的速度相等,以A车和人组成的系统为研究对象,以A车的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(M+m)v0=Mv车+mv,
以B车与人组成的系统为研究对象,以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
-Mv0+mv=(M+m)v车,
解得:v=(1+)v0;
答:人至少要以(1+)v0的速度(对地)从A车跳到B车上,才能避免两车的相撞.
如图所示,质量为0.4kg的木块以2m/s的速度水平地滑上静止的平板小车,车的质量为1.6kg,木块与小车之间的摩擦系数为0.2(g取10m/s2).设小车足够长,求:
(1)木块和小车相对静止时小车的速度.
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间.
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离和克服摩擦做的功.
正确答案
解:(1)设木块质量m,小车M,对木块和小车组成的系统所受合外力为零,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,
解得:;
(2)以木块为研究对象,由动量定理可得:
ft=mv-mv0,
解得:;
(3)木块做匀减速运动,f=μmg,加速度为:,
车做匀加速运动,加速度为:,
由运动学公式得:vt2-v02=2as
得在此过程中木块的位移为:,
车的位移为:,
由此可知,木块在小车上滑行的距离为:△S=S1-S2=0.8m,
克服摩擦做的功为:W=μmg△S=0.2×0.4×10×0.8=0.64J;
答:(1)木块和小车相对静止时小车的速度为0.4m/s.
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间为0.8s.
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离为0.8m,克服摩擦做的功为0.64J.
解析
解:(1)设木块质量m,小车M,对木块和小车组成的系统所受合外力为零,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,
解得:;
(2)以木块为研究对象,由动量定理可得:
ft=mv-mv0,
解得:;
(3)木块做匀减速运动,f=μmg,加速度为:,
车做匀加速运动,加速度为:,
由运动学公式得:vt2-v02=2as
得在此过程中木块的位移为:,
车的位移为:,
由此可知,木块在小车上滑行的距离为:△S=S1-S2=0.8m,
克服摩擦做的功为:W=μmg△S=0.2×0.4×10×0.8=0.64J;
答:(1)木块和小车相对静止时小车的速度为0.4m/s.
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间为0.8s.
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离为0.8m,克服摩擦做的功为0.64J.
如图所示,质量为m=1kg的滑块,以v0=5m/s的水平初速度滑上静止在光滑水平面的平板小车.若小车质量M=4kg,平板小车足够长,滑块在平板小车上滑移1s后相对小车静止,重力加速度g取10m/s2,不计滑块的大小.求:
(1)滑块与平板小车之间的动摩擦因数μ;
(2)欲使滑块不从平板车上滑落,平板车至少应多长?
正确答案
解:(1)设m滑上平板小车与平板小车相对静止时速度为v,以向左为正方向,据动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v,
对m,由动量定理得:-μmgt=mv-mv0,
代入数据解得:μ=0.4;
(2)对M、m组成的系统,由能量守恒定律得:
μmgL=mv02-
(M+m)v2,
代入数据解得:L=2.5m;
答:(1)滑块与平板小车之间的动摩擦因数μ为0.4;
(2)欲使滑块不从平板车上滑落,平板车至少应为2.5m.
解析
解:(1)设m滑上平板小车与平板小车相对静止时速度为v,以向左为正方向,据动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v,
对m,由动量定理得:-μmgt=mv-mv0,
代入数据解得:μ=0.4;
(2)对M、m组成的系统,由能量守恒定律得:
μmgL=mv02-
(M+m)v2,
代入数据解得:L=2.5m;
答:(1)滑块与平板小车之间的动摩擦因数μ为0.4;
(2)欲使滑块不从平板车上滑落,平板车至少应为2.5m.
质量为3m的劈A,其倾斜面是光滑曲面,曲面下端与光滑的水平面相切,如图所示.一质量为m的物块B位于劈A的倾斜面上,距水平面的高度为h.物块从静止开始滑下,到达水平面上,跟右侧固定在墙壁上的弹簧发生作用后(作用过程无机械能损失),又滑上劈A,求物块B在劈A上能够达到的最大高度.
