- 动量守恒定律
- 共6204题
一质量为M的木块静止光滑的水平面上,一质量为m的子弹以初速度v0水平飞来打进木块并留在其中,设木块与子弹的相互作用力为f.试求:
(1)子弹、木块相对静止时的速度v?
(2)系统系统增加的内能为多少?
(3)子弹打进木块的深度L多少?
正确答案
解:(1)子弹与木块组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v,
解得:v=;
(2)对子弹与木块组成的系统,由能量守恒定律得:
mv02=
(M+m)v2+Q,
解得:Q=;
(3)系统损失的机械能:Q=fL,
解得子弹打进木块的深度:L=;
答:(1)子弹、木块相对静止时的速度v=;
(2)系统系统增加的内能为:;
(3)子弹打进木块的深度为.
解析
解:(1)子弹与木块组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v,
解得:v=;
(2)对子弹与木块组成的系统,由能量守恒定律得:
mv02=
(M+m)v2+Q,
解得:Q=;
(3)系统损失的机械能:Q=fL,
解得子弹打进木块的深度:L=;
答:(1)子弹、木块相对静止时的速度v=;
(2)系统系统增加的内能为:;
(3)子弹打进木块的深度为.
在光滑水平地面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车,一个质量为m的小铁块以速度V0沿水平槽口滑去,如图所示,求:
①铁块能滑至弧形槽内的最大高度:(设m不会从左端滑离M)
②小车的最大速度;
③若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作什么运动?
正确答案
解:(1)铁块滑至最高处时,有共同速度V,
由动量守恒定律得:mV0=(M+m)V ①
由能量守恒定律得:②
由①②解得:
(2)铁块从小车右端滑离小车时,小车的速度最大为V1,此时铁块速度为V2,
由动量守恒定律得:mv=MV1 +mV2 ③
由能量守恒定律得:④
由③④解得:
(3)由上面③④解得:⑤
由已知当M=m时,由⑤得:V2=0
又因铁块滑离小车后只受重力,所以做自由落体运动.
答:①铁块能滑至弧形槽内的最大高度是
②小车的最大速度是;
③若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作自由落体运动.
解析
解:(1)铁块滑至最高处时,有共同速度V,
由动量守恒定律得:mV0=(M+m)V ①
由能量守恒定律得:②
由①②解得:
(2)铁块从小车右端滑离小车时,小车的速度最大为V1,此时铁块速度为V2,
由动量守恒定律得:mv=MV1 +mV2 ③
由能量守恒定律得:④
由③④解得:
(3)由上面③④解得:⑤
由已知当M=m时,由⑤得:V2=0
又因铁块滑离小车后只受重力,所以做自由落体运动.
答:①铁块能滑至弧形槽内的最大高度是
②小车的最大速度是;
③若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作自由落体运动.
质量为m、速度为v的A球跟质量为3m的静止B球发生正碰,碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,碰后B球的速度可能是( )
正确答案
解析
解:A、若vB=0.6v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.6v,得vA=-0.8v,碰撞前系统的总动能为Ek=mv2.
碰撞后系统的总动能为Ek′=mvA2+
•3m•vB2=
m(0.8v)2+
3mvB2>
mv2,违反了能量守恒定律,不可能.故A错误.
B、若vB=0.4v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.4v,得vA=-0.2v,
碰撞后系统的总动能为Ek′=mvA2+
•3m•vB2=
m(-0.2v)2+
×3m(0.4v)2>
mv2,不违反能量守恒定律,是可能的.故B正确.
C、A、B发生完全非弹性碰撞,则有:mv=(m+3m)vB,vB=0.25v,这是B获得的最小速度,所以vB=0.2v,是不可能的.故C错误D正确.
故选:BD.
两球A、B在光滑水平面上沿同一直线同一方向运动,mA=1kg,mB=2kg,vA=4m/s,vB=2m/s.当A追上B并发生碰撞后,两球A、B速度的可能值是( )
正确答案
解析
解:碰前系统总动量为:P总=4×1+2×2=8kg•m/s,碰前总动能为:Ek总=×1×42+
×2×22=12J;
A、如果vA′=3 m/s,vB′=2.5 m/s,则碰后A的速度大于B的速度,不符合实际,故A错误;
B、如果vA′=0 m/s,vB′=4 m/s,系统动量守恒,碰后总动能为E′k总=×1×02+
×2×42=16J,系统动能增加,不符合实际,故B错误;
C、如果vA′=2 m/s,vB′=3 m/s,系统动量守恒,碰后总动能为E″k总=×1×22+
×2×32=11J,故C正确;
D、如果vA′=4 m/s,vB′=-2 m/s,碰后B反向,这是不可能的,故D错误;
故选:C.
