- 动量守恒定律
- 共6204题
光滑水平面上放有如图所示的用绝缘材料制成的“”型滑板,(平面部分足够长),质量为4m,距滑板的A壁为L1距离的B处放有一质量为m,电量为+q的大小不计的小物体,物体与板面的摩擦不计,整个装置处于场强为E的匀强电场中,初始时刻,滑板与物体都静止,试求:
(1)从小物体释放到第一次与滑板A壁碰撞所需时间t及碰撞前小物体速度v1的大小
(2)若小物体第一次与A壁碰后反弹(碰撞过程时间极短),且速度的大小为碰前的(相对水平面),则碰撞后滑板的速度v多大?
(3)物体从静止开始运动到第二次碰撞前,电场力做功为多大?(碰撞时间可忽略)
正确答案
解:(1)对物体,根据动能定理,有qEL1=mv12,得 v1=
(2)物体与滑板碰撞前后动量守恒,设物体第一次与滑板碰后的速度为v1′;滑板的速度为v,则
mv1=mv1′+4mv.
若v1′=v1,则v=
v1,因为v1′>v,不符合实际,
故应取v1′=-v1,则v=
v1=
在物体第一次与A壁碰后到第二次与A壁碰前,物体做匀变速运动,滑板做匀速运动,在这段时间内,两者相对于水平面的位移相同.
∴(v2+v1′)t=v•t,
即v2=v1=
(3)对整个过程运用动能定理得;
电场力做功W=mv12+(
mv22-
mv1′2)=
qEL1.
答:(1)释放小物体,第一次与滑板A壁碰前物体的速度为;
(2)碰撞后滑板的速度为;
(3)物体从开始运动到第二次碰撞前,电场力做的功为qEL1.
解析
解:(1)对物体,根据动能定理,有qEL1=mv12,得 v1=
(2)物体与滑板碰撞前后动量守恒,设物体第一次与滑板碰后的速度为v1′;滑板的速度为v,则
mv1=mv1′+4mv.
若v1′=v1,则v=
v1,因为v1′>v,不符合实际,
故应取v1′=-v1,则v=
v1=
在物体第一次与A壁碰后到第二次与A壁碰前,物体做匀变速运动,滑板做匀速运动,在这段时间内,两者相对于水平面的位移相同.
∴(v2+v1′)t=v•t,
即v2=v1=
(3)对整个过程运用动能定理得;
电场力做功W=mv12+(
mv22-
mv1′2)=
qEL1.
答:(1)释放小物体,第一次与滑板A壁碰前物体的速度为;
(2)碰撞后滑板的速度为;
(3)物体从开始运动到第二次碰撞前,电场力做的功为qEL1.
如图所示;“∪”型刚性容器质量M=2kg,静止在光滑水平地面上,将一质量m=0.5kg,初速度v0=5m/s,且方向水平向右的钢块放在容器中间,让二者发生相对滑动.已知钢块与容器底部接触面粗糙,取μ=0.1,重力加速度g=10m/s2,容器内壁间距L=1m,钢块与容器壁多次弹性碰撞后恰好回到容器正中间,并与容器相对静止,求:
①整个过程中系统损失的机械能;
②整个过程中钢块与容器碰撞次数.
正确答案
解:(1)设钢块与容器的共同速度为v,根据动量守恒得:
mv0=(M+m)v
解得:v=
根据能量守恒得系统损失的机械能为:△E=m
-
(M+m)v2
解得:△E==
=5J
(2)根据功能关系得:
△E=μmg•S相对=μmg•NL
解得:N==
=10次
答:①整个过程中系统损失的机械能是5J;
②整个过程中钢块与容器碰撞次数是10次.
解析
解:(1)设钢块与容器的共同速度为v,根据动量守恒得:
mv0=(M+m)v
解得:v=
根据能量守恒得系统损失的机械能为:△E=m
-
(M+m)v2
解得:△E==
=5J
(2)根据功能关系得:
△E=μmg•S相对=μmg•NL
解得:N==
=10次
答:①整个过程中系统损失的机械能是5J;
②整个过程中钢块与容器碰撞次数是10次.
