- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,两个完全相同、质量都是m的金属小球甲、乙套在光滑绝缘杆上,P左侧杆水平,且处于水平向左场强为E的匀强电场中,右侧是半径为尺的四分之一圆弧杆.甲球带电荷量为q的负电荷,乙球不带电并静止于M处,PM=L.现将甲球从圆弧杆顶端无初速 释放,运动到M时与乙碰撞并粘合在一起向左运动.碰撞时间极短,水平杆足够长.求:
(1)甲在碰撞前瞬间的速度大小.
(2)碰撞后甲乙共同向左运动的最大距离.
正确答案
解:(1)甲球在运动到M点的过程中,根据动能定理得
mgR-qEL=mv2-0
解得 v=
(2)设甲、乙碰撞后共同速度为v′,由动量守恒定律得
mv=2mv′
由动能定理得-qEx=0-×2m•v′2
联立解得:x=-
答:
(1)甲在碰撞前瞬间的速度大小为.
(2)碰撞后甲乙共同向左运动的最大距离为-
.
解析
解:(1)甲球在运动到M点的过程中,根据动能定理得
mgR-qEL=mv2-0
解得 v=
(2)设甲、乙碰撞后共同速度为v′,由动量守恒定律得
mv=2mv′
由动能定理得-qEx=0-×2m•v′2
联立解得:x=-
答:
(1)甲在碰撞前瞬间的速度大小为.
(2)碰撞后甲乙共同向左运动的最大距离为-
.
图中有一个竖直固定在地面的透气圆筒,筒中有一劲度系数为K的轻弹簧,其下端固定,上端连接一质量为m的薄滑块.圆筒内壁涂有一层新型智能材料-ER流体,它对滑块的阻力可调,起初滑块静止,ER流体对其阻力为0,弹簧的长度为L,现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下,与滑块碰撞后粘在一起向下运动,为保证滑块做匀减速运动,且下移距离为2mg/k时速度减为0,ER流体对滑块的阻力须随滑块下移而变,试求(忽略空气阻力):
(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能;
(2)滑块向下运动过程中加速度的大小;
(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小.
正确答案
解:(1)设物体下落末速度为v0,由机械能守恒定律有:
mgL=m
得:v0=
设碰后共同速度为v1,规定向下为正方向,由动量守恒定律得:
2mv1=mv0
得:v1=.
根据能量守恒得碰撞过程中系统损失的机械能为:
△E=m
-
•2m
=
mgL
(2)设加速度大小为a,有:2ax=v12,
x=,
得:a=.
(3)设弹簧弹力为FN,ER流体对滑块的阻力为FER,受力分析如图所示:
FN+FER-2mg=2ma
FN=kx
x=d+
得:FER=mg+-kd
答:(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能为mgL;
(2)滑块向下运动过程中加速度的大小为;
(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小为mg+-kd.
解析
解:(1)设物体下落末速度为v0,由机械能守恒定律有:
mgL=m
得:v0=
设碰后共同速度为v1,规定向下为正方向,由动量守恒定律得:
2mv1=mv0
得:v1=.
根据能量守恒得碰撞过程中系统损失的机械能为:
△E=m
-
•2m
=
mgL
(2)设加速度大小为a,有:2ax=v12,
x=,
得:a=.
(3)设弹簧弹力为FN,ER流体对滑块的阻力为FER,受力分析如图所示:
FN+FER-2mg=2ma
FN=kx
x=d+
得:FER=mg+-kd
答:(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能为mgL;
(2)滑块向下运动过程中加速度的大小为;
(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小为mg+-kd.
一列火车总质量为M,以速度v匀速行驶,若前进途中有一质量为m的一节车厢脱钩,若脱钩后牵引力不变,当车厢停止时,火车的速度为( )
正确答案
解析
解:因整车匀速运动,故整体合外力为零,系统动量守恒,选列车的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv=(M-m)v′,
解得前面列车的速度为:
v′=;
故选:B.
如图所示,在光滑水平地面上有一固定的挡板,挡板上固定一个轻弹簧,现存一质量M=3kg,长L=4m的小车AB,O为小车的中点,AO部分粗糙,OB部分光滑,一质量为m=1kg的小物块(可视为质点),放在车的最左端,车和小物块一起以v0=4m/s的速度在水平面上向右运算运动,车撞到挡板后瞬间速度变为零,但未与挡板粘连.已知小车OB部分的长度大于弹簧的自然长度,弹簧始终处于弹性限度内,且小物块与弹簧碰撞无能力损失.小悟空与车AO、部分之间的动摩擦因数为μ=0.3,重力加速度g=10m/s2.求:
①小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量;
②小物块最终停在小车上的位置距A端多远?
正确答案
解:①由动能定理得:,解得:v=2m/s,
由题意可知小物块离开弹簧时的速度大小为v,方向向左
以向右为正方向,对小物块由动量定理得:I=-mv-mv,
代入得I=-4 N•s,弹簧对小物块的冲量大小为:4N•s,方向水平向左;
②小物块滑过O点和小车相互作用直至共速,以滑块初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv=(m+M)v共,
由能量守恒定律得:μmgs=mv2-
(m+M)v共2,解得:s=0.5m,
小物块最终停在小车上距A的距离:sA=-s=1.5m;
答:①小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量大小为:4N•s,方向水平向左;
②小物块最终停在小车上的位置距A端1.5m.
解析
解:①由动能定理得:,解得:v=2m/s,
由题意可知小物块离开弹簧时的速度大小为v,方向向左
以向右为正方向,对小物块由动量定理得:I=-mv-mv,
代入得I=-4 N•s,弹簧对小物块的冲量大小为:4N•s,方向水平向左;
②小物块滑过O点和小车相互作用直至共速,以滑块初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv=(m+M)v共,
由能量守恒定律得:μmgs=mv2-
(m+M)v共2,解得:s=0.5m,
小物块最终停在小车上距A的距离:sA=-s=1.5m;
答:①小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量大小为:4N•s,方向水平向左;
②小物块最终停在小车上的位置距A端1.5m.