(2015•蚌埠二模)如图所示,质量为m1的滑块(可视为质点)自光滑圆弧槽的顶端A处无初速度的滑下.槽的底端与水平传送带相切于左传导轮顶端的B点,A、B的高度差为h1=1.25m.传导轮半径很小,两个轮子之间的距离为L=4.0m,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.1.传送带距离地面高度h2=1.80m,(g取10m/s2).
(1)若槽的底端没有放滑块m2,传送带静止不运转,求滑块m1滑过C点时的速度大小v;
(2)若下滑前将质量为m2的滑块(可视为质点)停放在槽的底端.m1下滑后与m2发生弹性碰撞,且碰撞后m1速度方向不变,则m1、m2应该满足什么条件?
(3)满足(2)的条件前提下,若传送带顺时针运转,且速度大小恒为v=2m/s.求m1、m2满足一定关系时两滑块落地点间的最大距离△x.
正确答案
解:(1)滑块m1由A点滑至B点过程,由机械能守恒定律:m1gh1=
解得:v0=5m/s
滑块m1由B点滑至C点过程,由动能定理:-μm1gL=v2-
解得:v=3m/s
(2)滑块m2停放在槽的底端,滑块m1下滑后与m2发生弹性碰撞,
由动量守恒定律:m1v0=m1v1+m2v2
由能量守恒定律:=
m1v12+
m2v22
据题意,碰撞后m1的速度方向不变,即v1=v0>0
所以m1>m2
(3)滑块经过传送带后做平抛运动,
由h2=gt2解得t=0.6s.
当1>>2时,滑块碰撞后的速度相差最大,经过传送带后速度相差也最大.
v1=v0=v0=5m/s
v2=v0=2v0=10m/s
由于滑块m1与传送带速度相同,不受摩擦力,m1水平射程:
x1=v1t=3m
滑块m2与传送带间有摩擦力作用,由动能定理:
-μm2gL=-
m2
解得:v′2=2m/s
m2水平射程:x2=v′2t= m
滑块m1、m2落地点间的最大距离是△x=(-3)m
答:(1)槽的底端没有滑块m2,传送带静止不运转,滑块m1滑过C点时的速度大小是3m/s;
(2)在m1下滑前将质量为m2的滑块(可视为质点)停放在槽的底端.m1下滑后与m2发生弹性碰撞,且碰撞后m1速度方向不变,则m1、m2应该满足m1>m2
(3)满足(2)的条件前提下,传送带顺时针运转,速度为v=5.0m/s.滑块m1、m2落地点间的最大距离是(-3)m
解析
解:(1)滑块m1由A点滑至B点过程,由机械能守恒定律:m1gh1=
解得:v0=5m/s
滑块m1由B点滑至C点过程,由动能定理:-μm1gL=v2-
解得:v=3m/s
(2)滑块m2停放在槽的底端,滑块m1下滑后与m2发生弹性碰撞,
由动量守恒定律:m1v0=m1v1+m2v2
由能量守恒定律:=
m1v12+
m2v22
据题意,碰撞后m1的速度方向不变,即v1=v0>0
所以m1>m2
(3)滑块经过传送带后做平抛运动,
由h2=gt2解得t=0.6s.
当1>>2时,滑块碰撞后的速度相差最大,经过传送带后速度相差也最大.
v1=v0=v0=5m/s
v2=v0=2v0=10m/s
由于滑块m1与传送带速度相同,不受摩擦力,m1水平射程:
x1=v1t=3m
滑块m2与传送带间有摩擦力作用,由动能定理:
-μm2gL=-
m2
解得:v′2=2m/s
m2水平射程:x2=v′2t= m
滑块m1、m2落地点间的最大距离是△x=(-3)m
答:(1)槽的底端没有滑块m2,传送带静止不运转,滑块m1滑过C点时的速度大小是3m/s;
(2)在m1下滑前将质量为m2的滑块(可视为质点)停放在槽的底端.m1下滑后与m2发生弹性碰撞,且碰撞后m1速度方向不变,则m1、m2应该满足m1>m2
(3)满足(2)的条件前提下,传送带顺时针运转,速度为v=5.0m/s.滑块m1、m2落地点间的最大距离是(-3)m
下面是一个物理演示实验,它显示:图中自由下落的物体A和B经反弹后,B能上升到比初始位置高得多的地方.A是某种材料做成的实心球,质量m1=0.28kg,在其顶部的凹坑中插着质量m2=0.10kg的木棍B.B只是松松地插在凹坑中,其下端与坑底之间有小空隙.将此装置从A下端离地板的高度H=1.25m处由静止释放.实验中,A触地后在极短时间内反弹,且其速度大小不变;接着木棍B脱离球A开始上升,而球A恰好停留在地板上.求木棍B上升的高度,重力加速度g=10m/s2.
