- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,固定在竖直平面内半径为R的四分之一光滑圆弧轨道与水平光滑轨道平滑连接,A、B、C三个滑块质量均为m,B、C带有同种电荷且相距足够远,静止在水平轨道上的图示位置.不带电的滑块A从圆弧上的P点由静止滑下(P点处半径与水平面成30°角),与B发生正碰并粘合,然后沿B、C两滑块所在直线向C滑块运动.求:
①A、B粘合后的速度大小;
②A、B粘合后至与C相距最近时系统电势能的变化.
正确答案
解:①滑块由P滑下到与B碰撞前,根据动能定理得:
mgR(1-sin30°)=mv2
规定向右为正方向,根据A、B碰撞过程动量守恒得:
mv=2mv1
解得:v1=
②当B、C达到共同速度时,B、C相距最近,规定向右为正方向,由系统动量守恒定律得:
2mv1=3mv2
根据能量守恒定律,系统损失的机械能转化为系统的电势能,则有:
△Ep=×2m
-
×3m
电势能的增加量为:△Ep=mgR
答:①A、B粘合后的速度大小是;
②A、B粘合后至与C相距最近时系统电势能的增加量为 mgR.
解析
解:①滑块由P滑下到与B碰撞前,根据动能定理得:
mgR(1-sin30°)=mv2
规定向右为正方向,根据A、B碰撞过程动量守恒得:
mv=2mv1
解得:v1=
②当B、C达到共同速度时,B、C相距最近,规定向右为正方向,由系统动量守恒定律得:
2mv1=3mv2
根据能量守恒定律,系统损失的机械能转化为系统的电势能,则有:
△Ep=×2m
-
×3m
电势能的增加量为:△Ep=mgR
答:①A、B粘合后的速度大小是;
②A、B粘合后至与C相距最近时系统电势能的增加量为 mgR.
如图三个大小相同的小球A、B、C置于光滑水平面上,三球的质量分别为mA=2kg、mB=4kg、mC=2kg,取水平向右方向为动量的正方向,某时刻A球的动量PA=20kgm/s,B球此刻的动量大小和方向未知,C球的动量为零.A球与B球先碰,随后B球与C球碰,碰撞均在同一直线上,且A球与B球以及B球与C球之间分别只相互碰撞一次,最终所有小球都以各自碰后的速度一直匀速运动.所有的相互作用结束后,△PC=10kgm/s、△PB=4kgm/s,最终B球以5m/s的速度水平向右运动.求:
ⅠA球对B球的冲量大小与C球对B球的冲量大小之比;
Ⅱ整个过程系统由于碰撞产生多少热量?
正确答案
解:Ⅰ、由A、B、C组成系统动量守恒,以A的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:△PA+△PB+△PC=0,解得:△PA=-14kgm/s,
由A、B相碰时,对A,由动量定理可得:IBA=△PA,IAB=-IBA=14kgm/s,
由B、C相碰时,对C,由动量定理可得:IBC=△PC,ICB=-IBC=-10kgm/s,
则冲量之比:IAB:ICB=7:5;
Ⅱ.设A、B碰前A的动量为PA,B的动量为PB,C的动量为PC,
所有的作用结束后A的动量为PA′,B的动量为PA′,B的动量为PC′,
由A、B、C组成系统动量守恒,以A的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:PA+PB+PC=PA′+PB′+PC′,
PA′=PA+△PA,PC′=PC+△PC ,
Q=+
-
-
-
,解得:Q=48J;
答:Ⅰ、A球对B球的冲量大小与C球对B球的冲量大小之比为7:5;
Ⅱ、整个过程系统由于碰撞产生的热量为48J.
解析
解:Ⅰ、由A、B、C组成系统动量守恒,以A的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:△PA+△PB+△PC=0,解得:△PA=-14kgm/s,
由A、B相碰时,对A,由动量定理可得:IBA=△PA,IAB=-IBA=14kgm/s,
由B、C相碰时,对C,由动量定理可得:IBC=△PC,ICB=-IBC=-10kgm/s,
则冲量之比:IAB:ICB=7:5;
Ⅱ.设A、B碰前A的动量为PA,B的动量为PB,C的动量为PC,
所有的作用结束后A的动量为PA′,B的动量为PA′,B的动量为PC′,
由A、B、C组成系统动量守恒,以A的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:PA+PB+PC=PA′+PB′+PC′,
PA′=PA+△PA,PC′=PC+△PC ,
Q=+
-
-
-
,解得:Q=48J;
答:Ⅰ、A球对B球的冲量大小与C球对B球的冲量大小之比为7:5;
Ⅱ、整个过程系统由于碰撞产生的热量为48J.
