- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,一弧形轨道与足够长水平轨道平滑连接,水平轨道上静止一小球B.从弧形轨道上距离水平轨道h高处由静止释放另一小球A,A球沿轨道下滑后与B球发生弹性正碰,碰后A球被弹回,A球重新下滑到水平轨道后,与B球间的距离保持不变,所有接触面均光滑,求碰撞结束时A球的速度大小.
正确答案
解:选取A与B组成的系统为研究的对象,选取向右的方向为正方向,设小球A与小球B碰撞前的速度大小为v0.
小球下滑的过程中机械能守恒,得:
根据弹性碰撞过程动量守恒和机械能守恒得:
mAv0=mAvA+mBvB
据题意:vA=-vB
联立解得:
答:碰撞结束时A球的速度大小是.
解析
解:选取A与B组成的系统为研究的对象,选取向右的方向为正方向,设小球A与小球B碰撞前的速度大小为v0.
小球下滑的过程中机械能守恒,得:
根据弹性碰撞过程动量守恒和机械能守恒得:
mAv0=mAvA+mBvB
据题意:vA=-vB
联立解得:
答:碰撞结束时A球的速度大小是.
如图所示,质量为20kg的平板小车的左端放有质量为10kg的小铁块,它与车之间的动摩擦因数为0.5.开始时,车以速度6m/s向左在光滑的水平面上运动,铁块以速度6m/s向右运动,小车足够长.(g=10m/s2) 求:
(1)小车与铁块共同运动的速度大小和方向.
(2)系统产生的内能是多少?
(3)小铁块在小车上滑动的时间.
正确答案
解:(1)以车和铁块组成的系统为研究对象,系统所受的合力为零.取向右方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1-Mv2=(M+m)v
得:v==
m/s=-2m/s,负号表示方向向左.
(2)铁块滑上平板车后,系统的动能减小转化为内能,根据能量守恒定律得:
Q=+
-
代入解得:Q=×10×62+
×20×62-
×(10+20)×22=480(J)
(3)以小车为研究对象,取向左为正方向,根据动量定理得:
-μmgt=Mv-Mv2;
得:t==
s=1.6s
答:(1)小车与铁块共同运动的速度大小为2m/s,方向是向左.
(2)系统产生的内能是480J.
(3)小铁块在小车上滑动的时间是1.6s.
解析
解:(1)以车和铁块组成的系统为研究对象,系统所受的合力为零.取向右方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1-Mv2=(M+m)v
得:v==
m/s=-2m/s,负号表示方向向左.
(2)铁块滑上平板车后,系统的动能减小转化为内能,根据能量守恒定律得:
Q=+
-
代入解得:Q=×10×62+
×20×62-
×(10+20)×22=480(J)
(3)以小车为研究对象,取向左为正方向,根据动量定理得:
-μmgt=Mv-Mv2;
得:t==
s=1.6s
答:(1)小车与铁块共同运动的速度大小为2m/s,方向是向左.
(2)系统产生的内能是480J.
(3)小铁块在小车上滑动的时间是1.6s.
柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成,气缸与活塞间有柴油与空气的混合物.在重锤与桩碰撞的过程中,通过压缩使混合物燃烧,产生高温高压气体,从而使桩向下运动,锤向上运动.现把柴油打桩机和打桩过程简化如下:
柴油打桩机重锤的质量为m,锤在桩帽以上高度为h处(如图1)从静止开始沿竖直轨道自由落下,打在质量为M(包括桩帽)的钢筋混凝土桩子上.同时,柴油燃烧,产生猛烈推力,锤和桩分离,这一过程的时间极短.随后,桩在泥土中向下移动一距离l.已知锤反跳后到达最高点时,锤与已停下的桩幅之间的距离也为h(如图2).已知m=1.0×103kg,M=2.0×103kg,h=2.0m,l=0.20m,重力加速度g=10m/s2,混合物的质量不计.设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力,求此力的大小.
正确答案
解:锤自由下落,碰桩前速度v1向下,-----①
碰后,已知锤上升高度为(h-l),故刚碰后向上的速度为
------②
设碰后桩的速度为V,方向向下,由动量守恒,mv1=MV-mv2----------③
桩下降的过程中,根据动能定理,---------④
联立①②③④各式可得
;
泥土对桩的作用力F为2.1×105N.
解析
解:锤自由下落,碰桩前速度v1向下,-----①
碰后,已知锤上升高度为(h-l),故刚碰后向上的速度为
------②
设碰后桩的速度为V,方向向下,由动量守恒,mv1=MV-mv2----------③
桩下降的过程中,根据动能定理,---------④
联立①②③④各式可得
;
泥土对桩的作用力F为2.1×105N.
