- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,EF为水平地面,O点左侧是粗糙的,右侧是光滑的,一轻质弹簧右端固定在墙壁上,左端与静止在O点、质量为m的小物块A连接,弹簧处于原长状态.质量为2m的物块B在大小为F的水平恒力作用下由C处从静止开始向右运动,已知物块B与地面EO段间的滑动摩擦力大小为,物块B运动到O点与物块A相碰并一起向右运动(设碰撞时间极短),运动到D点时撤去外力F.物块B和物块A可视为质点.已知CD=5L,OD=L.求:
(1)撤去外力后弹簧的最大弹性势能?
(2)物块B从O点开始向左运动直到静
止所用的时间是多少?
正确答案
(1);(2)
(1)设B与A碰撞前速度为v0,由动能定理,得
,则
B与A在O点碰撞,设碰后共同速度为v1,
由动量守恒得
碰后B和A一起运动,运动到D点时撤去外力F后,当它们的共同速度减小为零时,弹簧的弹性势能最大,设为Epm,则由能量守恒得
(2)设A、B一起向左运动回到O点的速度为v2,由机械能守恒得
经过O点后,B和A分离,B在滑动摩擦力的作用下做匀减速直线运动,设运动时间为t,由动量定理得,则
.
静止在光滑水平地面上的平板小车C,质量为mC =3kg,物体A、B的质量为mA=mB=1kg,分别以vA=4m/s和vB=2m/s的速度大小,从小车的两端相向地滑到车上.若它们在车上滑动时始终没有相碰,A、B两物体与车的动摩擦因数均为=0.2.求:
(1)小车的最终的速度;
(2)小车至少多长(物体A、B的大小可以忽略).
正确答案
(1)0.4m/s;(2)4.8m
(1)由于A、B、C组成的系统水平方向动量守恒,且三者最后保持相对静止,设最终共同速度为v,则,v=0.4m/s
(2)A、B始终没有相碰,若板长为L,A、B相对板的位移分别为sAC、sBC,则
系统的动能损失全部用于在相对位移上克服摩擦力做功,有
故板长至少为L=4.8m.
(1)橡胶棒是否能够全部进入“U”形框架内?
(2)“U”形框架的最终速度;
(3)橡胶棒与“U”形框架相互作用过程中系统增加的电势能.
正确答案
(1)能全部进入(2)16J
(1)设带电橡胶棒刚好全部进入“U”形框架时,达到与“U”形框架共速v,则由动能定理:……………………………………①
由动量守恒:mv0=(m+M)v………………………………………………………②
其中E=………………………………………………………………………③
由①②③式联立得:L=0.3125(m)
∴L>l………………………………………………………………………………④
橡胶棒能全部进入“U”形框架.
(2)设相互作用过程中“U”形框架的最终速度为v2,棒的最终速度为v1
由(1)知棒能全部穿出“U”形框架
由动能定理:2×………………………………⑤
由动量守恒:mv0=mv1+Mv2 ……………………………………………………⑥
由③⑤⑥式联立得:v2=2m/s……………………………………………………⑦
(3)系统增加的电势能等于机械能的减小量
△E=(J) ……………………………………………⑧
评分标准:本题共18分,①②③④⑤⑥⑦⑧式各1分
长为0.51m的木板A,质量为1kg.板上右端有物块B,质量为3kg.它们一起在光滑的水平面上向左匀速运动.速度v0=2m/s.木板与等高的竖直固定板C发生碰撞,时间极短,没有机械能的损失.物块与木板间的动摩擦因数μ=0.5.g取10m/s2.求:
(1)第一次碰撞后,A、B共同运动的速度大小和方向;
(2)第一次碰撞后,A与C之间的最大距离;(结果保留两位小数)
(3)A与固定板碰撞几次,B可脱离A板.
正确答案
(1)1m/s,水平向左;(2)0.13m;(3)3次
(1)以A、B系统为研究对象,选取向左为正方向,从A与C碰后至A、B达共同速度v,由动量守恒有
代入数据解得v=1m/s
(2)以A为研究对象,从与C碰后至对地面速度为零,受力为f,最大位移为s,
,解得
(3)第一次A与C碰后至A、B达共同速度v,B在A上相对于A滑行L1
,解得
.
第二次A与C碰后至A、B达共同速度,B在A上相对于A滑行L2
,解得
.
若假定第三次A与C碰后A、B仍能达共同速度,B在A上相对于A滑行L3
,解得
.
即三次碰撞后B可脱离A板.
溜冰的小孩站在冰面上靠着固定的木桩推出一冰车,可使冰车获得速度v,若他站在冰面上推出这一冰车,在做功相同的条件下,冰车可获的速度大小为多大.(冰面阻力不计)
正确答案
(20分)如图所示,质量为m3的平板车C放在光滑水平面上,车上放有A、B两小滑块,质量分别是m1、m2,与平板车上表面间动摩擦因数分别为μ1和μ2。同时分别给A、B一个冲量使它们都获得相同大小的初速度v 0开始相向运动,A、B恰好不相碰。已知m1=10 kg,m2=2 kg,m3=6 kg, μ1=0.1,μ2=0.2, v0=9 m / s。g取10 m /s2。求:
(1) A、B都在平板车上不滑动时,C的速度大小v c=?
(2)开始运动前,A、B之间的距离s=?