从某高处自由下落一块质量为M的物体,当物体下落高度h时,突然炸成两块,已知质量为m的一块碎片恰好能返回到开始下落的位置,求物体M刚炸裂时另一块碎片的速度大小.
正确答案
解:由机械能守恒定律得,Mgh=,
解得v=.
炸裂时,爆炸力远大于物体受到的重力,规定向下为正方向,
因为质量为m的一块碎片恰好能返回到开始下落的位置,可知该碎片的速度等于物体爆炸前的速度,
由动量守恒定律知:Mv=-mv+(M-m)v′
解得v′=.
答:物体M刚炸裂时另一块碎片的速度大小为.
解析
解:由机械能守恒定律得,Mgh=,
解得v=.
炸裂时,爆炸力远大于物体受到的重力,规定向下为正方向,
因为质量为m的一块碎片恰好能返回到开始下落的位置,可知该碎片的速度等于物体爆炸前的速度,
由动量守恒定律知:Mv=-mv+(M-m)v′
解得v′=.
答:物体M刚炸裂时另一块碎片的速度大小为.
(2016春•寿县校级月考)冰球运动员甲的质量为60 kg,当他以5m/s速度向前运动时,与另一质量为80kg,速度为3m/s的迎面而来的运动员乙相撞,碰后甲恰好静止,假设碰撞时间极短,求:
(1)碰后乙的速度大小;
(2)碰撞后总机械能的损失.
正确答案
解:(1)甲、乙组成的系统动量守恒,以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m甲v甲+m乙v乙′=m甲v甲′+m乙v乙′,
代入数据解得:v乙′=0.75m/s,
(2)由能量守恒定律可知,损失的机械能:
△E=m甲v甲2+
m乙v乙2-
m甲v甲′2-
m乙v乙′2,
代入数据解得:△E=1087.5J;
答:(1)碰后乙的速度大小为0.75m/s;
(2)碰撞后总机械能的损失为1087.5J.
解析
解:(1)甲、乙组成的系统动量守恒,以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m甲v甲+m乙v乙′=m甲v甲′+m乙v乙′,
代入数据解得:v乙′=0.75m/s,
(2)由能量守恒定律可知,损失的机械能:
△E=m甲v甲2+
m乙v乙2-
m甲v甲′2-
m乙v乙′2,
代入数据解得:△E=1087.5J;
答:(1)碰后乙的速度大小为0.75m/s;
(2)碰撞后总机械能的损失为1087.5J.
(1)下列说法正确的是______.
A.无论光的频率多低,只要光照金属的时间足够长就能产生光电效应
B.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
C.β射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿透能力
D.比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
E.重核的裂变和轻核的聚变均释放核能
(2)如图所示,一质量为m1的半圆形槽内壁光滑,放在光滑的水平面上,槽的左侧有一固定的木桩以阻止槽水平向左运动,槽的半径为R.今从槽左侧最高点释放一个质量为m2的小球(可视为质点),求:
i.小球第一次运动到圆弧槽最低点时的速度大小;
ii.小球第一次通过圆弧梢最低点以后,沿圆弧槽上升的最大高度.
正确答案
解:(1)A、发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与入射光照射的时间无关.故A错误;
B、氢原子光谱说明氢原子能级是分立的,B正确;
C、β射线不是原子核外电子电离形成的电子流,是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放的,故C错误;
D、根据爱因斯坦质能方程知,重核的裂变和轻核的聚变均有质量损失,释放核能,D正确;
故选:BDE.
(2)ⅰ.小球在木槽左侧运动机械能守恒,槽不动,根据机械能守恒有:
m2gR=m2vB2…①
得:vB=…②
ⅱ.小球在木槽右侧运动,小球和木槽水平动量守恒,机械能守恒,当小球到达最高点时:
m2vB=(m2+m1)v1…③
m2vB2=
(m1+m2)v12+m2gh…④
联立得:h=R
答:i.小球第一次运动到圆弧槽最低点时的速度大小为;
ii.小球第一次通过圆弧梢最低点以后,沿圆弧槽上升的最大高度为R.
解析
解:(1)A、发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与入射光照射的时间无关.故A错误;
B、氢原子光谱说明氢原子能级是分立的,B正确;
C、β射线不是原子核外电子电离形成的电子流,是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放的,故C错误;
D、根据爱因斯坦质能方程知,重核的裂变和轻核的聚变均有质量损失,释放核能,D正确;
故选:BDE.