(2015秋•天津校级月考)质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上,箱子中间有一质量为m的小物块,小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间,如图所示.现给小物块一水平向右的初速度v,小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间,并与箱子保持相对静止.设碰撞都是弹性的,则整个过程中,系统损失的动能为( )
正确答案
解析
解:由于箱子M放在光滑的水平面上,则由箱子和小物块组成的整体动量始终是守恒的,直到箱子和小物块的速度相同时,小物块不再相对滑动,
有mv=(m+M)v1
根据能量守恒得:系统损失的动能为△Ek=mv2-
(M+m)
,
根据功能关系得知,系统产生的内能等于系统克服摩擦力做的功,则有Q=NμmgL,故D正确,ABC错误.
故选:D.
如图甲所示,放在光滑水平地面上的长木板质量M=0.5kg,木板右端放一质量m=0.5kg的滑块(可视为质点),滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.4;滑块的正上方有一悬点O,通过长l=0.8m的轻绳吊一质量m0=1.0kg的小球.现将小球拉至与O点处于同一水平位置,由静止释放,小球摆至最低点时与滑块发生正碰,且m0与m只碰一次,小球碰后的动能与其向上摆动高度的关系如图乙所示,g取10m/s2,求:
(1)碰前瞬间绳子对小球拉力的大小;
(2)碰后瞬间滑块速度的大小;
(3)要使滑块不会从木板上滑下,则木板的长度应滿足什么条件?
正确答案
解:(1)设小球摆动到最低点速度为v0,绳对小球拉力为T,由机械能守恒定律得:
代入数据解得:v0=4m/s
由牛顿第二定律得:
解得:
(2)设碰后小球、滑块速度分别为v1和v2,
由图象可得:
得:v1=2m/s,或
规定向右为正方向,小球与滑块碰撞过程动量守恒,得:
m0v0=m0v1+mv2
代入数据解得:v2=4m/s,或
计算碰撞前后的总动能可知:,合理
而 ,不合理
所以碰后滑块速度只能取:v2=4m/s
(3)当滑块和长木板共速时滑块恰好在木板的最右端,设板长为l1.由动量守恒得:
mv2=(m+M)v3
由功能关系得:
联立并代入数据解得:l=1m
答:(1)碰前瞬间绳子对小球拉力的大小是30N;
(2)碰后瞬间滑块速度的大小是4m/s;
(3)要使滑块不会从木板上滑下,则木板的长度应滿足l=1m.
解析
解:(1)设小球摆动到最低点速度为v0,绳对小球拉力为T,由机械能守恒定律得:
代入数据解得:v0=4m/s
由牛顿第二定律得:
解得:
(2)设碰后小球、滑块速度分别为v1和v2,
由图象可得:
得:v1=2m/s,或
规定向右为正方向,小球与滑块碰撞过程动量守恒,得:
m0v0=m0v1+mv2
代入数据解得:v2=4m/s,或
计算碰撞前后的总动能可知:,合理
而 ,不合理
所以碰后滑块速度只能取:v2=4m/s
(3)当滑块和长木板共速时滑块恰好在木板的最右端,设板长为l1.由动量守恒得:
mv2=(m+M)v3
由功能关系得:
联立并代入数据解得:l=1m
答:(1)碰前瞬间绳子对小球拉力的大小是30N;
(2)碰后瞬间滑块速度的大小是4m/s;
(3)要使滑块不会从木板上滑下,则木板的长度应滿足l=1m.
如图,在水平地面上有A、B两个物体,质量分别为mA=2kg,mB=1kg,A、B相距s=9.5m,A以v0=10m/s的初速度向静止的B运动,与B发生正碰,分开后A以速度vA=5m/s仍沿原来方向运动.已知A、B与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.1,取g=10m/s2.求:
(1)相碰前A的速度大小;
(2)分开后B的速度大小;
(3)A、B均停止运动时相距多远;
(4)碰撞过程中系统的能量损失.
正确答案
解:(1)对A,由动能定理得:-μmAgs=mAv2-
mAv02,
代入数据解得:v=9m/s;
(2)A、B碰撞过程动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正反向,由动量守恒定律得:
mAv=mAvA+mBvB,
代入数据解得:vB=8m/s;
(3)A、B相碰后均做匀减速运动,由动能定理得:
对A:-μmAgsA=0-mAvA2,
对B:-μmBgsB=0-mBvB2,
A、B都静止时相距:△s=sB-sA,
代入数据解得:△s=19.5m.
(4)A、B碰撞过程中,由能量守恒定律得:
损失的能量:△E=mAv2-
mAvA2-
mBvB2,
代入数据解得:△E=24J;
答:(1)相碰前A的速度大小为9m/s;
(2)分开后B的速度大小为8m/s;
(3)A、B均停止运动时相距多远19.5m;
(4)碰撞过程中系统的能量损失为24J.
