- 动量守恒定律
- 共6204题
图中两根足够长的平行光滑导轨,相距1m水平放置,磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向上穿过整个导轨所在的空间.金属棒ab、cd质量分别为0.1kg和0.2kg,电阻分别为0.4Ω和0.2Ω,并排垂直横跨在导轨上.若两棒以相同的初速度3m/s向相反方向分开,不计导轨电阻,求:
(1)金属棒运动达到稳定后的ab棒的速度大小;
(2)金属棒运动达到稳定的过程中,回路上释放出的焦耳热;
(3)金属棒运动达到稳定后,两棒间距离增加多少?
正确答案
解:(1)ab、cd棒组成的系统动量守恒,最终具有共同速度V,以水平向右为正方向,
则mcdV0-mabV0=(mcd+mab)V
∴V=1m/s
(2)根据能量转化与守恒定律,产生的焦耳热为:
Q=△ΕΚ减=(mcd+mab)(V02-V2)=1.2J
(3)对cd棒利用动量定理:
-BIL•△t=mcd(V-V0)
∴BLq=mcd (V0-V)
又 q==
∴△s=mcd(V0-V)(R1+R2)•=1.5 m
答:(1)金属棒运动达到稳定后的ab棒的速度大小是1m/s;
(2)金属棒运动达到稳定的过程中,回路上释放出的焦耳热是1.2J;
(3)金属棒运动达到稳定后,两棒间距离增加1.5 m
解析
解:(1)ab、cd棒组成的系统动量守恒,最终具有共同速度V,以水平向右为正方向,
则mcdV0-mabV0=(mcd+mab)V
∴V=1m/s
(2)根据能量转化与守恒定律,产生的焦耳热为:
Q=△ΕΚ减=(mcd+mab)(V02-V2)=1.2J
(3)对cd棒利用动量定理:
-BIL•△t=mcd(V-V0)
∴BLq=mcd (V0-V)
又 q==
∴△s=mcd(V0-V)(R1+R2)•=1.5 m
答:(1)金属棒运动达到稳定后的ab棒的速度大小是1m/s;
(2)金属棒运动达到稳定的过程中,回路上释放出的焦耳热是1.2J;
(3)金属棒运动达到稳定后,两棒间距离增加1.5 m
A、B两球在光滑水平面上沿同一直线向同一方向运动,质量为1kg的A球动量是5kg•m/s,质量为7kg的B球的动量是7kg•m/s,当A球追上B球发生碰撞后,A、B两球的动量可能值为( )
正确答案
解析
解:以碰撞前A的速度方向为正方向,碰撞前系统总动量:p=pA+pB=12kg•m/s,碰撞前系统总动能:EK=+
=16J;
A、碰撞后总动量为:p′=-5+17=12kg•m/s,碰撞后系统总动能:EK′=+
≈33.14J,动能增加,不符合实际,故A错误;
B、碰撞后总动量为:p′=6+6=12kg•m/s,碰撞后A的速度:vA==6m/s,B的速度:vB=
=
m/s,A的速度大于B的速度,会发生第二次碰撞,不符合实际,故B错误;
C、碰撞后总动量为:p′=3+9=12kg•m/s,碰撞后A的速度:vA==3m/s,B的速度:vB=
=
m/s,A的速度大于B的速度,会发生第二次碰撞,不符合实际,故C错误;
D、B、碰撞后总动量为:p′=-2+14=12kg•m/s,系统动量守恒,碰撞后A速度反向,不会发生二次碰撞,碰撞后系统动能部增加,符合实际情况,故D正确;
故选:D.
如图甲所示.质量为M的木板静止在光滑水平面上.一个质量为m的小滑块以初速度v0从木板的左端向右滑上木板.滑块和木板的水平速度随时间变化的图象如图乙所示.某同学根据图象作出如下一些判断,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由题意知,m在M的摩擦力作用下做匀减速直线运动,M在m的摩擦力作用下做初速度为0的匀加速直线运动,最终两者相对静止,一起运动,故A错误;
B、由图示图象可知,最终滑块与木板速度相等,它们相对静止,滑块没有滑离木板,故B正确;
C、由于m、M间相互作用的摩擦力分别使m、M产生加速度,所以满足mam=MaM,由图象知,在t1时间内匀减速运动的加速度小于匀加速运动的加速度,即am<aM,所以可知m>M,滑块的质量大于木板的质量,故C错误;
D、两物体相对静止时,两者的位移差:x=t1-
t1=
,则木板长度大于等于
,故D错误;
故选:B.
