- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,在足够大的光滑水平面上放有两物块A和B,已知mA>mB,A物块连接一个轻弹簧并处于静止状态,B物块以初速度v0向着A物块运动.在B物块与弹簧作用过程中,两物块始终在同一条直线上运动,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B设弹簧恢复原长时,A、B的速度分别为vA和vB.
系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mBv0=mAvA+mBvB,
由机械能守恒定律得:mBv02=
mAvA2+
mBvB2,
解得:vB=v0,
已知:mA>mB,则得到vB<0,说明弹簧恢复原长时,B物块的速度不为零,且方向向左.故AB错误.
在弹簧压缩过程中,B先向右减速,速度减至零向左加速,则B物块的动能先减小后增大.故C错误,D正确.
故选:D.
质量为m、速度为v的A球与质量为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,因此,碰撞后B球的速度可能有不同的值.碰撞后B球的速度大小可能是( )
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=.碰撞后系统的总动能为Ek′=
+
=
+
>
,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′=+
=
+
<
,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,这时B获得的速度最大,所以vB=0.2v,是不可能的.故C错误.
D、若vB=v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•v,得vA=-,碰撞后系统的总动能必定大于碰撞前系统的总动能,违反了能量守恒定律,不可能.故D错误.
故选:B.
如图所示,水平地面上OP段是粗糙的,OP长为L=1.6m,滑块A、B与该段的动摩擦因数都为μ=0.5,水平地面的其余部分是光滑的.滑块B静止在O点,其质量mB=2kg.滑块A在O点左侧以v0=5m/s的水平初速度向右运动,并与B发生碰撞.A的质量是B的K(K取正整数)倍,滑块均可视为质点,取g=10m/s2.
(1)若滑块A与B发生完全非弹性碰撞,求A、B碰撞过程中损失的机械能;
(2)若滑块A、B构成的系统在碰撞过程中没有机械能损失,试讨论K在不同取值范围时滑块A克服摩擦力所做的功.
正确答案
解:(1)设滑块A碰B后的共同速度为v,AB碰撞过程中损失的机械能为△E
由动量守恒定律有 mAv0=(mA+mB)v ①
由能量守恒定律有△E=mAv2-
(mA+mB )v2 ②
联立①②式并代入数据解得 J ③
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,且设向右为正方向,由于弹性碰撞,则有:
mAv0=mAvA+mBvB ④
mAv02=
mAv
+
mBv
⑤
联立④⑤式并代入数据解得 m/s ⑥
m/s ⑦
假设滑块A、B都能在OP段滑动,滑块A、B在OP段的加速度(aA=aB=μg)相等,由⑥⑦式知在任意时刻vB>vA,滑块A、B不会再一次发生碰撞.
由题知,当滑块A刚好能够到达P点有 ⑧
代入数据解得K=9 ⑨
讨论:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0 ⑩
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J (11)
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ (12)
答:
(1)若滑块A与B发生完全非弹性碰撞,A、B碰撞过程中损失的机械能为;
(2)若滑块A、B构成的系统在碰撞过程中没有机械能损失,滑块A克服摩擦力所做的功情况有:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ
解析
解:(1)设滑块A碰B后的共同速度为v,AB碰撞过程中损失的机械能为△E
由动量守恒定律有 mAv0=(mA+mB)v ①
由能量守恒定律有△E=mAv2-
(mA+mB )v2 ②
联立①②式并代入数据解得 J ③
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,且设向右为正方向,由于弹性碰撞,则有:
mAv0=mAvA+mBvB ④
mAv02=
mAv
+
mBv
⑤
联立④⑤式并代入数据解得 m/s ⑥
m/s ⑦
假设滑块A、B都能在OP段滑动,滑块A、B在OP段的加速度(aA=aB=μg)相等,由⑥⑦式知在任意时刻vB>vA,滑块A、B不会再一次发生碰撞.
由题知,当滑块A刚好能够到达P点有 ⑧
代入数据解得K=9 ⑨
讨论:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0 ⑩
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J (11)
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ (12)
答:
(1)若滑块A与B发生完全非弹性碰撞,A、B碰撞过程中损失的机械能为;
(2)若滑块A、B构成的系统在碰撞过程中没有机械能损失,滑块A克服摩擦力所做的功情况有:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ
如图所示,质量为2m的物块A穿在光滑水平杆上,下面用长为L的轻绳悬吊一个质量为m的小球B,A、B均静止不动.质量为m的小球C在光滑水平桌面上以速度v0向右运动,小球C刚滑出右边缘时与小球B发生正碰,碰后两球粘在一起共同运动.试求:
①B、C小球碰撞过程中损失的机械能;
②B、C小球碰撞后物块A运动的最大速度.
