- 动量守恒定律
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(本题12分)如图,氢气球下悬一吊篮,吊篮中有一人,静止于空中。气球、吊篮与人的总质量为M(不包括石块),当人将一质量为m的石块向上抛出,石块经t秒落回手中。求石块上抛过程中与人的最大距离。(空气阻力不计)
正确答案
设石块、人最大位移分别为S1、S2
因为合外力为零,所以竖直方向平均动量守恒,人抛球位置与接球位置为同一位置,往返时间相等。
速度为3m/s的冰壶甲与静止的相同冰壶乙发生对心正碰,碰后甲以1m/s的速度继续向前滑行。求碰后瞬间冰壶乙的速度大小。
正确答案
v2′=2m/s
根据动量守恒定律m1v1+m2v2= m1v1′+m2v2′(2分)
代入数据得 v2′=2m/s (2分)
如图所示,光滑水平面上方有垂直纸面向里、磁感应强度B="0.5" T 的匀强磁场,质量M="2" kg的平板小车以v0="4" m/s的速度在水平面上运动,将质量m="0.1" kg、电荷量q="0.2" C的绝缘小物块,无初速地放在小车的右端,小车足够长,与物块之间有摩擦,g取10 m/s2.求:
(1)物块的最大速度;
(2)小车的最小速度;
(3)产生的最大内能.
正确答案
(1)10 m/s (2)13.5 m/s (3)8.75 J
(1)设物块与小车相对静止
由动量守恒:Mv0=(M+m)v
则v="13.3" m/s ①
因qvB="1.33" N>mg="1" N
故小车、物块不会相对静止 ②
则当qvmB=mg时,
物块有最大速度vm=="10" m/s. ③
(2)当物块速度最大时,小车速度最小
由水平方向上动量守恒:
Mv0="Mv1+mvm " ④
所以v1="13.5" m/s. ⑤
(3)由能量守恒,产生的最大内能:
Q=Mv02-
Mv12-
mvm2 ⑥
所以Q="8.75" J. ⑦
如图6-4-3所示,质量为m的长木板A静止在光滑水平面上,另两个质量也是m的铁块B、C同时从A的左右两端滑上A的上表面,初速度大小分别为v和2v,B、C与A间的动摩擦因数均为μ.
图6-4-3
(1)试分析B、C滑上长木板A后,A的运动状态如何变化.
(2)为使B、C不相撞,A木板至少多长?
正确答案
(1)A以v′=做匀速运动 (2)
B、C都相对于A滑动时,A所受合力为零,保持静止,这段时间为Δt1=.B刚好相对于A静止时,C的速度为v,A向左做匀加速运动,由动量守恒可求出A、B、C最终的共同速度v′=
,这段加速经历的时间为Δt2=
,最终A将以v′=
做匀速运动.
全过程系统动能的损失都将转化为系统的内能,而摩擦生热Q=fd=μmgd,由能量守恒定律列式:μmgd=mv2+
m(2v)2-
·3m(
)2,解得d=
.这就是A木板应该具有的最小长度.
如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为M=20kg的足够长的木板,上表面粗糙,以速度v0=10m/s向右作匀速直线运动。现将质量为m=5kg的小铁块无初速地轻放在木板的前端,求
(1) 小铁块与木板相对静止时,它们共同运动的速度为多大?
(2) 全过程有多少机械能转化为系统的内能?
