- 动量守恒定律
- 共6204题
(18分)质量为m,长为L的矩形绝缘板放在光滑水平面上,另有一质量为m,带电量为q的小物块沿板的上表面以某一初速度从左端A水平向右滑上该板,整个装置处于竖直向下,足够大的匀强电场中,小物块沿板运动至右端B恰好停在板上.若强场大小不变而方向反向,当小物块仍由A端以相同的初速度滑上板面,则小物块运动到距A端的距离为板长2/3处时,就相对于板静止了。
(1)通过计算说明小物块带何种电荷?匀强电场场强的大小E是多少?
(2)撤去电场,在绝缘板上距A端为处固定一质量可以忽略的挡板,小物块以相同初速度滑上绝缘板,与该挡板发生弹性正碰,求
至少多大时,小物块不会从绝缘板上掉下。
正确答案
(1)负电荷;
(2)至少等于
时,小物块不会掉下
(1)由题意知:电场方向向下和向上时,两物体都达到了共同速度,设初速度为,动摩擦因数为
,由动量守恒得
……① ……2分
由功能关系可知两次系统损失的机械能相同 ……② …2分
而…………③ …………2分
E向下时, E向上时,
…………④ ………………2分
而正比于
即第一次正压力较小,第一次受到的电场力一定向上,
由此可以判定小物块带负电荷, …………2分
……2分
(2)撤去电场后,发生了弹性正碰,碰撞无机械能损失,物块不掉下,最终达到共同速度,由动量守恒,功能关系得
………………⑤ ……1分
……⑥ ……2分
……⑦ ……1分
……⑧ ……1分
联立⑤⑥⑦⑧得
至少等于
时,小物块不会掉下……1分
如图所示,MN、PQ两根水平导轨,其间有竖直向上的匀强磁场,ab、cd是在导轨上可以无摩擦地自由滑动的导体,两导体的质量均为m,现给ab一初速度v.试问:
(1)当系统稳定时,两导体的速度各位多大?
(2)从开始到稳定,系统中产生的热量为多少?
正确答案
(1)两导体棒组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv=2mv′,
解得系统稳定时的速度为:v′=;
(2)在整个过程中,由能量守恒定律得:
mv2=
×2m×v′2+Q,
解得,系统产生的热量:Q=mv2;
答:(1)当系统稳定时,两导体的速度相等,都是;
(2)从开始到稳定,系统中产生的热量为mv2.
如图所示,甲、乙两船的总质量(包括船、人和货物)分别为10m、12m,两船沿同一直线同一方向运动,速度分别为2v0、v0.为避免两船相撞,乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船,甲船上的人将货物接住,求抛出货物的最小速度.(不计水的阻力)
正确答案
设抛出货物的速度为v,由动量守恒定律得:
乙船与货物:12mv0=11mv1-mv,
甲船与货物:10m×2v0-mv=11mv2,
两船不相撞的条件是:v2≤v1,
解得:v≥4v0;
答:抛出货物的最小速度为4v0.
12.如图所示,在光滑水平面上有两个并排放置的木块A和B,已知mA="500" g,mB="300" g,有一质量为80 g的小铜球C以25 m/s的水平初速开始,在A表面滑动,由于C和A,B间有摩擦,铜块C最后停在B上,B和C一起以2.5 m/s的速度共同前进,求:
(1)木块A的最后速度vA′;
(2)C在离开A时速度vC′.
正确答案
(1) 2.1m/s(2) 4 m/s
A,B,C三个物体作为一个系统在水平方向不受外力作用,系统动量守恒,
(1)研究C开始滑动到C和B相对静止的过程,
mCv0=mAvA′+(mC+mB)v共 (2分)
vA′==2.1m/s。 (2分)
(2)研究C开始滑动到C离开A的过程,
mCv0=(mA+mB)vA′+mCvC′ (3分)
vC′=="4" m/s。 (2分)
静止的锂核Li俘获一个速度为8×106m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氮
核He,它的速度大小是8×106m/s,方向与反应前的中于速度方向相同①完成此核反应的方程式
Li+
n→
He+______②反应后产生的另一个粒子的速度大小______m/s,方向______.
正确答案
根据电荷数守恒、质量数守恒,Li+
n→
He+
H.
规定中子的方向为正方向,根据动量守恒定律得,mnvn=mHevHe+mHvH
代入数据解得vH=-8×106m/s,知与 中子运动方向相反.
故答案为:①H②8×106与中子运动方向相反
在同一水平面上有A、B两物体,A某时刻的速度为2m/s,以0.2m/s2的加速度匀减速前进,2s后与原来静止的B发生碰撞.碰撞后A以撞前速率的一半反向弹回,仍作匀减速运动,加速度的值不变.B获得0.6m/s的速度以0.4m/s2的加速度匀减速前进.不计碰撞所用的时间,求B停止时A、B之间的距离.
正确答案
两球碰撞前,A的速度vA=v0-aAt=1.6m/s,
碰后A的速度vA′==
=0.8m/s,方向与原方向相反,
碰后AB均做匀减速运动,由匀变速运动的速度位移公式v2-v02=2ax,
可得:xB==
=0.45m,B的运动时间t′=
=
=1.5s,
此时A的速度vA″=vA′-aAt′=0.5m/s,
A的位移xA==0.975m,
则B静止时A、B间的距离s=xA+xB=0.975+0.45=1.425m;
答:B停止时A、B之间的距离唯一1.425m.