正确答案
解析
解:(1)设BC碰撞后一起共同运动的速度为v1,设向右为正方向,则对BC小球组成的系统,由动量守恒得:
mv0=2mv1…①
E=mv02-
×2mv12…②
联立的:E=mv02…③
(2)由题意分析可知,当BC碰撞后粘在一起上升到最高点,再从最高点运动到物块A的正下方时A的速度最大,设此时BC向左运动的速度大小为v2,物块A向右运动的速度大小为v3,取水平向右为正方向,则对ABC组成的系统,由水平方向动量守恒得:
2mv1=-2mv2+2mv3…④
由机械能守恒得:×2mv12+
×2mv32…⑤
联立①④⑤得:v3=v0
答:①B、C小球碰撞过程中损失的机械能为mv02;
②B、C小球碰撞后物块A运动的最大速度v0.
如图所示,在真空中一个光滑的绝缘的水平面上,有直径相同的两个金属球A、C.质量mA=0.01kg,mC=0.005kg.静止在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中的C球带正电,电量qc=1×10-2C.在磁场外的不带电的A球以速度v0=20m/s进入磁场中与C球发生正碰后,C球对水平面压力恰好为零,则碰后A球的速度vA及碰撞后A球对水平面的压力F为( )
正确答案
解析
解:设A球初速度方向为正方向,设碰后A、C速度为vA和vC,由动量守恒得,
mAv0=mAvA+mCvC①
碰后,两球平均分配电荷,C球对水平面压力恰好为零,则有:
②
由①②代入数据得,vA=10m/s
由左手定则知,洛伦兹力竖直向上,故A球对水平面压力为:
F=③
由②③并代入数据得,F=0.075N
故选AC
物理-选修3-5
(1)如图为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是______
A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃到n=1能级产生的
B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C.这些氢原子总共可辐射出六种不同频率的光子,其频率关系为ν1>ν2>ν3>ν4>ν5>ν6.则ν1=ν2+ν6
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
(2)动量分别为5kgm/s和6kgm/s的小球A、B沿光滑平面上的同一条直线同向运动,A追上B并发生碰撞后.若已知碰撞后A的动量减小了2kgm/s,而方向不变,那么A、B质量之比的可能范围是什么?
正确答案
解:(1)A、B光波的波长越长,最容易表现出衍射现象.根据玻尔理论分析得知n=4能级跃到n=1能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最短,最不容易产生衍射.故AB均错误.
C、大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时是随机的,氢原子总共可辐射出C=6种不同频率的光子.由玻尔理论可知,产初末能级差越大,产生的光子频率越大,则ν1>ν2>ν3>ν4>ν5>ν6.而且有
E4-E1=hν1,E3-E1=hν2,E4-E3=hν6,
则由三式得 ν1=ν2+ν6 ,故C正确.
D、由能级图得,n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为(-3.4)eV-(-13.6)eV=10.2eV,大于金属的逸出功6.34eV,故产生光电效应.故D正确.
故选CD
(2)根据动量守恒定律得:碰撞后B的动量为PB′=6kgm/s+2kgm/s=8kgm/s.
由题,碰撞前,A能追上B,则有 vA>vB,即有 ;
碰后A的速度不大于B的速度,则有 ;
碰撞过程总动能不增加,则有 +
≥
+
由以上不等式解得
故答案为:(1)CD;(2)A、B质量之比的可能范围是 .
解析
解:(1)A、B光波的波长越长,最容易表现出衍射现象.根据玻尔理论分析得知n=4能级跃到n=1能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最短,最不容易产生衍射.故AB均错误.
C、大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时是随机的,氢原子总共可辐射出C=6种不同频率的光子.由玻尔理论可知,产初末能级差越大,产生的光子频率越大,则ν1>ν2>ν3>ν4>ν5>ν6.而且有
E4-E1=hν1,E3-E1=hν2,E4-E3=hν6,
则由三式得 ν1=ν2+ν6 ,故C正确.
D、由能级图得,n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为(-3.4)eV-(-13.6)eV=10.2eV,大于金属的逸出功6.34eV,故产生光电效应.故D正确.
故选CD
(2)根据动量守恒定律得:碰撞后B的动量为PB′=6kgm/s+2kgm/s=8kgm/s.
由题,碰撞前,A能追上B,则有 vA>vB,即有 ;
碰后A的速度不大于B的速度,则有 ;
碰撞过程总动能不增加,则有 +
≥
+
由以上不等式解得
故答案为:(1)CD;(2)A、B质量之比的可能范围是 .
如图甲所示,在光滑水平面上的两小球发生正碰,小球的质量分别为m1和m2.图乙为它们碰撞前后的x-t(位移-时间)图象.已知m1=0.1kg.由此可以判断( )
正确答案
解析
解:A、由图读出,碰后m2的速度为正方向,说明向右运动,m1的速度为负方向,说明向左运动,故A错误.