正确答案
解:B下滑到达底端过程中,系统机械能守恒,有:
mgh=mvB2+
3mvA2
水平方向动量守恒,取水平向左为正方向:0=3mvA-mvB
B与弹簧作用后速度大小不变,方向改变,在A上上滑过程也满足系统机械能守恒、水平方向动量守恒,当二者速度相等时上升到达最大高度,设最大高度为h1
则有:mvB2+
•3mvA2=
(m+3m)vAB2+mgh1
mvB+3mvA=(m+3m)vAB
联立解得:h1=
答:物块B在劈A上能够达到的最大高度为.
解析
解:B下滑到达底端过程中,系统机械能守恒,有:
mgh=mvB2+
3mvA2
水平方向动量守恒,取水平向左为正方向:0=3mvA-mvB
B与弹簧作用后速度大小不变,方向改变,在A上上滑过程也满足系统机械能守恒、水平方向动量守恒,当二者速度相等时上升到达最大高度,设最大高度为h1
则有:mvB2+
•3mvA2=
(m+3m)vAB2+mgh1
mvB+3mvA=(m+3m)vAB
联立解得:h1=
答:物块B在劈A上能够达到的最大高度为.
一轻质弹簧竖直固定在地面上,上面连接一个质量为m1=1kg的物体,平衡时物体离地面0.9m,弹簧所具有的弹性势能为0.5J.现在在距物体m1正上方高为0.3m处有一个质量为m2=1kg的物体自由下落后与弹簧上物体m1碰撞立即合为一体,一起向下压缩弹簧.当弹簧压缩量最大时,弹簧长为0.6m.求(g取10m/s2):
①碰撞结束瞬间两物体的动能之和是多少?
②弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小?
正确答案
解:①m2自由下落,由机械能守恒定律得:m2gh1=m2v02,解得:v0=
m/s;
碰撞过程动量守恒,以向下为正方向,由动量守恒定律得:
m2v0=(m1+m2)v,代入数据解得:v=m/s;
碰后的动能:EK=(m1+m2)v2,代入数据解得:EK=1.5J;
②m1与m2共同下降的高度:△h=0.3m,
由机械能守恒得:(m1+m2)g△h+(m1+m2)v2=△EP,
代入数据解得:△EP=7.5J,所以弹性势能为:E═△EP+0.5=7.5+0.5=8J;
答:①碰撞结束瞬间两物体的动能之和是1.5J.
②弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能8J.
解析
解:①m2自由下落,由机械能守恒定律得:m2gh1=m2v02,解得:v0=
m/s;
碰撞过程动量守恒,以向下为正方向,由动量守恒定律得:
m2v0=(m1+m2)v,代入数据解得:v=m/s;
碰后的动能:EK=(m1+m2)v2,代入数据解得:EK=1.5J;
②m1与m2共同下降的高度:△h=0.3m,
由机械能守恒得:(m1+m2)g△h+(m1+m2)v2=△EP,
代入数据解得:△EP=7.5J,所以弹性势能为:E═△EP+0.5=7.5+0.5=8J;
答:①碰撞结束瞬间两物体的动能之和是1.5J.
②弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能8J.
如图所示,质量为M的小车在光滑的水平面上以v0向右匀速运动,一个质量为m的小球从高h处自由下落,与小车碰撞后,又反弹上升的最大高度仍为h.设M》m,发生碰撞时弹力N>mg,球与车之间的动摩擦因数为μ.则小球弹起的水平速度可能是( )
正确答案
解析
解:该题需要分以下两种情况进行分析:
①小球离开小车之前已经与小车达到共同速度v,则水平方向上动量守恒,有:
Mv0=(M+m)v
由于M≫m
所以:v=v0;
②若小球离开小车之前始终未与小车达到共同速度,则对小球应用动量定理,水平方向上有:
Fμt=mv′
竖直方向上有:
FNt=2mv=2m,
又 Fμ=μFN
解得:v′=2μ;
故选:AC.