如图所示,在光滑水平地面上,有一质量m1=4.0kg的平板小车,小车的右端有一固定的竖直挡板,挡板上固定一轻质细弹簧.位于小车上A点处质量m2=1.0kg的木块(可视为质点)与弹簧的左端相接触但不连接,此时弹簧与木块间无相互作用力.木块与A点左侧的车面之间的动摩擦因数μ=0.40,木块与A点右侧的车面之间的摩擦可忽略不计.现小车与木块一起以v0=2.0m/s的初速度向右运动,小车将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞,已知碰撞时间极短,碰撞后小车以v1=1.0m/s的速度反向弹回,已知重力加速度g取10m/s2,弹簧始终处于弹性限度内.求:
(1)小车撞墙后弹簧的最大弹性势能;
(2)要使木块最终不从小车上滑落,则车面A点左侧粗糙部分的长度应满足什么条件?
正确答案
(1)小车与墙壁碰撞后向左运动,木块与小车间发生相对运动将弹簧压缩至最短时,二者速度相等,此时弹簧的弹性势能最大,此过程中,二者组成的系统动量守恒,设弹簧压缩至最短时,小车和木块的速度大小为v,根据动量守恒定律有:
m1v1-m2v0=(m1+m2)v…①
解得v=0.40m/s…②
设最大的弹性势能为EP,根据机械能守恒定律可得
EP=m1v12+
m2v02-
(m1+m2)v2…③
由②③得EP=3.6J…④
(2)根据题意,木块被弹簧弹出后滑到A点左侧某处与小车具有相同的速度v’时,木块将不会从小车上滑落,此过程中,二者组成的系统动量守恒,
故有v’=v═0.40m/s…⑤
木块在A点右侧运动过程中,系统的机械能守恒,而在A点左侧相对滑动过程中将克
服摩擦阻力做功,设此过程中滑行的最大相对位移为L,根据功能关系有
μm2gL=m1v12+
m2v02-
(m1+m2)v’2…⑥
解得L=0.90m…⑦
即车面A点左侧粗糙部分的长度应大于0.90m
答:(1)小车撞墙后弹簧的最大弹性势能3.6J.
(2)要使木块最终不从小车上滑落,则车面A点左侧粗糙部分的长度应大于0.90m.
(1)如图所示,小车与木箱紧挨着静放在光滑的水平冰面上,现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱,关于上述过程,下列说法中正确的是______________;
A.男孩和木箱组成的系统动量守恒
B.小车与木箱组成的系统动量守恒
C.男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒
D.木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同
(2)若氢原子的基态能量为E(E<0 ),各个定态的能量值为En=E/n2(n=1,2,3…),则为使一处于基态的氢原子核外电子脱离原子核的束缚,所需的最小能量为______________;若有一群处于n=2能级的氢原子,发生跃迁时释放的光子照射某金属能产生光电效应现象,则该金属的逸出功至多为______________(结果均用字母表示);
(3)在某些恒星内,3个α粒子可以结合成一个核,已知
核的质量为1.99502×10-26kg, α粒子的质量为6.64672×10-27kg,真空中的光速c=3×108m/s,计算这个反应中所释放的核能(结果保留一位有效数字)。
正确答案
(1)C
(2)-E,
(3)由爱因斯坦质能方程△E=△mc2
代入数据得△E=9×10-13J
如图所示,水平地面上有一上表面光滑的长木板C(其左端有一竖直小挡板),其上放有可视为质点的两小物块A和B,其间夹有一根长度可忽略的轻弹簧,弹簧与物块间不相连,其中小物块B距离木板C的右端很近。已知mA=mB="4.0kg," mC=1.0kg地面与木板C间的动摩擦因数为μ=0.20,重力加速度为g=10m/s2。开始时整个装置保持静止,两个小物块A、B将轻质弹簧压紧使弹簧贮存了弹性势能E0=100J。某时刻同时释放A、B,则:
(1)当小物块B滑离木板最右端时,求两小物块的速度魄vA、vB;
(2)若小物块A与挡板的碰撞时间极短且无机械能损失,求在它们第一次碰撞的过程中小物块A对挡板的冲量大小;
(3)在小物块A与挡板第一次碰撞到第二次碰撞的过程中,求木板C的位移大小。
正确答案
略
如图甲所示,物体A、B的质量分别是4kg和8kg,用轻弹簧相连接放在光滑的水平面上,物体B左侧与竖直墙壁相接触,另有一物体C从t=0时刻起水平向左运动,在t=5s时与物体A相碰,并立即与A有相同的速度一起向左运动。物块C的速度—时间图像如图乙所示。
(1)求物块C的质量;
(2)弹簧压缩过程中具有的最大弹性势能;
(3)在5s到10s的时间内墙壁对物体B的作用力的功;
(4)在5s到15s的时间内墙壁对物体B的作用力的冲量的大小和方向。
正确答案
(1)2kg (2)12J
(3)墙壁对B的作用力F做功为零 (4)24N s ; 方向向右
(1)由图象可见,物体C以速度v0=6m/s与A相碰,立即有相同的速度v=2m/s,A与C相互作用时间很短,水平方向动量守恒,有mCv0=(mC+mA)v (2分)
解得物块C的质量。 (2分)
(2)物块C和A一起运动压缩弹簧,它们的动能完全转化成弹性势能时,弹性势能最大 。 (4分)
(3)5s到10s的时间内,B处于静止,墙壁对B的作用力F做功为零。 (4分)
(4)5s到10s的时间内,B处于静止,墙壁对B的作用力F等于轻弹簧的弹力,轻弹簧的弹力使物体A和C的速度由2m/s减到0,再反弹到2m/s。则弹力的冲量的大小等于力F的冲量,为
,方向向右。 (6分)
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