如图所示,在光滑水平面上物块A处于静止状态,A的质量为1kg,某时刻一质量为m0=0.2kg的子弹以v0=60m/s的初速度水平射向物块A,从A中穿出子弹的速率为20m/s求:
①子弹穿出后物块A的速度大小
②在穿出过程中系统损失的机械能.
正确答案
解:①子弹穿木块过程系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m0v0=m0v1+mAvA,代入数据解得:vA=8m/s;
②子弹穿木块过程,由能量守恒定律得:
E=m0v02-
m0v12-
mAvA2,
代入数据解得:E=288J;
答:①子弹穿出后物块A的速度大小为8m/s;
②在穿出过程中系统损失的机械能为288J.
解析
解:①子弹穿木块过程系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m0v0=m0v1+mAvA,代入数据解得:vA=8m/s;
②子弹穿木块过程,由能量守恒定律得:
E=m0v02-
m0v12-
mAvA2,
代入数据解得:E=288J;
答:①子弹穿出后物块A的速度大小为8m/s;
②在穿出过程中系统损失的机械能为288J.
一质量为M=10kg的木板B静止于光滑水平面上,其上表面粗糙,物块A质量为m=6kg,停在B的左端.质量为m0=1kg的小球用长为l=0.8m的轻绳悬挂在固定点O上,将轻绳拉直至水平位置后,由静止释放小球,小球在最低点与A发生碰撞后反弹,反弹所能达到的最大高度为h=0.2m,物块与小球可视为质点,g取10m/s2,不计空气阻力.
①求碰撞结束时A的速度;
②若木板B足够长,A最终没有滑离B,求A在B上滑动的过程中系统损失的机械能.
正确答案
解:①设小球运动到最低点的速度为v0,由机械能守恒定律:,
代入数据解得:v0=4m/s.
设碰撞结束后小球的速度大小为v1,A的速度大小为v2,
碰撞结束后小球反弹上升,由机械能守恒有:,
代入数据解得:v1=2m/s.
对碰撞过程,设向右为正方向,由动量守恒有:m0v0=-m0v1+mv2
将v0、v1结果代入得:v2=1m/s,方向水平向右;
②经分析知,最后A没有滑离B,A、B共同运动,设共同运动速度为v3,
对A、B系统,设向右为正方向,由动量守恒得mv2=(m+M)v3,
解得:
此过程中损失的机械能:
把第①问的v2代入以上两式解得:
答:①碰撞结束时A的速度1m/s,方向水平向右;
②若木板B足够长,A最终没有滑离B,A在B上滑动的过程中系统损失的机械能J.
解析
解:①设小球运动到最低点的速度为v0,由机械能守恒定律:,
代入数据解得:v0=4m/s.
设碰撞结束后小球的速度大小为v1,A的速度大小为v2,
碰撞结束后小球反弹上升,由机械能守恒有:,
代入数据解得:v1=2m/s.
对碰撞过程,设向右为正方向,由动量守恒有:m0v0=-m0v1+mv2
将v0、v1结果代入得:v2=1m/s,方向水平向右;
②经分析知,最后A没有滑离B,A、B共同运动,设共同运动速度为v3,
对A、B系统,设向右为正方向,由动量守恒得mv2=(m+M)v3,
解得:
此过程中损失的机械能:
把第①问的v2代入以上两式解得:
答:①碰撞结束时A的速度1m/s,方向水平向右;
②若木板B足够长,A最终没有滑离B,A在B上滑动的过程中系统损失的机械能J.
一质量M=0.6kg的小物块,用长l=0.8m的细绳悬挂在天花板上,处于静止状态.一质量m=0.4kg的粘性小球以速度v0=10m/s水平射向物块,并与物块粘在一起,小球与物块相互作用时间极短可以忽略,不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)小球粘在物块上的瞬间,小球和物块共同速度的大小;
(2)小球和物块摆动过程中,细绳拉力的最大值;
(3)小球和物块摆动过程中所能达到的最大高度.
