- 动量守恒定律
- 共6204题
某一核反应的模型中质量为m0、速度为v0的粒子与一个质量为M、静止的原子核碰撞后合为一体,又迅速发生变化放出质量为m、速度为v的另一个粒子,此粒子的速度v与v0反方向.试问余下的反冲核的反冲速度为多大?
正确答案
由动量守恒定律得m0v0=(M+m0-m)v′-mv
余下的反冲核的反冲速度为v′=.
如图16-3-8所示,在质量均为m的A、B两球之间,用轻弹簧将它们连着,然后放于光滑的水平面上.如果A球被水平射来的速度为v0的子弹击中,并嵌入球中,且子弹质量为,问在以后的运动过程中:
图16-3-8
(1)弹簧的弹性势能的最大值为多少?
(2)B球的最大动能为多少?
正确答案
(1) (2)
(1)子弹击中A的瞬间,子弹和A组成的系统动量守恒,B的瞬时速度为零.
v0=(m+
)vA,得vA=
.
当A、B和子弹有共同速度时,弹性势能最大.
v0=(m+m+
)v,v=
,所以最大弹性势能为
Ep=(m+
)vA2-
(m+m+
)v2=
.
(2)当弹簧恢复原长时,B的动能最大
v0=(m+
)vA′+mvB
(m+
)vA2=
(m+
)vA′2+
mvB2
得EkB=mvB2=
.
如图14-1所示,长为L,质量为m1的物块A置于光滑水平面上,在A的水平上表面左端放一质量为m2的物体B,B与A的动摩擦因数为。A和B一起以相同的速度V向右运动,在A与竖直墙壁碰撞过程中无机械能损失,要使B一直不从A上掉下来,V必须满足什么条件?(用m1、m2,L及表示)
正确答案
若m1>m2,V必须小于或等于
若m1≤m2,V必须小于或等于
A与墙壁发生无机械能损失的碰撞后,A以大小为V的速度向左运动,B仍以原速度V向右运动,以后的运动过程有三种可能:(1)若m1>m2,则m1和m2最后以某一共同速度向左运动;(2)若m1=m2,则A、B最后都停止在水平面上,但不再和墙壁发生第二次碰撞;(3)若m1<m2,则A将多次和墙壁碰撞,最后停在靠近墙壁处。
若m1>m2时,碰撞后系统的总动量方向向左,大小为:P=m1V-m2V
设它们相对静止时的共同速度为V’,据动量守恒定律, 有:m1V-m2V=(m1+m2)V’
所以V’=(m1-m2)V/(m1+m2)
若相对静止时B正好在A的右端,则系统机械能损失应为m2gL,
则据能量守恒:m1V2+
m2V2-
(m1+m2)(m1-m2)2V2/(m1+m2)2=m2gL
解得:V=
若m1=m2时,碰撞后系统的总动量为零,最后都静止在水平面上,
设静止时A在B的右端,则有:m1V2+
m2V2=m2gL
解得:V=
若m1<m2时,则A和墙壁能发生多次碰撞,每次碰撞后总动量方向都向右,
设最后A静止在靠近墙壁处时,B静止在A的右端,
同理有:m1V2+
m2V2=m2gL
解得:V=
故:若m1>m2,V必须小于或等于
若m1≤m2,V必须小于或等于
注意:本题中,由于m1和m2的大小关系没有确定,在解题时必须对可能发生的物理过程进行讨论,分别得出不同的结果。
如图12-1所示,有两块大小不同的圆形薄板(厚度不计),质量
分别为M和m,半径分别为R和r,两板之间用一根长为0.4m的轻
绳相连结。开始时,两板水平放置并叠合在一起,静止于高度为
0.2m处。然后自由下落到一固定支架C上,支架上有一半径为
R‘(r
板与支架发生没有机械能损失的碰撞。碰撞后,两板即分离,直到
轻绳绷紧。在轻绳绷紧的瞬间,两物体具有共同速度V,如图12-2所示。
求:(1)若M=m,则V值为多大 (2)若M/m=K,试讨论 V的方向与K值间的关系。
正确答案
(1)V=
(2)①K<3时,V>0,两板速度方向向下。
②K>3时,V<0,两板速度方向向上。