一质量为M的平板车以速度v在光滑水平面上滑行,质量为m的烂泥团从离车h高处自由下落,恰好落到车面上,则小车的速度大小是( )
正确答案
解析
解:泥团落入平板车过程系统水平方向动量守恒,以平板车的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv=(M+m)v′,
解得:v′=;
故选:B.
如图所示,一个质量m=4kg的物块以速度v=2m/s水平滑上一静止的平板车上,平板车质量M=16kg,物块与平板车之间的动摩擦因数μ=0.2,其它摩擦不计(取g=10m/s2),求:
(1)物块相对平板车静止时,物块的速度;
(2)物块相对平板车上滑行,要使物块在平板车上不滑下,平板车至少多长?
正确答案
解:(1)物块和平板车的相互作用过程中系统动量守恒,以物块初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv=(M+m)v共…①,
代入数据解得:v共=0.4m/s;
(2)为了使物块不滑离平板车,设车长为L,由能量守恒定律得:
…②,
由①②式得:L>0.8m;
答:(1)物块相对平板车静止时,物块的速度为0.4m/s;
(2)物块相对平板车上滑行,要使物块在平板车上不滑下,平板车长度至少为0.8m.
解析
解:(1)物块和平板车的相互作用过程中系统动量守恒,以物块初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv=(M+m)v共…①,
代入数据解得:v共=0.4m/s;
(2)为了使物块不滑离平板车,设车长为L,由能量守恒定律得:
…②,
由①②式得:L>0.8m;
答:(1)物块相对平板车静止时,物块的速度为0.4m/s;
(2)物块相对平板车上滑行,要使物块在平板车上不滑下,平板车长度至少为0.8m.
如图所示,两个质量都是M=0.4kg的砂箱A、B,并排放在光滑的水平桌面上,一颗质量为m=0.1kg的子弹以v0=140m/s的水平速度射向A,射穿A后,进入B并同B一起运动,测得A、B落地点到桌边缘的水平距离之比为1:2,求子弹刚穿出砂箱A时的速度v1及砂箱A、B离开桌面时的速度是多大?
正确答案
解:A与B都在离开桌面后做平抛运动,由于高度是相等的,所以平抛运动的时间t=也是相等的,水平方向的位移:
x=vt
所以: ①
选取向右为正方向,对全过程使用动量守恒定律得:
mv0=MvA+(M+m)vB ②
联立①②得:vA=10m/s,vB=20m/s
子弹射穿A的过程中,有:mv0=mv1+2MvA ③
代入数据得:v1=60m/s
答:子弹刚穿出砂箱A时的速度是60m/s,砂箱A、B离开桌面时的速度分别是10m/s和20m/s.
解析
解:A与B都在离开桌面后做平抛运动,由于高度是相等的,所以平抛运动的时间t=也是相等的,水平方向的位移:
x=vt
所以: ①
选取向右为正方向,对全过程使用动量守恒定律得:
mv0=MvA+(M+m)vB ②
联立①②得:vA=10m/s,vB=20m/s
子弹射穿A的过程中,有:mv0=mv1+2MvA ③
代入数据得:v1=60m/s
答:子弹刚穿出砂箱A时的速度是60m/s,砂箱A、B离开桌面时的速度分别是10m/s和20m/s.
质量为m的小球A,沿光滑水平面以v0的速度与质量为2m的静止小球B发生正碰,碰撞后,A球速度大小变为原来的,那么小球B的速度可能是( )
正确答案
解析
解:两球碰撞过程系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由题意可知,碰撞后A的速度为:vA=±v0,
由动量守恒定律得:mv0=mvA+2mvB,
解得:vB=v0,或vB=
v0;
故选:AB.
质量为200kg的小车,以速度20m/s沿光滑的水平轨道运动时,质量为50kg的石块竖直向下落入车内,与车一起运动,则它们的共同运动速度为______.
正确答案
16m/s
解析
解:小车的质量为M=200kg,石块质量为m=50kg.
石块竖直向下落入车速度为v=20m/s,设石块竖直向下落入车内后,两者共同速度大小为v′.
石块与小车组成的系统,水平方向不受外力,动量守恒,则有
Mv=(M+m)v′
解得,v′==
=16 m/s
故答案为:16m/s
如图所示,质量为m的小物块以水平向右速度v0滑上原来静止在光滑水平面上质量为M的小车左端,物块与小车间的动摩擦因数为μ.下列情景图中上图是初状态,下图是小物块相对小车静止时刚好运动至小车另一端时的状态.下列情景图正确的是( )
正确答案
解析
解:物块滑上小车后,受到向后的摩擦力而做减速运动,小车受到向前的摩擦力而做加速运动,小物块相对小车静止时刚好运动至小车另一端,由于“光滑水平面”,系统所受合外力为零,故满足动量守恒定律.
设物块和小车的共同速度大小为v,由动量守恒定律:
mv0=(m+M)v
解得:v=,运动过程中物块和小车的速度方向都向右.
由功能关系,物块与小车之间一对滑动摩擦力做功之和(摩擦力乘以相对位移)等于系统机械能的减小量:
-μmgL=(M+m)v2-
m
解得:L=
根据牛顿第二定律得物块的加速度为:a=μg
根据运动学公式得
从开始到小物块相对小车静止的运动时间是t=
解得:小车的位移x=t=
<L
故ACD错误,B正确
故选:B.
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