在光滑的水平面上有一质量为2m的盒子,盒子正中间有一质量为m的物体,如图所示,物体与盒底间的动摩擦因数为μ.开始时盒子静止,物体以水平初速度v0向右运动,当它刚要与盒子右壁相碰时,速度减为
,物体与盒子右壁相碰后即粘在右壁上,求:
(1)物体在盒内滑行的时间;
(2)物体与盒子碰后的速度;
(3)物体与盒子碰撞过程中损失的机械能.
正确答案
解:(1)设m在盒内滑行的时间为t,对m滑行过程应用动量定理:
解得:
(2)设碰后速度为v,物体与盒子组成的系统合外力为0,设向右为正方向,由动量守恒:
mv0=(m+2m)v
解得:v=
(3)设盒子在碰前的速度为v1,对盒子与物块应用动量守恒定律:
mv0=m+2mv1
解得:v1=
碰前盒子与物块的机械能:E1=m(
)2+
•2m•v12=
mv02
碰后盒子与物块的机械能:E2=(m+2m)v2=
mv02
物体与盒子碰撞过程中损失的机械能:△E=E1-E2=mv02
答:(1)物体在盒内滑行的时间为;
(2)物体与盒子碰后的速度为;
(3)物体与盒子碰撞过程中损失的机械能mv02.
解析
解:(1)设m在盒内滑行的时间为t,对m滑行过程应用动量定理:
解得:
(2)设碰后速度为v,物体与盒子组成的系统合外力为0,设向右为正方向,由动量守恒:
mv0=(m+2m)v
解得:v=
(3)设盒子在碰前的速度为v1,对盒子与物块应用动量守恒定律:
mv0=m+2mv1
解得:v1=
碰前盒子与物块的机械能:E1=m(
)2+
•2m•v12=
mv02
碰后盒子与物块的机械能:E2=(m+2m)v2=
mv02
物体与盒子碰撞过程中损失的机械能:△E=E1-E2=mv02
答:(1)物体在盒内滑行的时间为;
(2)物体与盒子碰后的速度为;
(3)物体与盒子碰撞过程中损失的机械能mv02.
光滑水平面上有A、B两球沿同一直线运动,碰撞后两球粘在一起.已知碰撞前它们的动量分别为pA=+12kg•m/s,pB=+28kg•m/s,碰撞后A球的动量增加了12kg•m/s,则可知碰撞前A、B两球的速度之比为______.
正确答案
2:7
解析
解:A、B球碰撞过程中动量守恒,以A的初速度方向为正方向,
由题意可知:PA′=12+12=24kgm/s,
由动量守恒定律得:PA+PB=PA′+PB′,
代入数据解得:PB′=16kgm/s,
碰撞后速度相等,设此速度为v,则mAv=24kgm/s,mBv=16kgm/s,
解得:=
=
=
=
,
碰撞前有:mAvA=12kgm/s,mBvB=28kgm/s,
解得:=
=
=
×
=
;
故答案为:2:7.
如图所示,质量分别为m和2m的A、B两个木块间用轻弹簧相连,放在光滑水平面上,A紧靠竖直墙.用水平力向左推B,将弹簧压缩,推到某位置静止时推力大小为F0,弹簧的弹性势能为E0,在此位置突然撤去推力,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、撤去推力前,B处于静止状态,弹簧的弹力与F0二力平衡.撤去F的瞬间,弹簧的弹力不变,根据牛顿第二定律得,B的加速度大小 a=.故A错误.
B、从撤去推力到 A离开竖直墙之前,墙壁对B有弹力作用,A、B和弹簧组成的系统合外力不等于零,系统的动量不守恒.由于只有弹力做功,系统的机械能守恒,故B错误.
C、D,A离开竖直墙后,系统所受的合外力为零,动量守恒;弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒.当A、B的速度相等时,弹簧的弹性势能最大.
对于从撤去推力到A离开竖直墙之前,机械能守恒,设A刚离开墙壁时的速度大小为v0.则有:E0==
,得:v0=
;
A离开墙壁后,根据系统的动量守恒得:2mv0=(m+2m)v;
根据系统的机械能守恒得:=Ep+
解得,弹簧的弹性势能最大值:Ep=,故C正确,D错误.
