- 动量守恒定律
- 共6204题
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
,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.求圆弧的半径.
正确答案
解:先以ABC为系统,水平方向不受外力,所以动量守恒,
可得C滑上B瞬间AB的速度为
C到B上后,B与A脱离,再以BC为系统,水平方向依然动量守恒,
得
BC组成的系统中只有重力做功,满足机械能守恒有:
代入数据可解得
答:圆弧的半径为.
解析
解:先以ABC为系统,水平方向不受外力,所以动量守恒,
可得C滑上B瞬间AB的速度为
C到B上后,B与A脱离,再以BC为系统,水平方向依然动量守恒,
得
BC组成的系统中只有重力做功,满足机械能守恒有:
代入数据可解得
答:圆弧的半径为.
如图甲所示,一轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物块A、B的连接,并静止在光滑的水平面上,现使A瞬时获得水平向右的速度v0,以此刻为计时起点,两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示.求:
(1)两物块质量之比m1:m2多大?
(2)当A物体的速度最小时,弹簧的弹性势能Ep多大?(计算结果用m1和v0表示)
正确答案
解:(1)当弹簧第一次恢复原长时,B物体速度最大,
图象可知,此时A速度为.B的速度为
,
此过程系统动量守恒,以A才初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m1v0=m1(-)+m2
,
解得:m1:m2=1:3;
(2)A、B组成的系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,A的最小速度为零,
由动量守恒得:m1v0=m2v,解得:v=v0,
由能量守恒定律得:m1v02=
m2v2+EP,
解得:EP=m1v02;
答:(1)两物块质量之比m1:m2为1:3;(2)当A物体的速度最小时,弹簧的弹性势能Ep为m1v02.
解析
解:(1)当弹簧第一次恢复原长时,B物体速度最大,
图象可知,此时A速度为.B的速度为
,
此过程系统动量守恒,以A才初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m1v0=m1(-)+m2
,
解得:m1:m2=1:3;
(2)A、B组成的系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,A的最小速度为零,
由动量守恒得:m1v0=m2v,解得:v=v0,
由能量守恒定律得:m1v02=
m2v2+EP,
解得:EP=m1v02;
答:(1)两物块质量之比m1:m2为1:3;(2)当A物体的速度最小时,弹簧的弹性势能Ep为m1v02.
如图所示,质量均为m的物块A、B用轻弹簧相连,放在光滑水平面上,B与竖直墙面紧靠.另一个质量为m的物块C 以某一初速度向A运动,C与A碰撞后粘在一起不再分开,它们共同向右运动并压缩弹簧,弹簧储存的最大弹性势能为3.0J.最后弹簧又弹开,A、B、C一边振动一边向左运动.那么
( )
正确答案
解析
解:A、B从C触到A,到B离开墙面这一过程,C与A碰撞后粘在一起不再分开,是非弹性碰撞,机械能损失,即机械能不守恒.C、A共同向右运动并压缩弹簧过程中,B受到墙面的作用力,系统的动量不守恒,故A错误,B正确.
C、弹簧储存的最大弹性势能为3.0J.此时弹簧最短,A、B、C动能为零,B离开墙面后,接下来A,C首先受到弹力而运动,这时候弹性势能完全转化为AC的动能即3J,势能是0.即3=•2mv2
此时速度v=.接来下B受到弹簧的拉力而运动.AC速度减小,最终ABC速度相等.
那么该过程系统的动量守恒,有:2mv=3mv′
v′=v
B离开墙面后,A、B、C三者等速时系统的动能是 •3mv′2=2J.故C错误,D正确.
故选:BD.
带有
光滑圆弧轨道质量为M的小车静止于光滑水平面上,一质量为m的小球以速度v0水平冲上小车,当小球上行并返回脱离小车时,则( )
正确答案
解析
解:小球滑上滑车,又返回,到离开滑车的整个过程,相当于小球与滑车发生弹性碰撞的过程.
根据系统动量守恒:mv0=Mv+mv′
再根据系统机械能守恒有:
联列解得:
则有如果m<M,v′与v0方向相反,小球离开滑车向左做平抛运动;
如果m=M,v′=0,小球离开滑车做自由落体运动;
如果m>M,v′与v0方向相同,小球离开滑车向右做平抛运动.
故A错误,BCD正确.
故选:BCD.
如图,质量为M=2m的小球A用长为L的轻绳悬挂于O点,在O点正下方L的C点放一质量为m的小球B,将小球A拉至水平自由释放,A下落到C点与B 球发生正碰,碰后两球不粘连.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若发生非弹性碰撞,则系统机械能损失,而发生弹性碰撞时,系统机械能守恒,所以发生弹性碰撞后,A能上升的高度最大,故A正确,BC错误;
D、小球从A运动到B的过程中,根据动能定理得:
解得:
小球A与B发生正碰的过程中,所受外力之和为零,动量守恒,以A球碰撞前的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:
Mv0=MvA+mvB
根据机械能守恒定律得:
,
又M=2m
解得:
碰撞后,对A,根据动能定理得:
Mgh=
解得:h=,故D正确.