正确答案
解:(1)因为小球与物块相互作用时间极短,所以小球和物块组成的系统动量守恒. 以小球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=4m/s;
(2)小球击中物块瞬间速度最大,轻绳受到的拉力最大,设最大拉力为F,由牛顿第二定律得:
F-(M+m)g=(M+m),
解得:F=30N;
(3)小球和物块摆动过程系统机械能守恒,由机械能守恒定律得:
(M+m)v2=(M+m)gh,
解得:h=0.8m;
答:(1)小球粘在物块上的瞬间,小球和物块共同速度的大小为4m/s;
(2)小球和物块摆动过程中,细绳拉力的最大值为30N;
(3)小球和物块摆动过程中所能达到的最大高度为0.8m.
解析
解:(1)因为小球与物块相互作用时间极短,所以小球和物块组成的系统动量守恒. 以小球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=4m/s;
(2)小球击中物块瞬间速度最大,轻绳受到的拉力最大,设最大拉力为F,由牛顿第二定律得:
F-(M+m)g=(M+m),
解得:F=30N;
(3)小球和物块摆动过程系统机械能守恒,由机械能守恒定律得:
(M+m)v2=(M+m)gh,
解得:h=0.8m;
答:(1)小球粘在物块上的瞬间,小球和物块共同速度的大小为4m/s;
(2)小球和物块摆动过程中,细绳拉力的最大值为30N;
(3)小球和物块摆动过程中所能达到的最大高度为0.8m.
如图所示为竖直放置的四分之一圆弧轨道,O点是其圆心,半径R=0.8m,OA水平、OB竖直.轨道底端距水平地面的高度h=0.8m.从轨道顶端A由静止释放一个质量m=0.1kg的小球,小球到达轨道底端B时,恰好与静止在B点的另一个相同的小球发生碰撞,碰后它们粘在一起水平飞出,落地点C与B点之间的水平距离x=0.4m.忽略空气阻力,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)两球从B点飞出时的速度大小v2;
(2)碰撞前瞬间入射小球的速度大小v1;
(3)从A到B的过程中小球克服阻力做的功Wf.
正确答案
解:(1)两球做平抛运动,根据平抛运动规律得
竖直方向上
解得 t=0.4s
水平方向上 x=v2t
解得 v2=1m/s
(2)两球碰撞,规定向左为正方向,
根据动量守恒定律得
mv1=2mv2
解得 v1=2m/s
(3)入射小球从A运动到B的过程中,根据动能定理得
解得 Wf=0.6J
答:(1)两球从B点飞出时的速度大小是1m/s;
(2)碰撞前瞬间入射小球的速度大小是2m/s;
(3)从A到B的过程中小球克服阻力做的功是0.6J.
解析
解:(1)两球做平抛运动,根据平抛运动规律得
竖直方向上
解得 t=0.4s
水平方向上 x=v2t
解得 v2=1m/s
(2)两球碰撞,规定向左为正方向,
根据动量守恒定律得
mv1=2mv2
解得 v1=2m/s
(3)入射小球从A运动到B的过程中,根据动能定理得
解得 Wf=0.6J
答:(1)两球从B点飞出时的速度大小是1m/s;
(2)碰撞前瞬间入射小球的速度大小是2m/s;
(3)从A到B的过程中小球克服阻力做的功是0.6J.
质量分别为m1和m2的甲、乙两小球碰撞后在同一直线上运动,它们碰撞前、后的s-t图象如图(a)和图(b)所示.求:
(1)碰撞前,甲、乙两小球的速度分别是多大;
(2)碰撞后,甲、乙两小球的速度分别是多大;
(3)求甲、乙两小球的质量之比m1:m2.
正确答案
解答:(1)由图象可得碰撞前:v甲=0,;
(2)由图象可得碰撞后:,
,与原方向相反;
(3)两球碰撞过程动量守恒,以乙的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m2v乙=-m2v乙′+m1v‘甲,
解得:m1:m2=3:1;
答:(1)碰撞前,甲、乙两小球的速度分别是0m/s、4m/s;
(2)碰撞后,甲、乙两小球的速度分别是2m/s、2m/s;
(3)求甲、乙两小球的质量之比m1:m2=3:1.
解析
解答:(1)由图象可得碰撞前:v甲=0,;
(2)由图象可得碰撞后:,
,与原方向相反;
(3)两球碰撞过程动量守恒,以乙的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m2v乙=-m2v乙′+m1v‘甲,
解得:m1:m2=3:1;
答:(1)碰撞前,甲、乙两小球的速度分别是0m/s、4m/s;
(2)碰撞后,甲、乙两小球的速度分别是2m/s、2m/s;
(3)求甲、乙两小球的质量之比m1:m2=3:1.