正确答案
解:根据题意,A碰地板后,反弹速度的大小v1等于它下落到地面时速度的大小,即
v1=,
A刚反弹后,速度向上,立刻与下落的B碰撞,碰前B的速度
v2=.
由题意,碰后A速度为零,以v2′表示B上升的速度,根据动量守恒,有
m1v1-m2v2=m2v2′,
令h表示B上升的高度,有
h=.
由以上各式并代入数据,得
h=4.05m.
故木棍B上升的高度为4.05m.
解析
解:根据题意,A碰地板后,反弹速度的大小v1等于它下落到地面时速度的大小,即
v1=,
A刚反弹后,速度向上,立刻与下落的B碰撞,碰前B的速度
v2=.
由题意,碰后A速度为零,以v2′表示B上升的速度,根据动量守恒,有
m1v1-m2v2=m2v2′,
令h表示B上升的高度,有
h=.
由以上各式并代入数据,得
h=4.05m.
故木棍B上升的高度为4.05m.
质量为m的人站在质量为M、长为L的静止小船的右端,小船的左端靠在岸边(如图所示),当他向左走到船的左端时,船左端离岸的距离是( )
正确答案
解析
解:人、船系统动量守恒,总动量始终为零,所以人、船动量大小始终相等.
从图中可以看出,人、船的位移大小之和等于L.设人、船位移大小分别为l1、l2,
以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv1=Mv2,
两边同乘时间t得:mv1t=Mv2t,即:ml1=Ml2,
而l1+l2=L,解得:l2=L;
故选:D.
如图所示,在光滑水平地面上静止放置由弹簧相连接的两木块A和B,一质量为m的子弹以水平速度v0击中木块A,子弹没有穿出.已知A的质量mA=m,B的质量mB=2m.求:
(1)A的最大速度
(2)求弹簧的最大弹性势能.
正确答案
解:(1)子弹与A组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+mvA)v,解得A的最大速度:v=v0;
(2)子弹、A、B组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+mA+mB)v′,
解得:v′=v0,
由能量守恒定律得:(m+mA)v2=EP+
(m+mA+mB)v′2,
解得:EP=mv02;
答:(1)A的最大速度为v0;
(2)弹簧的最大弹性势能为mv02.
解析
解:(1)子弹与A组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+mvA)v,解得A的最大速度:v=v0;
(2)子弹、A、B组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+mA+mB)v′,
解得:v′=v0,
由能量守恒定律得:(m+mA)v2=EP+
(m+mA+mB)v′2,
解得:EP=mv02;
答:(1)A的最大速度为v0;
(2)弹簧的最大弹性势能为mv02.
如图所示,质量均为km(其中k=1,2,3…)的斜劈A和B静止放在光滑的水平面上,斜劈A和B的曲面为半径相同的四分之一的圆周,圆周下端与水平面相切,一质量为m的小球位于两斜劈的中间某位置,现给小球水平向右的初速度v0,求:
(1)若将斜劈B固定,小球刚好滑到斜劈顶端,斜劈的半径多大;
(2)若两斜劈均不固定,当小球第一次从斜劈B滑下离开时,小球的速度多大;
(3)在满足(2)问前提下,若小球至少2次向右滑上斜劈B,k的取值范围.