故选:AD
如图所示,在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,Q点处为一竖直的墙壁.小球A与小球B发生弹性碰撞后两小球均向右运动,小球B与墙壁碰撞后原速率返回并与小球A在P点相遇,
,求
(ⅰ)两小球质量之比m1:m2;
(ⅱ)若m1和v0已知,并假设两小球第一次碰撞的时间是t秒,求两小球第一次碰撞时平均作用力的大小.
正确答案
解:(ⅰ)设A、B两个小球碰撞后的速度分别为v1、v2,由动量守恒定律有:
m1v0=m1v1+m2v2…①
由能量守恒定律有:…②
两个小球碰撞后到再次相遇,其速度率不变,由运动学规律有:
v1:v2=:(
)=1:5…③
联立①②③,代入数据解得:m1:m2=5:3
(ⅱ)以A球为研究对象,由动量定理有:
…④
联立①④,代入数据解得:.
答:(ⅰ)两小球质量之比m1:m2为 5:3.
(ⅱ)两小球第一次碰撞时平均作用力的大小为.
解析
解:(ⅰ)设A、B两个小球碰撞后的速度分别为v1、v2,由动量守恒定律有:
m1v0=m1v1+m2v2…①
由能量守恒定律有:…②
两个小球碰撞后到再次相遇,其速度率不变,由运动学规律有:
v1:v2=:(
)=1:5…③
联立①②③,代入数据解得:m1:m2=5:3
(ⅱ)以A球为研究对象,由动量定理有:
…④
联立①④,代入数据解得:.
答:(ⅰ)两小球质量之比m1:m2为 5:3.
(ⅱ)两小球第一次碰撞时平均作用力的大小为.
如图所示,两个半径相同的小球A、B分别被不可伸长的细线悬吊着,静止时两根细线竖直,两小球刚好接触,且球心在同一条水平线上.现向左移动小球A,使A球与最低点的高度差为h(悬吊A球的细线张紧),然后无初速释放小球A,小球将发生碰撞.碰撞过程没有机械能损失,且碰撞前后小球的摆动平面不变.碰后A、B上升的最大高度分别为hA和hB(最大高度均未超过绳长)( )
正确答案
解析
解:小球A下摆过程,机械能守恒,由机械能守恒定律得:mAgh=mAvA2,
解得:vA=;
两个小球碰撞过程在水平方向动量守恒,系统机械能守恒,以A球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mAvA=mAvA′+mBvB′,
由机械能守恒定律得:mAvA2=
mAvA′2+
mBvB′2,
解得:vA′=,vB′=
,
碰撞后两小球向上运动的过程中,两小球机械能守恒:mAvA′2=mghA,
mBvB′2=mghB,
A、若mA<mB,碰撞后A球反弹,向左摆动,B球向右摆动,系统机械能守恒,hA、hB可能相等,但都不可能大于h,故AD错误;
B、若mA>mB,碰撞后两球都向右摆动,则一定为hB>h>hA,hA、hB不可能相等,故B正确,C错误;
故选:C.
如图所示,一质量m1=0.6kg的小车静止在光滑的水平面上,现有一质量m2=0.3kg的物块,以水平向右的速度v0=6m/s从左端滑上小车,最后在车面上某处与小车保持相对静止.物块与车面间的动摩擦因数μ=0.4,取g=10m/s2.求:
(1)物块与小车的共同速度v.
(2)物块在车面上滑行的时间t.
(3)从物块滑上小车到与小车保持相对静止的这个运动过程中,产生的内能E.
正确答案
解:(1)物块与小车组成的系统动量守恒,以水平向右为正方向,根据动量守恒定律有:m2v0=(m1+m2)v,
代入数据解得:v=2m/s.
(2)设物块与车面间的滑动摩擦力为F,对小车,应用动量定理有:μm2gt=m1v-0,
代入数据解得:t=1s.
(3)根据能量守恒定律得:E=m2v02-
(m1+m2)v2,
代入数据解得:E=3.6J.
答:(1)物块与小车的共同速度v为2m/s.
(2)物块在车面上滑行的时间t为1s.
(3)从物块滑上小车到与小车保持相对静止的这个运动过程中,产生的内能E为3.6J.
解析
解:(1)物块与小车组成的系统动量守恒,以水平向右为正方向,根据动量守恒定律有:m2v0=(m1+m2)v,
代入数据解得:v=2m/s.