正确答案
(1)4 m / s(2)55.125 m
以向左为正方向。
(1) A、B、C组成的系统的动量守恒,A、B都不滑动时,三者共速向右,则
m1v0-m2v0=(m1+m2+m3)vc ………………(3分)
vc=4 m / s ………………(1分)
(2) 设A、B、C在相对滑动过程中加速度大小分别为a1、a2、a3,则
a1=-μ1g=-1 m /s2 ………………(1分)
a2=μ2g=2 m /s2 ………………(1分)
a3==1 m /s2 ………………(1分)
假设A、B与C共速前一直与C相对滑动,设需要的时间分别为tA和tB,则
s
s
由于tB>tA,所以A先停止滑动。 ………………(2分)
设A从开始到停止滑动经过的时间为t,A刚停止滑动时,A和C的速度都为v1,B的速度为v2,则
对C有:v1=a3t ………………(1分)
对A有:v1=v0-a1t ………………(1分)
解得t=4.5 s
v1=4.5 m / s ………………(1分)
设停止滑动以后A和C的加速度都为a4,方向向左,则
a4==- 0.25 m /s2 ………………(1分)
设A从开始运动到停止滑动通过的距离是s1,B从开始运动到停止滑动通过的距离是s2,A停止滑动后到B停止滑动,A和C通过的距离是s3,则
对A有: ………………(1分)
对B有: ………………(1分)
对A和C有: ………………(1分)
解得s1=30.375 m,s2=-16.25 m,s3=8.5 m
s=s1 -s2+s3 ………………(2分)
s=55.125 m ………………(2分)
(评分标准说明:根据动量守恒求得vc给4分;求四个加速度各1分,共4分;判断A先停止滑动,给2分;求得v1给3分;求得s1、s2、s3各1分,共3分;最后结果4分。不同方法解答,对照该标准给分)
如图所示,固定的光滑的弧形轨道末端水平,固定于水平桌面上,B球静止于轨道的末端.轨道最高点距轨道末端高度及轨道末端距地高度均为R.A球由轨道最高点静止释放,A球质量为2m,B球质量为m,A、B均可视为质点,不计空气阻力及碰撞过程中的机械能的损失.求:A、B两球落地点的水平距离?
正确答案
A球下滑过程到与B球碰撞前机械能守恒,则有
2mgR=(2m)v2
解得,v=
A、B两球发生弹性碰撞,动量守恒、机械能守恒,则
2mv=2mvA+mvB(2m)v2=
(2m)
+
m
解得,vA=,vB=
碰撞后两球都做平抛运动,
则 R=gt2
A的水平位移为xA=vAt,B的水平位移为xB=vBt,则A、B两球落地点的水平距离为△x=xB-xA,
代入解得,△x=2R.
答:A、B两球落地点的水平距离为2R.
质量是1 kg的钢球,以5 m/s的速度水平向右运动,碰到墙壁后以3 m/s的速度被反向弹回,钢球的动量改变多少?
如钢球以2m/s的速度,与水平面成30°角落到粗糙地面相碰后弹起,弹起速度大小为2 m/s,方向与水平面成60°角,判别钢球的动量改变量的方向.
正确答案
:8 kg·m/s,方向水平向左4 kg·m/s,与竖直方向成30°角
:第一种情况:取水平向右为正方向.钢球碰前的动量为:p1=mv1=5 kg·m/s
碰后的动量为:p2=mv2=-3 kg·m/s
动量变化量为:Δp=p2-p1=(-3-5)kg·m/s=-8 kg·m/s
负号表示方向水平向左
第二种情况:p1、p2的大小分别为2 kg·m/s和2 kg·m/s,方向如图所示,由图所示平行四边形可得Δp的大小和方向.
大小:Δp=
= kg·m/s
=4 kg·m/s
方向:与竖直方向成30°角
如图所示,国际花样滑冰锦标赛男女双人自由滑项目中,我国著名选手申雪、赵宏博在决赛中的一个瞬间,他们正以相同的速度v0在光滑冰面上前进,当赵宏博用力将申雪向后推出后,申雪单腿沿直线匀速运动后继而做出优美的旋转动作,若赵宏博以相对自己的速度v向后推出申雪,问赵宏博的速度变为多大?(设赵宏博的质量为M,申雪的质量为m)?
正确答案
:v0+
:设他们前进的方向为正方向,以冰面为参考系,推出后,赵宏博的动量为Mv男,申雪相对冰面的速度为-(v-v男),根据动量守恒定律得:
(M+m)v0=Mv男-m(v-v男)
解得v男=v0+.
如图所示,高为h=10m的平台上,放一质量为M=9.9kg的木块,它与平台边缘的距离为L=1m.今有一质量m=0.1kg的子弹,以水平向右的速度射入木块(时间极短),并留在木块中,木块向右滑行并冲出平台,最后落在离平台边缘水平距离x=
m处,已知木块与平台间的动摩擦因数为μ=
,g=10m/
.求:
(1)木块离开平台边缘时的速度;
(2)子弹射入木块的初速度.
正确答案
(1)4m/s; (2)500m/s.
(1)设木块从离开平台到落地的时间为t,则有
h=,得t=
.
又设木块离开平台时的速度为v,由已知可得:
x=vt,即v==4m/s,
所以木块离开平台边缘时的速度为4m/s;
(2)设子弹射入木块后的共同速度为,
根据动能定理有:
-μ(M+m)gL=(m+M)
-
(M+m)
得:m/s=5m/s,
子弹射入木块,由于相互作用时间很短,对子弹和木块组成的系统动量守恒,则由动量守恒定律可得:
=(M+m)
,
=500m/s,
即子弹射入木块的初速度为500m/s.
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