③K=3时,V=0,两板瞬时速度为零,接着再自由下落。
开始 M与m自由下落,机械能守恒。M与支架C碰撞后,M以原速率返回,向上做匀减速运动。m向下做匀加速运动。在绳绷紧瞬间,内力(绳拉力)很大,可忽略重力,认为在竖直方向上M与m系统动量守恒。(1)据机械能守恒:(M+m)gh=(M+m)V02所以,V0=
=2m/s
M碰撞支架后以Vo返回作竖直上抛运动,m自由下落做匀加速运动。在绳绷紧瞬间,M速度为V1,上升高度为h1,m的速度为V2,下落高度为h2。则:
h1+h2=0.4m,h1=V0t-gt2,h2=V0t+
gt2,而h1+h2=2V0t,
故:
所以:V1=V0-gt="2-10×0.1=1m/s" V2=V0+gt=2+10×0.1=3m/s
根据动量守恒,取向下为正方向,mV2-MV1=(M+m)V,所以
那么当m=M时,V=1m/s;当M/m=K时,V=。
讨论:①K<3时,V>0,两板速度方向向下。
②K>3时,V<0,两板速度方向向上。
③K=3时,V=0,两板瞬时速度为零,接着再自由下落。
光滑水平轨道上有三个木块A、B、C,质量分别为mA=3m、mB=mC=m,开始时B、C均静止,A以初速度νo向右运动,A与B相撞后分开,B又与C发生碰撞并粘在一起,此后A与B间的距离保持不变.求B与C碰撞前B的速度大小.
正确答案
设A与B碰撞后,A的速度为vA,B与C碰撞前B的速度为vB,B与C碰撞后粘在一起的速度为v,由动量守恒定律得
对A、B木块:mAv0=mAvA+mBvB…①
对B、C木块:mBvB=(mB+mC)v… ②
由A与B间的距离保持不变可知
vA=v… ③
联立①②③式,代入数据得vB=v0答:B与C碰撞前B的速度大小是
v0.
(选修3-5)
(1)下列说法正确的是:
A、光电效应实验揭示了光的粒子性
B、某原子核经过一次α衰变后,核内质子数减少4个
C、重核的裂变过程质量增大,轻核的聚变过程有质量亏损
D、电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
(2)如图所示,一对杂技演员(都视为质点)荡秋千时从A点(秋千绳OA处于水平位置)由静止出发绕悬点O下摆,当摆到最低点B时,男女演员在极短的时间内互相将对方沿水平方向推出,两人向相反方向做一平抛运动,并能安全落到地面.若女演员的落地点刚好在初始位置A点的正下方,且已知男演员质量是女演员质量的2倍,秋千的质量不计.秋千的绳长为R,O点距地面高度为5R,不计空气阻力.求男演员落地点C与O点的水平距离.
正确答案
(1)A、光电效应和康普顿效应深入的揭示了光的粒子性揭示了光的粒子性,A正确;
B、α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程.α粒子是电荷数为2、质量数为4的氦核He.质子数等于电荷数2,所以“核内质子数减少4个”是错误的;
C、重核的裂变过程和轻核的聚变过程都有质量亏损,所以C是错误的;
D、电子的衍射实验证实了物质的波动性,即物质波的假设是正确的;所以D是正确的;
故答案为AD.
(2)设分离前男女演员在秋千最低点B的速度为v0,由机械能守恒定律得:
(m1+m2)gR=(m1+m2)
①
设刚分离时男演员速度的大小为v1,方向与v0相同;女演员速度的大小为v2,方向与v0相反,由动量守恒,
(m1+m2)v0=m1v1-m2v2②
分离后,男演员做平抛运动,设男演员从被推出到落在C点所需的时间为t,
根据题给条件,由运动学规律,
4R=gt2 ③
s=v1t④
根据题给条件,女演员的落地点刚好在初始位置A点的正下方,根据平抛有:
R=v2t ⑤
由以上各式可得:s=6.5R
答:男演员落地点C与O点的水平距离为6.5R.