(2)设物块与车面间的滑动摩擦力为F,对小车,应用动量定理有:μm2gt=m1v-0,
代入数据解得:t=1s.
(3)根据能量守恒定律得:E=m2v02-
(m1+m2)v2,
代入数据解得:E=3.6J.
答:(1)物块与小车的共同速度v为2m/s.
(2)物块在车面上滑行的时间t为1s.
(3)从物块滑上小车到与小车保持相对静止的这个运动过程中,产生的内能E为3.6J.
如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103V/m.一不带电的绝缘小球甲,以速度υ0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞.已知乙球的质量为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,甲球质量为乙球质量的k倍,g取10m/s2.(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移)
(1)若k=1,且甲乙两球碰撞后,乙恰能通过轨道的最高点D,求甲的速度υ0;
(2)若k>1,且甲仍以(1)中的速度υ0向右运动,求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围.
正确答案
解:(1)在乙恰能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为vD,乙离开D点到达水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为x,则
①
设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲、v乙,
根据动量守恒有:
kmv0=kmv甲+mv乙 ②
③
联立②③得: ④
由k=1,则v乙=v0
由动能定理得: ⑤
联立①④⑤得:m/s ⑥
(2)甲、乙完全弹性碰撞,碰撞后甲、乙的速度分别为v甲、v乙,由②③得
解得 ⑦
又k>1,则v0<v乙<2v0 ⑧
设乙球过D点的速度为vD′,由动能定理得
⑨
解得:2m/s<vD′<8m/s ⑩
设乙在水平轨道上的落点到B点的距离为x′,则有:
x′=vD′t
联立解得:0.4m≤x‘<1.6m
答:(1)甲的速度是m/s;
(2)乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围是0.4m≤x′<1.6m.
解析
解:(1)在乙恰能通过轨道的最高点的情况下,设乙到达最高点的速度为vD,乙离开D点到达水平轨道的时间为t,乙的落点到B点的距离为x,则
①
设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲、v乙,
根据动量守恒有:
kmv0=kmv甲+mv乙 ②
③
联立②③得: ④
由k=1,则v乙=v0
由动能定理得: ⑤
联立①④⑤得:m/s ⑥
(2)甲、乙完全弹性碰撞,碰撞后甲、乙的速度分别为v甲、v乙,由②③得
解得 ⑦
又k>1,则v0<v乙<2v0 ⑧
设乙球过D点的速度为vD′,由动能定理得
⑨
解得:2m/s<vD′<8m/s ⑩
设乙在水平轨道上的落点到B点的距离为x′,则有:
x′=vD′t
联立解得:0.4m≤x‘<1.6m
答:(1)甲的速度是m/s;
(2)乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围是0.4m≤x′<1.6m.
(2016•厦门一模)如图,用两根等长的细线分别悬挂两个弹性球A、B,球A的质量为2m,球B的质量为9m,一颗质量为m的子弹以速度vo水平射入球A,并留在其中,子弹与球A作用时间极短;设A、B两球作用为对心弹性碰撞.求:
(i)子弹与A球作用过程中,子弹和A球系统损失的机械能;
(ii)B球被碰撞后,从最低点运动到最高点过程中,合外力对B球冲量的大小.
正确答案
解:(1)子弹射进A球,水平方向不受外力,动量守恒,以向右为正方向:mv0=(m+2m)v…①
由能量守恒有:…②
由①②解得:
(2)子弹与A形成的整体和B两球碰撞时,动量守恒,以向右为正方向:3mv=3mv1+9mv2…③
弹性碰撞,由机械能守恒有:…④
由①③④解得:
根据摆动过程中动量的变化用动量定理有:I=△P=0-9mv2=-
所以合外力对B球冲量大小为,方向向左.
答:(1)子弹与A球作用过程中,子弹和A球系统损失的机械能为;
(2)B球被碰撞后,从最低点运动到最高点过程中,合外力对B球冲量的大小为.
解析
解:(1)子弹射进A球,水平方向不受外力,动量守恒,以向右为正方向:mv0=(m+2m)v…①
由能量守恒有:…②
由①②解得:
(2)子弹与A形成的整体和B两球碰撞时,动量守恒,以向右为正方向:3mv=3mv1+9mv2…③
弹性碰撞,由机械能守恒有:…④
由①③④解得:
根据摆动过程中动量的变化用动量定理有:I=△P=0-9mv2=-
所以合外力对B球冲量大小为,方向向左.
答:(1)子弹与A球作用过程中,子弹和A球系统损失的机械能为;
(2)B球被碰撞后,从最低点运动到最高点过程中,合外力对B球冲量的大小为.
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