正确答案
解:(1)斜劈B固定,小球刚好滑到斜劈顶端,
小球运动过程,由动能定理得:-mgR=0-mv02,
解得,斜劈的半径:R=;
(2)设小球第一次从斜劈B滑下离开时,小球和斜劈B的速度分别为v1和v2,
以向右为正方向,由动量守恒可得:mv0=mv1+kmv2,
由机械能守恒可得:mv02=
mv12+
kmv22,
联立解得小球速度为:v1=v0,斜劈B速度为:v2=
v0;
(3)设小球第一次滑下离开斜劈A时,小球和斜劈A的速度分别为v1′和v2′,
以向右为正方向,由动量守恒可得:mv0=mv1+kmv2,联立解得小球的速度:v1′=v1=
v0,
若小球至少两次向右滑上斜劈B,则必有:|v1′|>v2,化简得:k2-4k-1>0,
解得:k>2+,故k=5、6、7、…;
答:(1)若将斜劈B固定,小球刚好滑到斜劈顶端,斜劈的半径为;
(2)若两斜劈均不固定,当小球第一次从斜劈B滑下离开时,小球的速度为v0;
(3)在满足(2)问前提下,若小球至少2次向右滑上斜劈B,k的取值范围是:k=5、6、7、….
解析
解:(1)斜劈B固定,小球刚好滑到斜劈顶端,
小球运动过程,由动能定理得:-mgR=0-mv02,
解得,斜劈的半径:R=;
(2)设小球第一次从斜劈B滑下离开时,小球和斜劈B的速度分别为v1和v2,
以向右为正方向,由动量守恒可得:mv0=mv1+kmv2,
由机械能守恒可得:mv02=
mv12+
kmv22,
联立解得小球速度为:v1=v0,斜劈B速度为:v2=
v0;
(3)设小球第一次滑下离开斜劈A时,小球和斜劈A的速度分别为v1′和v2′,
以向右为正方向,由动量守恒可得:mv0=mv1+kmv2,联立解得小球的速度:v1′=v1=
v0,
若小球至少两次向右滑上斜劈B,则必有:|v1′|>v2,化简得:k2-4k-1>0,
解得:k>2+,故k=5、6、7、…;
答:(1)若将斜劈B固定,小球刚好滑到斜劈顶端,斜劈的半径为;
(2)若两斜劈均不固定,当小球第一次从斜劈B滑下离开时,小球的速度为v0;
(3)在满足(2)问前提下,若小球至少2次向右滑上斜劈B,k的取值范围是:k=5、6、7、….
如图所示,木块A放在水平台面B上,水平台面B的中间有一孔洞,一粒向上射出的子弹以速度v0打进木块A,它们瞬时获得共同速度,内嵌子弹的木块A上升的最大高度为h1=1.8m,然后自由落下,落到平台B上后反弹的高度为h2=1.25m,测出A开始下落都第一次反弹到最高点所用时间为t=1.3s,已知木块A的质量为m=0.39kg,子弹质量m0=0.01kg,g取10m/s2,不计空气阻力,求:
①子弹打击木块A时的速度v0
②从木块A第一次落到平台B到反弹离开,平台B对木块A的平均作用力的大小.
正确答案
解:(1)设向上为正;对整体上升过程由机械能守恒定律可知:
(m+m0)gh=
解得:v=6m/s;
由动量守恒定律可知;
m0v0=(m+m0)v
解得:v0=240m/s;
(2)由h=可得A下落时间t1=
,
反弹后上升的时间t2=
故碰撞时间t=1.3-0.6-0.5=0.2s;
由机械能守恒定律可知,(m+m0)gh′=
木块反弹的速度v2=5m/s
对碰撞过程由动量定理可知:
[F-(m+m0)g]t=(m+m0)v2-(m+m0)v
代入数据解得:F=26N;
答:(1)子弹打击木块A时的速度v0为240m/s;
(2)从木块A第一次落到水平台面B到反弹离开,水平台面B对木块A的平均作用力的大小为26N.
解析
解:(1)设向上为正;对整体上升过程由机械能守恒定律可知:
(m+m0)gh=
解得:v=6m/s;
由动量守恒定律可知;
m0v0=(m+m0)v
解得:v0=240m/s;
(2)由h=可得A下落时间t1=
,
反弹后上升的时间t2=
故碰撞时间t=1.3-0.6-0.5=0.2s;
由机械能守恒定律可知,(m+m0)gh′=
木块反弹的速度v2=5m/s
对碰撞过程由动量定理可知:
[F-(m+m0)g]t=(m+m0)v2-(m+m0)v
代入数据解得:F=26N;
答:(1)子弹打击木块A时的速度v0为240m/s;
(2)从木块A第一次落到水平台面B到反弹离开,水平台面B对木块A的平均作用力的大小为26N.
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