(2)ⅰ.小球在木槽左侧运动机械能守恒,槽不动,根据机械能守恒有:
m2gR=m2vB2…①
得:vB=…②
ⅱ.小球在木槽右侧运动,小球和木槽水平动量守恒,机械能守恒,当小球到达最高点时:
m2vB=(m2+m1)v1…③
m2vB2=
(m1+m2)v12+m2gh…④
联立得:h=R
答:i.小球第一次运动到圆弧槽最低点时的速度大小为;
ii.小球第一次通过圆弧梢最低点以后,沿圆弧槽上升的最大高度为R.
一个静止的质量为M的不稳定原子核,当它放射出质量为m、速度为v的粒子后,原子核剩余部分的速度为( )
正确答案
解析
解:根据动量守恒定律研究整个原子核:
0=mv+(M-m)v′
v′=
故选B.
质量为m的小球A以速度v与质量为3m的静止小球B发生正碰后,以的速度被反弹回,则碰撞后B球的速度大小是( )
正确答案
解析
解:设小球A的初速度方向为正,根据动量守恒定律:
mv=3mv′+m(-)
得:v′=
故选:C.
如图所示,一个平板小车置于光滑水平面上,其右端恰好和一个
光滑圆弧轨道AB的底端平滑连接,已知小车质量M=3.0kg,圆弧轨道半径R=0.8m,现将一质量m=1.0kg的小滑块由轨道顶端A点无初速度释放,滑块滑到B端后冲上小车,最后没有离开小车,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)滑块沿圆弧轨道由A到B下滑的过程中,所受合外力的冲量大小;
(2)滑块到达B端时,圆弧轨道对它的支持力大小;
(3)滑块和小车的最终速度大小.
正确答案
解:(1)滑块下滑过程中只有重力做功,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mgR=mv02,
对滑块,由动量定理得:I=mv0-0,
解得:I=4N•s,方向水平向右;
(2)在B点,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,解得:F=30N;
(3)以小车与滑块组成的系统为研究对象,以滑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:v=1m/s;
答:(1)滑块沿圆弧轨道由A到B下滑的过程中,所受合外力的冲量大小为4N•s;
(2)滑块到达B端时,圆弧轨道对它的支持力大小为30N;
(3)滑块和小车的最终速度大小为1m/s.
解析
解:(1)滑块下滑过程中只有重力做功,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mgR=mv02,
对滑块,由动量定理得:I=mv0-0,
解得:I=4N•s,方向水平向右;
(2)在B点,由牛顿第二定律得:
F-mg=m,解得:F=30N;
(3)以小车与滑块组成的系统为研究对象,以滑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:v=1m/s;
答:(1)滑块沿圆弧轨道由A到B下滑的过程中,所受合外力的冲量大小为4N•s;
(2)滑块到达B端时,圆弧轨道对它的支持力大小为30N;
(3)滑块和小车的最终速度大小为1m/s.
(2016春•邯郸校级月考)质量为M的砂车,沿光滑水平面以速度v0做匀速直线运动,此时从砂车上方落入一个质量为m的大铁球,如图所示,则铁球落入砂车后,砂车将( )
正确答案
解析
解:小球和小车组成的系统水平方向动量守恒,设小车初速度方向为正,根据动量守恒:
Mv0=(m+M)v
得:v=.
即小车仍匀速运动,速度小于v0.故C正确,ABD错误.
故选:C
质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A球的动量是7kgm/s,B球的动量是5kgm/s,当A球追上B球时发生碰撞,则碰后A、B两球的动量可能值是( )
正确答案
解析
解:以两物体组成的系统为研究对象,以甲的初速度方向为正方向,系统初动能:E=+
=
,
系统总动量:p=7kg•m/s+5kg•m/s=12kg•m/s;
A、碰后系统动量为12kg•m/s,满足系统动量守恒,总动能:E′=+
=
,系统动能不增加,符合实际,故A正确
B、碰后系统动量为12kg•m/s,满足系统动量守恒,碰撞后A的速度大于B的速度,会发生二次碰撞,不符合实际,故B错误;
C、碰后系统动量为12kg•m/s,满足系统动量守恒,总动能:E′=+
=
,系统动能增加,不符合实际,故C错误;
D、PA=-4kgm/s,PB=17kgm/s,碰后系统动量为13kg•m/s,系统动量不守恒,故D错误;
故选:A.
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