故选:C
如图所示,在质量为M的试管内盛有少量乙醚,管口用质量为m的软木塞封闭,加热试管,软木塞在乙醚蒸汽的压力作用下飞出后,恰能使试管绕悬挂点在竖直平面内做一完整的圆周运动.求:
(1)若试管系于长l的轻质细线上,则软木塞飞出的速度至少为多大?
(2)若试管系于长l的轻质细杆上,则软木塞飞出的速度至少为多大?
正确答案
解:(1)以试管、软木塞组成的系统为研究对象,以M的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv1-mv2=0,
对试管在最高点,由牛顿第二定律得:Mg=M,
试管由最低点到最高点过程中,由机械能定律得:
Mv12=
Mv32+Mg•2l,
联立以上三式,解得:v2=;
(2)试管、软木塞组成的系统动量守恒,以试管的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv4-mv5=0,
试管在最高点的速度等于零,对试管,由机械能定律得:
Mv42=Mg•2l,
解得:v5=;
答:(1)软木塞飞出的速度至少为;
(2)软木塞飞出的速度至少为.
解析
解:(1)以试管、软木塞组成的系统为研究对象,以M的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv1-mv2=0,
对试管在最高点,由牛顿第二定律得:Mg=M,
试管由最低点到最高点过程中,由机械能定律得:
Mv12=
Mv32+Mg•2l,
联立以上三式,解得:v2=;
(2)试管、软木塞组成的系统动量守恒,以试管的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv4-mv5=0,
试管在最高点的速度等于零,对试管,由机械能定律得:
Mv42=Mg•2l,
解得:v5=;
答:(1)软木塞飞出的速度至少为;
(2)软木塞飞出的速度至少为.
如图所示,两个质量都为M的木块A、B用轻质弹簧相连放在光滑的水平地面上,一颗质量为m的子弹以速度v射向A块并嵌在其中,求:
(1)木块A的最大速度;
(2)弹簧压缩到最短时A、B的速度;
(3)弹簧被压缩后的最大弹性势能.
正确答案
解:(1)子弹打入木块A的瞬间,子弹与A组成的系统在水平方向动量守恒,子弹打入木块A,子弹和A的共同速度为v1,选择初速度方向为正方向,由动量守恒有:
mv0=Mv1
解得:v1=
(2)弹簧被压缩到最短时三者共同速度为v2,选择初速度方向为正方向,根据系统动量守恒有:
mv0=(2M+m)v2
v2=
(3)弹簧压缩最短时,弹性势能最大,因此根据功能关系有:
=
答:(1)木块A的最大速度为;
(2)弹簧压缩到最短时A、B的速度为:.
(3)弹簧被压缩后的最大弹性势能为:.
解析
解:(1)子弹打入木块A的瞬间,子弹与A组成的系统在水平方向动量守恒,子弹打入木块A,子弹和A的共同速度为v1,选择初速度方向为正方向,由动量守恒有:
mv0=Mv1
解得:v1=
(2)弹簧被压缩到最短时三者共同速度为v2,选择初速度方向为正方向,根据系统动量守恒有:
mv0=(2M+m)v2
v2=
(3)弹簧压缩最短时,弹性势能最大,因此根据功能关系有:
=
答:(1)木块A的最大速度为;
(2)弹簧压缩到最短时A、B的速度为:.
(3)弹簧被压缩后的最大弹性势能为:.
一个稳定的原子核质量为M,处于静止状态,它放出一个质量为m的粒子后,做反冲运动,已知放出的粒子的速度为v0,则反冲核速度为多少?
正确答案
解:放出质量为m的粒子后,剩余质量为M-m,该过程动量守恒,有:
mv0=(M-m)v.
则反冲核速度为:
答:反冲核速度为
解析
解:放出质量为m的粒子后,剩余质量为M-m,该过程动量守恒,有:
mv0=(M-m)v.
则反冲核速度为:
答:反冲核速度为
质量为10g,速度为300m/s的子弹,水平打进质量为20g静止在光滑水平面上的木块中并留在木块里,子弹进入木块后,木块运动的速度是多大?若子弹把木块打穿,穿过木块后子弹的速度减少了100m/s,这时木块的速度是多大?