(2015秋•清远期末)如图所示,木板A和有
光滑圆弧面的滑块B静止在光滑水平面上,A的上表面与圆弧的最低点相切,A的左端有一可视为质点的小铁块C.现突然给C水平向右的初速度v0,C经过A的右端时速度变为原初速度的一半,之后滑到B上并刚好能到达圆弧的最高点.若A、B、C的质量均为m,重力加速度为g.求:
(i)小铁块C滑上B瞬间AB的速度;
(ii)光滑圆弧面的半径.
正确答案
解:(i)先以ABC为系统,水平方向不受外力,所以动量守恒,设初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
可得C滑上B瞬间AB的速度为:
(i i)C到B上后,B与A脱离,再以BC为系统,C到达圆弧的最高点时,BC的共同速度为v2,水平方向由动量守恒定律得:
解得:
BC组成的系统中只有重力做功,由机械能守恒定律得:
代入数据可解得:
答:(i)小铁块C滑上B瞬间AB的速度为;
(ii)光滑圆弧面的半径为.
解析
解:(i)先以ABC为系统,水平方向不受外力,所以动量守恒,设初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
可得C滑上B瞬间AB的速度为:
(i i)C到B上后,B与A脱离,再以BC为系统,C到达圆弧的最高点时,BC的共同速度为v2,水平方向由动量守恒定律得:
解得:
BC组成的系统中只有重力做功,由机械能守恒定律得:
代入数据可解得:
答:(i)小铁块C滑上B瞬间AB的速度为;
(ii)光滑圆弧面的半径为.
如图,在光滑的水平地面上静放有一块质量为m3=2kg、长度为L=0.6m的木板,板的左右两端分别放置质量m1=2kg,m2=4kg的两小物块,并分别以初速为v1=0.4m/s,v2=0.2m/s,同时相向运动,m1、m2和m3间的滑动摩擦系数均为μ=0.02,试求:
(1)m2在木板上相对木板运动的最大位移;
(2)m1在木板上相对木板运动的最大位移;
(3)m3运动的最大位移.
正确答案
解:(1)13间的摩擦力:f1=μm1g=0.02×20=0.4N;
23间的摩擦力:f2=μm2g=0.02×40=0.8N;
2和3速度相等时,2对3有最大位移,由动量定理可知:
2-f2t=(f2-f1)t,
解得:t=0.5 s,
由动量定理可知:(f2-f1)t=m3v3
解得此时有:v3=m/s;
位移为:s2对3=-
=0.05 m,
(2)因总动量为零,最后都停下,由功能关系有:
12+22=11对3+2 2对3,
得:1对3=0.5 m,
0.05 m+0.5 m=0.55 m<0.6 m,所以以上分析成立,
(3)设m1的初速度方向为正方向;由动量守恒得:
11=22+33,
11=22+33,
2(0.5-3)=4(0.05-3)+23,
3=0.1 m.
答:(1)m2在木板上相对木板运动的最大位移为0.05m;
(2)m1在木板上相对木板运动的最大位移为0.55m;
(3)m3运动的最大位移为0.1m.
解析
解:(1)13间的摩擦力:f1=μm1g=0.02×20=0.4N;
23间的摩擦力:f2=μm2g=0.02×40=0.8N;
2和3速度相等时,2对3有最大位移,由动量定理可知:
2-f2t=(f2-f1)t,
解得:t=0.5 s,
由动量定理可知:(f2-f1)t=m3v3
解得此时有:v3=m/s;
位移为:s2对3=-
=0.05 m,
(2)因总动量为零,最后都停下,由功能关系有:
12+22=11对3+2 2对3,
得:1对3=0.5 m,
0.05 m+0.5 m=0.55 m<0.6 m,所以以上分析成立,
(3)设m1的初速度方向为正方向;由动量守恒得:
11=22+33,
11=22+33,
2(0.5-3)=4(0.05-3)+23,
3=0.1 m.
答:(1)m2在木板上相对木板运动的最大位移为0.05m;
(2)m1在木板上相对木板运动的最大位移为0.55m;
(3)m3运动的最大位移为0.1m.
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