A、B两船平行逆向贴近航行,当两船首尾对齐时,从每只船上各自以垂直航向向另一船投去质量为50 kg的物体.这时原来质量500 kg的A船停了下来,而质量为1 000 kg的B船仍沿原方向以8.5 m/s的速度航行,求两船原来的速度.
正确答案
vA="1" m/s vB="9" m/s.
巧选研究对象,利用动量守恒定律进行计算.
A、B两船交换货物后,总质量均未变化,设两船原来的速度大小分别为vA、vB,取B船的运动方向为正方向.
以A船上的450 kg的部分及B船投给A船的m="50" kg物体为研究对象,系统水平方向不受外力,故动量守恒,依题意有:
(MA-m)(-vA)+mvB=0①
以B船上950 kg的部分及A船投给B船的m="50" kg的物体为研究对象,由动量守恒有:
(MB-m)VB+M(-vA)=MBvB′②
联立①②代入数字解得
vA="1" m/s vB="9" m/s.
如图16-3-7所示,质量为M的楔形物块上有圆弧轨道,静止在水平面上.质量为m的小球以速度v1向物块运动.不计一切摩擦,圆弧小于90°且足够长.求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v.
图16-3-7
正确答案
系统水平方向动量守恒,全过程机械能也守恒.
在小球上升过程中,由水平方向系统动量守恒得:mv1=(M+m)v′
由系统机械能守恒得:
mv12=
(M+m)v′2+mgH
解得
.
在光滑的水平地面上有质量M=16kg的长木板A,板上有质量m=4kg的滑块B.某时刻长木板速度向右、滑块速度向左,且两者的动能都为2J,经过一段时间,长木板和滑块以相同的速度向同一方向运动(滑块仍在长木板上).求:长木板和滑块共同运动的速度大小和方向.
正确答案
0.2m/s , 方向水平向右
根据题意可知
A物体的初动能
B物体的初动能
解得=0.5m/s,水平向右,
=1m/s,水平向左.
取水平向右为正方向,设AB达到的共同速度为v
根据动量守恒定律有
=(M+m)v
方向水平向右.
如图所示,一块质量为M、长为l的匀质板放在很长的光滑水平桌面上,板的左端有一质量为m的物块,物块上连接一根很长的细绳,细绳跨过位于桌面边缘的定滑轮,某人以恒定的速度v向下拉绳,物块最多只能到达板的中点,而且此时板的右端尚未到达桌边定滑轮处.求:
(1)物块与板的动摩擦因数及物块刚到达板的中点时板的位移;
(2)若板与桌面间有摩擦,为使物块能到达板的右端,板与桌面间的动摩擦因数的范围;
(3)若板与桌面间的动摩擦因数取(2)问中的最小值,在物块从板的左端运动到右端的过程中,人拉绳的力所做的功(其他阻力均不计).
正确答案
(1) (2)大于
(3)2Mv2
(1)设物块在板上滑行的时间为t1,对板应用动量定理得:
μ1mgt1=Mv,t1= ①
设在此过程中物块前进位移为s1,板前位移为s2,
则s1=v·t1 ②
s2=t1 ③
s1-s2= ④
由①~④得物块与板间的动摩擦因数为μ1=板的位移s2=
(2)设板与桌面间的动摩擦因数为μ2,物块在板上滑行的时间为t2.则应用动量定理得
[μ1mg-μ2(m+M)g]·t2=Mv,
t2=
又设物块从板的左端运动到右端的时间为t3
则
为了使物块能到达板的右端,必须满足t2≥t3
即≥
,μ2≥
所以为了使物块能到达板的右端,应使板与桌面的动摩擦因数μ2≥
(3)设绳子的拉力为T,物块从板的左端到达右端的过程中物块的位移为s3,则有:T-μ1mg=0,s3=v·t3=2l
由功的计算公式得:WT=T·s3=μ1mg·2l=·mg·2l=2Mv2
所以绳的拉力做功为2Mv2.
(或W=ΔEk+Q1+Q2=Mv2+μ1mgl+μ2(M+m)gl=2Mv2)
扫码查看完整答案与解析