正确答案
解:设子弹的质量为m,初速度为v0,木块的质量为M.
若子弹留在木块中,取子弹原来运动的方向为正方向,子弹和木块组成的系统动量守恒,则有:
mv0=(m+M)v1
代入数据解得木块的速度大小为:v1==
m/s=100m/s
如果子弹把木块打穿,根据动量守恒定律有:mv0=mv+Mv2
代入数据解得木块的速度大小为:v2==
m/s=50m/s
答:子弹进入木块后,木块运动的速度是100m/s,若子弹把木块打穿,穿过木块后子弹的速度减少了100m/s,这时木块的速度是50m/s.
解析
解:设子弹的质量为m,初速度为v0,木块的质量为M.
若子弹留在木块中,取子弹原来运动的方向为正方向,子弹和木块组成的系统动量守恒,则有:
mv0=(m+M)v1
代入数据解得木块的速度大小为:v1==
m/s=100m/s
如果子弹把木块打穿,根据动量守恒定律有:mv0=mv+Mv2
代入数据解得木块的速度大小为:v2==
m/s=50m/s
答:子弹进入木块后,木块运动的速度是100m/s,若子弹把木块打穿,穿过木块后子弹的速度减少了100m/s,这时木块的速度是50m/s.
如图所示,质量M=2Kg为小车静止于光滑的水平面上,开始小车右端距墙面距离S=2m,现有一小物体A(可视为质点)质量为m=1kg,以初速度v0=3m/s从小车的左端水平滑上小车,物体和小车间的动摩擦因数μ=0.2,小车也墙面碰撞时间极短,且碰撞过程中不损失机械能.
求:(1)第一次小车与墙面碰撞前,物体和小车的速度分别为多少?
(2)要使物体不从小车上滑出,则小车的长度至少要多长?
正确答案
解:(1)设小车碰撞前达到相同速度,取向右为方向为正方向,以物体和小车组成的系统为研究对象,设小车与墙碰撞前共同速度为v1.由动量守恒得:
mv0=(m+M)v1
则得:v1==
m/s=1m/s
碰撞前对小车,由动能定理得:μmgs0=Mv
-0
得:s0=0.5m<s=2m,故小车与墙面碰撞前铁块和小车已达到相同速度.所以第一次小车与墙面碰撞前,物体和小车的速度均为1m/s.
(2)对小车和铁块系统,由功能关系得:
μmgs1=-
(m+M)v
解得:s1=1.5m
小车与墙碰撞后,对小车和铁块系统,设相对静止时的共同速度为v2.取向左为正方向,由动量守恒得:
Mv1-mv1=(M+m)v2;
对于系统,由功能关系得:
μmgs2=-
得:s2=m
所以要使物体不从小车上滑出,则小车的长度至少为 L=s1+s2=1.5m+m=2.17m.
答:(1)第一次小车与墙面碰撞前,物体和小车的速度均为1m/s.
(2)要使物体不从小车上滑出,小车的长度至少为 2.17m.
解析
解:(1)设小车碰撞前达到相同速度,取向右为方向为正方向,以物体和小车组成的系统为研究对象,设小车与墙碰撞前共同速度为v1.由动量守恒得:
mv0=(m+M)v1
则得:v1==
m/s=1m/s
碰撞前对小车,由动能定理得:μmgs0=Mv
-0
得:s0=0.5m<s=2m,故小车与墙面碰撞前铁块和小车已达到相同速度.所以第一次小车与墙面碰撞前,物体和小车的速度均为1m/s.
(2)对小车和铁块系统,由功能关系得:
μmgs1=-
(m+M)v
解得:s1=1.5m
小车与墙碰撞后,对小车和铁块系统,设相对静止时的共同速度为v2.取向左为正方向,由动量守恒得:
Mv1-mv1=(M+m)v2;
对于系统,由功能关系得:
μmgs2=-
得:s2=m
所以要使物体不从小车上滑出,则小车的长度至少为 L=s1+s2=1.5m+m=2.17m.
答:(1)第一次小车与墙面碰撞前,物体和小车的速度均为1m/s.
(2)要使物体不从小车上滑出,小车的长度至少为 2.17m.
扫码查看完整答案与解析