B、由图乙所示图象可知,碰前,m2位移不随时间变化,m2静止,m1位移随时间增加,速度不为零,向右运动,故B正确;
C、由图乙所示图象可知,v1==
=4m/s,由图求出碰后m2和m1的速度分别为v2′=2m/s,v1′=-2m/s,根据动量守恒定律得,m1v1=m2v2′+m1v1′,代入解得,m2=0.3kg.故C正确.
D、碰撞过程中系统损失的机械能为△E=m1v12-
m1v1′2-
m2v2′2,代入解得,△E=0.594J,故D错误.
故选:BC.
(2015秋•黔南州期末)如图所示,一质量为m的光滑弧形槽,槽下端切线水平,并与水平面平滑相通.开始槽固定在光滑水平面上,弧形槽的高为h,一质量为m的物块B静止放在光滑水平面上O点,物块B上连一轻质弹簧,现让一质量也为m的物块A从弧形槽的顶端由静止下滑,已知重力加速度为g,问:
①弹簧能获得的最大弹性势能多大?
②若弧形槽不固定,则物块A由弧形槽顶端由静止下滑后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为多大?
正确答案
解:①设最大弹性势能为EPm,当弧形槽固定时,物块A沿光滑弧面下滑,机械能守恒:mgh=m
物块A与弹簧相碰后,当AB两者有共同速度时,弹簧的弹性势能最大,以向右为正方向,根据动量守恒定律得:mv1=2mv2
弹簧的最大弹性势能为:EPm=m
-
×2m
=
mgh
②设最大弹性势能为EPm′,若弧形槽不是固定的,则物块下滑时,物块和弧形槽组成的系统水平方向动量守恒,设两物块刚分离时,弧形槽的速度大小为v3,物块的速度大小为v4,以向右为正方向,
则根据水平方向动量守恒得:mv3=mv4
根据机械能守恒有:mgh=m
+
m
解得:v4=
当物块与弹簧相碰后,弹簧能获得的最大弹性势能为:E′Pm=m
=
mgh
答:①弹簧能获得的最大弹性势能为mgh;
②若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为mgh.
解析
解:①设最大弹性势能为EPm,当弧形槽固定时,物块A沿光滑弧面下滑,机械能守恒:mgh=m
物块A与弹簧相碰后,当AB两者有共同速度时,弹簧的弹性势能最大,以向右为正方向,根据动量守恒定律得:mv1=2mv2
弹簧的最大弹性势能为:EPm=m
-
×2m
=
mgh
②设最大弹性势能为EPm′,若弧形槽不是固定的,则物块下滑时,物块和弧形槽组成的系统水平方向动量守恒,设两物块刚分离时,弧形槽的速度大小为v3,物块的速度大小为v4,以向右为正方向,
则根据水平方向动量守恒得:mv3=mv4
根据机械能守恒有:mgh=m
+
m
解得:v4=
当物块与弹簧相碰后,弹簧能获得的最大弹性势能为:E′Pm=m
=
mgh
答:①弹簧能获得的最大弹性势能为mgh;
②若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为mgh.
如图所示,质量为m的物体(可视为质点)以水平初速v0滑上原来静止在水平光滑轨道上的质量为M的小车上,物体与小车上表面间的动摩擦因数为μ,小车足够长.求:
(1)物体从滑上小车到与小车相对静止所经历的时间?
(2)物体相对小车滑行的距离?
(3)系统中产生的热量是多少?
正确答案
解:(1)设向右为正方向,根据动量守恒定律有:
mv0=(m+M)v
得:v=
对小车:μmg=Ma,
又 v=at
联立得:t=;
(2)对系统,根据能量守恒得:
μmg△s=-
解得物体相对小车滑行的距离是:△s=;
(3)根据能量守恒,系统损失的机械能等于摩擦产生的内能:
Q=μmg△s=
答:
(1)物体从滑上小车到与小车相对静止所经历的时间是;
(2)物体相对小车滑行的距离是;
(3)系统中产生的热量是.
解析
解:(1)设向右为正方向,根据动量守恒定律有:
mv0=(m+M)v
得:v=
对小车:μmg=Ma,
又 v=at
联立得:t=;
(2)对系统,根据能量守恒得:
μmg△s=-
解得物体相对小车滑行的距离是:△s=;
(3)根据能量守恒,系统损失的机械能等于摩擦产生的内能:
Q=μmg△s=
答:
(1)物体从滑上小车到与小车相对静止所经历的时间是;
(2)物体相对小车滑行的距离是;
(3)系统中产生的热量是.
气球下系着绳梯,其总质量为M.在绳梯上有一质量为m的人.整个系统原来静止在空中.若此人相对于绳梯速度v向上爬,则在地面上的人看来,人向上爬的速度大小为______.气球下降的速度大小为______.
正确答案
解析
解:人与气球组成的系统动量守恒,设绳梯的速度为V,以向上为正方向,
由动量守恒定律得:m(v-V)-MV=0,解得,V=,
在地面上的人看来,人向上爬的速度大小为:v人=v-V=;
故答案为:;
.
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