正确答案
(1)根据动量守恒Mv0=(M+m)v --------------- (3分)
得 v=Mv0/ (M+m) ="8m/s " --------------- (2分)
(2)根据能量守恒定律,系统损失的机械能全部转化为系统内能
则 Q= Mv02/2 -(M+m)v2/2 --------------- (4分)
得 Q=Mmv02/2(M+m)="200J " --------------- (2分)
略
关于“哥伦比亚”号航天飞机失事的原因,美国媒体报道说,一块脱落的泡沫损伤了左翼并最终酿成大祸。据美国航天局航天计划的Dittemore于2003年2月5日在新闻发布会上说,撞击航天飞机左翼的泡沫最大为20英寸(约50.8cm)长,16英寸(约40.6cm)宽,6英寸(约15.2cm)厚,其质量大约1.3kg,其向下撞击的速度约为250m/s,而航天飞机的上升速度大约为700m/s。假定碰撞时间等于航天飞机前进泡沫的长度所用的时间,相撞后认为泡沫全部附在飞机上。根据以上信息,估算“哥伦比亚”号航天飞机左翼受到的平均撞击力(保留一位有效数字)
正确答案
泡沫与航天飞机的碰撞看成完全非弹性碰撞,设飞船的质量为M,速度为v1,泡沫的质量为m,速度为v2,对泡沫碰撞航天飞机的过程由动量守恒得,Mv1-mv2=(M+m)v
碰撞后共同速度v="(" Mv1-mv2)/(M+m),由于M远远大于m,所以v≈v1=700m/s
泡沫撞击飞机的时间近似为t=L/v=7.3×10-4s
对泡沫运用动量定理可得撞击力F=m(v+v2)/t=1.69×106N
略
如图,质量为M长度为L的车,静止在光滑水平面上,一质量为m的木块从车正中央的位置以速度开始沿车的表面运动.若木块与车的表面间的动摩擦因数为μ,木块与车两侧壁的碰撞无能量损失,则木块与车壁发生碰撞的次数n多大?
正确答案
∴
如图8-8-5所示,摆的质量M="2.98" kg,摆线长 1 m,子弹的质量是20 g,以210 m/s的水平速度射入摆中,又以61 m/s 的速度射出.子弹射出时摆线受到的拉力是_______N.
图8-8-5
正确答案
32.2
求出子弹穿出时摆线的速度,就能求出摆线的拉力.选子弹与摆为一系统,当子弹穿入摆时,摆就向右偏转,这时系统在水平方向所受的合力就不为零了,但由于子弹与摆作用时间极短,可以认为子弹穿过摆后,摆仍在平衡位置,在作用前和作用后的两个瞬时系统动量是守恒的.当子弹穿过摆后,摆由平衡位置向右摆动的过程中,系统动量就不守恒了,因此:
mv0=mv′+MV′
V′= m/s="1" m/s
子弹穿出后摆做圆周运动,拉力FT和重力Mg的合力作向心力
FT-Mg=M
FT= Mg+M=2.98×(9.8+1) N="32.2" N.
新的交通法规的颁布和执行,对确保道路畅通,保证人们的生命财产安全,具有十分重要的意义.某平直公路上一质量为m1="1" 200 kg、以速度v1="21" m/s行驶的汽车A,发现在它前方s0="33" m处有一质量为m2="800" kg、以速度v2="15" m/s迎面驶来的汽车B,两车同时急刹车,但由于惯性仍使两车猛烈相撞并结合在一起滑行一段距离后停下.设路面与两车的动摩擦因数μ均为0.3,g取10 m/s2,忽略碰撞过程中路面摩擦力的冲量.设两车的相撞时间(从两车接触到一起滑行)t0="0.02" s,则每个驾驶员受到的水平平均冲力是其自身重力的几倍?
正确答案
60倍 90倍
两车刹车的加速度均为a=-μg,从两车刹车到即将相碰的时间t内有
v1t+at2+v2t+
at2=33
相撞前两车的速度分别为
v1′=v1+at,v2′=v2+at
因忽略碰撞过程中路面摩擦力的冲量,两车碰撞过程中动量守恒有
m1v1′-m2v2′=(m1+m2)v
解得v="6" m/s,方向与A车运动方向相同.
设两车驾驶员的质量分别为ma、mb,由动量定理可得他们受到的平均冲力为
FA=
FB=
与其重力的比值分别为
=|
|=60倍
=|
|=90倍.
如图所示,在光滑水平面上使滑块A以2 m/s的速度向右运动,滑块B以4 m/s的速度向左运动并与滑块A发生碰撞,已知滑块A、B的质量分别为1 kg、2 kg,滑块B的左侧连有轻弹簧,求:
(1)当滑块A的速度减为0时,滑块B的速度大小;
(2)两滑块相距最近时滑块B的速度大小.
正确答案
(1) (2)
试题分析:(1) (3分)
(2分)
(2) (3分)
(2分)
点评:本题难度较小,利用动量守恒列公式时要先规定正方向,找到初末状态列公式求解
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