解析
解:(1)对A,由动能定理得:-μmAgs=mAv2-
mAv02,
代入数据解得:v=9m/s;
(2)A、B碰撞过程动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正反向,由动量守恒定律得:
mAv=mAvA+mBvB,
代入数据解得:vB=8m/s;
(3)A、B相碰后均做匀减速运动,由动能定理得:
对A:-μmAgsA=0-mAvA2,
对B:-μmBgsB=0-mBvB2,
A、B都静止时相距:△s=sB-sA,
代入数据解得:△s=19.5m.
(4)A、B碰撞过程中,由能量守恒定律得:
损失的能量:△E=mAv2-
mAvA2-
mBvB2,
代入数据解得:△E=24J;
答:(1)相碰前A的速度大小为9m/s;
(2)分开后B的速度大小为8m/s;
(3)A、B均停止运动时相距多远19.5m;
(4)碰撞过程中系统的能量损失为24J.
如图所示,A、B两物体的质量分别为3kg与1kg,相互作用后沿同一直线运动,它们的位移-时间图象如图所示,则A物体在相互作用前后的动量变化是______kg・m/s,B物体在相互作用前后的动量变化是______kg・m/s,相互作用前后A、B系统的总动量______.(填“变大”“变小”或“不变”)
正确答案
-9
9
不变
解析
解:根据x-t图象的斜率等于速度,由图象可知:
碰撞前两物体的速度分别为:vA==4m/s vB=0m/s
碰撞后共同体的速度为:v==1m/s,
A物体在相互作用前后的动量变化是:△PA=mAv-mAvA=3×1-3×4=-9kg•m/s,
B物体在相互作用前后的动量变化是:△PB=mBv-mBvB=9×1-9×0=9kg•m/s,
系统相互作用前的总动量:P=mAvA=3×4=12kg•m/s,
系统相互作用后的总动量为:P′=(mA+mB)v=(3+9)×1=12kg•m/s,
相互作用前后系统总动量不变;
故答案为:-9;9;不变.
关于动量和动能的以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、系统动量守恒的表达式为m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2,而动能守恒的表达式为m1v12+
m2v22=
m1v′12+
m2v′22,两者之间没有必然的联系,故AB错误;
C、动能的表达式,动量P=mv,动能与动量之间的大小关系:Ek=
,一物体的动量P不变,其动能Ek一定不变,故C正确.
D、一物体的动能不变,其动量大小一定不变,但速度的方向可以变化,即动量的方向可以变化.故D错误.
故选C
介子由两个夸克构成,而夸克之间的相互作用相当复杂.研究介子可通过用高能电子与之作非弹性碰撞来进行.由于碰撞过程难于分析,为掌握其主要内涵,人们发展了一种简化了的‘分粒子’模型.其主要内容为:电子只和介子的某部分(比如其中一个夸克)作弹性碰撞.碰撞后的夸克再经过介子内的相互作用把能量和动量传给整个介子.
该物理现象可用下面的简化模型来描述:一个质量为M及动能为E的电子,与介子的一个质量为m1的夸克作弹性碰撞.介子里另一个夸克的质量为m2.夸克间以一无质量的弹簧相连.碰撞前夸克处于静止状态,弹簧处于自然长度L.所有运动都是一维的,和忽略一切相对论效应.则碰撞后夸克m1所获得的动能( )
正确答案
解析
解:以电子和夸克m1组成的系统为研究对象,设碰撞前电子的速度为V0,碰撞后电子的速度为V1,夸克m1的速度为V2
由动量守恒定律可知:Mv0=Mv+m1v1
由于发生弹性碰撞,碰撞前后系统动能不变,有:M
=
Mv2+
m1
其中:M
=E
解得:v1=
得:Ek==
故选:B.
如图所示,质量为lkg的木块静止于高h=1.25m的光滑桌面上,一粒质量为m=10g的子弹水平射穿木块后以300m/s的速度沿原方向飞出,木块在子弹的冲击下飞离桌面,落地点距桌边缘的水平距离s=3.5m,取g=10m/s2,试求子弹击穿木块前的速度v0 (g=10m/s2)
正确答案
解:木块做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,
水平方向:s=vt,
代入数据解得:v=7m/s,
子弹射穿木块过程系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=mv′+Mv,
代入数据解得:v0=1000m/s;
答:子弹击穿木块前的速度v0为1000m/s.
解析
解:木块做平抛运动,
竖直方向:h=gt2,
水平方向:s=vt,
代入数据解得:v=7m/s,
子弹射穿木块过程系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=mv′+Mv,
代入数据解得:v0=1000m/s;
答:子弹击穿木块前的速度v0为1000m/s.
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