(2015秋•保定期末)置于光滑水平面上的A、B两球质量均为m,相隔一定距离,两球之间存在恒定斥力作用,初始时两球均被锁定而处于静止状态.现同时给两球解除锁定并给A球一冲量I,使之沿两球连线射向B球,B球初速度为零,在之后的运动过程中两球始终未接触,试求:
①两球间的距离最小时B球的速度;
②两球间的距离从最小值到刚恢复到初始值过程中斥力对A球做的功.
正确答案
解:①对A物体,由动量定理得:I=mv0,
两球间的距离最小时,速度相等,以A得初速度方向为正,根据系统动量守恒得:
mv0=2mv
解得:v=
②从初始状态到二者距离达到与初始状态相等的过程中,设二者得位移大小均为l,
根据动量守恒定律得:mv0=mv1+mv2,
对A由动能定理得:-Fl=,
对B由动能定理得:Fl=
联立解得:v1=0,v2=v0
两球间的距离从最小值到刚恢复到初始值过程中斥力对A球做的功W=
答:①两球间的距离最小时B球的速度为;
②两球间的距离从最小值到刚恢复到初始值过程中斥力对A球做的功为.
解析
解:①对A物体,由动量定理得:I=mv0,
两球间的距离最小时,速度相等,以A得初速度方向为正,根据系统动量守恒得:
mv0=2mv
解得:v=
②从初始状态到二者距离达到与初始状态相等的过程中,设二者得位移大小均为l,
根据动量守恒定律得:mv0=mv1+mv2,
对A由动能定理得:-Fl=,
对B由动能定理得:Fl=
联立解得:v1=0,v2=v0
两球间的距离从最小值到刚恢复到初始值过程中斥力对A球做的功W=
答:①两球间的距离最小时B球的速度为;
②两球间的距离从最小值到刚恢复到初始值过程中斥力对A球做的功为.
如图所示,质量为M的平板车P高h,质量为m的小物块Q的大小不计,位于平板车的左端,系统原来静止在光滑水平面地面上.一不可伸长的轻质细绳长为R,一端悬于Q正上方高为R处,另一端系一质量也为m的小球(大小不计).今将小球拉至悬线与竖直位置成60°角,由静止释放,小球到达最低点时与Q的碰撞时间极短,且无机械能损失,已知Q离开平板车时速度大小是平板车速度的两倍,Q与P之间的动摩擦因数为μ,已知平板车的质量M:m=4:1,重力加速度为g.求:
(1)小物块Q离开平板车时,二者速度各为多大?
(2)平板车P的长度为多少?
(3)小物块Q落地时与小车的水平距离为多少?
正确答案
解:(1)设小球与Q碰前的速度为V0,小球下摆过程机械能守恒:
mgR(1-cos60°)=
V0=
小球与Q进行弹性碰撞,质量又相等,二者交换速度.
小物块Q在平板车P上滑动的过程中,Q与P组成的系统动量守恒:mV0=mV1+MV2
其中V2=,M=4m,
解得:V1=,V2=
.
答:小物块Q离开平板车时,二者速度分别为:V1=,V2=
.
(2)对系统由能量守恒:
-μmgL
解得:.
答:平板车P的长度:.
(3)Q脱离P后做平抛运动,由,解得:
Q落地时二者相距:s=(V1-V2)t=.
答:小物块Q落地时与小车的水平距离为:s=.
解析
解:(1)设小球与Q碰前的速度为V0,小球下摆过程机械能守恒:
mgR(1-cos60°)=
V0=
小球与Q进行弹性碰撞,质量又相等,二者交换速度.
小物块Q在平板车P上滑动的过程中,Q与P组成的系统动量守恒:mV0=mV1+MV2
其中V2=,M=4m,
解得:V1=,V2=
.
答:小物块Q离开平板车时,二者速度分别为:V1=,V2=
.
(2)对系统由能量守恒:
-μmgL
解得:.
答:平板车P的长度:.
(3)Q脱离P后做平抛运动,由,解得:
Q落地时二者相距:s=(V1-V2)t=.
答:小物块Q落地时与小车的水平距离为:s=.
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