- 动量守恒定律
- 共6204题
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）以小铁块和木板组成的系统为研究对象，根据动量守恒定律得
Mv0=（M+m）v
得 v=
（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=
得 Q=
答：
（1）小铁块与木板相对静止时，它们共同运动的速度为8m/s．
（2）全过程有200J机械能转化为系统的内能．
如图所示，质量为m的由绝缘材料制成的球与质量为M=19m的金属球并排悬挂．现将绝缘球拉至与竖直方向成θ=60°的位置自由释放，下摆后在最低点与金属球发生弹性碰撞．在平衡位置附近存在垂直于纸面的磁场．已知由于磁场的阻尼作用，金属球将于再次碰撞前停在最低点处．求经过几次碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大角度将小于45°．
正确答案
设小球m的摆线长度为l
小球m在下落过程中与M相碰之前满足机械能守恒：mgl(1-cosθ)=
m和M碰撞过程是弹性碰撞，故满足：
mv0=MVM+mv1 ②
联立 ②③得：v1=
说明小球被反弹，且v1与v0成正比，而后小球又以反弹速度和小球M再次发生弹性碰撞，满足：
mv1=MVM1+mv2 ⑤
解得：
v2=
整理得：
v2=-(
故可以得到发生n次碰撞后的速度：
vn=|(
m-M
m+M
)nv0|⑨
而偏离方向为450的临界速度满足：
mgl(1-cos450)=
联立①⑨⑩代入数据解得，当n=2时，v2＞v临界
当n=3时，v3＜v临界
即发生3次碰撞后小球返回到最高点时与竖直方向的夹角将小于45°．
质量为M的小船以速度V0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾．现小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中．求小孩b跃出后小船的速度．
正确答案
设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为V，根据动量守恒定律，有
（M+2m）V0=MV+mυ-mυ
解得
V=（1+
即小孩b跃出后小船的速度为（1+
如图所示，质量为M=0.7kg的靶盒位于光滑水平导轨上。在O点时，恰能静止，每当它离开O点时便受到一个指向O点的大小恒为F=50N的力。P处有一固定的发射器，它可根据需要瞄准靶盒。每次发射出一颗水平速度v0=50m/s，质量m=0.10kg的球形子弹（它在空中运动过程中不受任何力的作用）。当子弹打入靶盒后，便留在盒内不反弹也不穿出。开始时靶盒静止在O点。今约定，每当靶盒停在或到达O点时，都有一颗子弹进入靶盒内。
（1）当第三颗子弹进入靶盒后，靶盒离开O点的最大距离为多少？第三颗子弹从离开O点到又回到O点经历的时间为多少？
（2）若P点到O点的距离为S=0.20m，问至少应发射几颗子弹后停止射击，才能使靶盒来回运动而不会碰到发射器。
正确答案
略
两个氘核聚变产生一个中子和氦核（氦的同位素）．已知氘核的质量mD=2.01360u，氦核的质量mHe=3.0150u，中子的质量mn=1.0087u．
（1）写出聚变方程并计算释放的核能．
（2）若反应前两个氘核的动能为0.35Mev．它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转化为动能，则产生的氦核和中子的动能各为多大？
正确答案
（1）聚变的核反应方程：212H→23He+01n
核反应过程中的质量亏损为△m=2mD-（mHe+mn）=0.0035u
释放的核能为△E=△mc2=0.0035uc2=3.26MeV
（2）对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的动量为0．即：
0=mHevHe+mnvn，
反应前后总能量守恒，得：
解得：EkHe=0.99Mev，Ekn=2.97Mev．
答：（1）聚变的核反应方程：212H→23He+01n，释放的核能为3.26MeV；
（2）产生的氦核的动能为0.99Mev，中子的动能为2.97Mev．
在光滑水平面上沿x轴正方向作直线运动的物体A质量为m1，速度为v1=2m/s；另一个物体B质量为m2，以v2=4m/s的速率沿x轴负方向迎面向A运动，若两物体相碰后粘在一起并且恰好停止运动，则m1：m2=______；若两物体相碰后粘在一起并以v'=1m/s的速度沿x轴正方向运动，则m1：m2=______．
正确答案
以A、B组成的系统为研究对象，
①若两物体相碰后粘在一起并且恰好停止运动
由水平方向上动量守恒得
m1v1=m2v2
所以
②若两物体相碰后粘在一起并以v'=1m/s的速度沿x轴正方向运动
由水平方向上动量守恒得
m1v1-m2v2=（m1+m2）v′
所以2m1-4m2=m1+m2
m1=5m2
故答案为：2：1，5：1．
如图所示，在足够长的光滑水平轨道上静止三个小木块A、B、C，质量分别为mA=1kg，mB=1kg，mC=2kg，其中B与C用一个轻弹簧固定连接，开始时整个装置处于静止状态，弹簧处于原长状态；A和B之间有少许塑胶炸药，现在引爆塑胶炸药，若炸药爆炸产生的能量有E=9J转化为A和B沿轨道方向的动能。求：爆炸后弹簧弹性势能的最大值；
正确答案
EP=3J
试题分析：塑胶炸药爆炸瞬间取A和B为研究对象，假设爆炸后瞬间AB的速度大小分别为vA、vB，取向右为正方向
由动量守恒：－mAvA+mBmB=0
爆炸产生的热量由9J转化为AB的动能：
带入数据解得：vA = vB = 3m/s
爆炸后取BC和弹簧为研究系统，当弹簧第一次被压缩到最短时BC达到共速vBC，此时弹簧的弹性势能最大，设为Ep1
由动量守恒：mBvB=（mB+mC）vBC
由能量定恒定定律：
带入数据得：EP=3J
点评：关键是知道爆炸后取BC和弹簧为研究系统，当弹簧第一次被压缩到最短时BC达到共速vBC，此时弹簧的弹性势能最大，
（1）下面列出的是一些核反应方程
（2）(10分)如图2所示，质量M＝4 kg的滑板B静止放在光滑水平面上，其右端固定一根轻质弹簧，弹簧的自由端C到滑板左端的距离L＝0.5 m，这段滑板与木块A(可视为质点)之间的动摩擦因数μ＝0.2，而弹簧自由端C到弹簧固定端D所对应的滑板上表面光滑．小木块A以速度v0＝10 m/s由滑板B左端开始沿滑板B表面向右运动．已知木块A的质量m＝1 kg，g取10 m/s2.求：
(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度；
(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能．
正确答案
（1）D(1)2 m/s (2)39 J
试题分析：（1）D根据质量数和电荷数守恒可得：X为：
(1)弹簧被压缩到最短时，木块A与滑板B具有相同的速度，设为v，从木块A开始沿滑板B表面向右运动至弹簧被压缩到最短的过程中，A、B系统的动量守恒：mv0＝(M＋m)v
解得
代入数据得木块A的速度v＝2 m/s.
(2)木块A压缩弹簧过程中，弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大．由能量关系，最大弹性势能
Ep＝
代入数据得Ep＝39 J.
点评：核反应方程的质量数和电荷数守恒；第二问是难度较大的一道题，考察的知识面非常广，这就要求大家要熟练的掌握解决力学问题的三大法宝：牛顿运动定律、动量守恒定律和能量的转化与守恒定律．
如图所示，在光滑的水平桌面上有一长为L=2m的木板C，它的两端各有一块挡板，C的质量为mC=5kg，在C的中央并排放着两个可视为质点的滑块A与B，其质量分别为mA=1kg、mB=4kg，开始时A、B、C均处于静止状态，并且A、B间夹有少许炸药，炸药爆炸使得A以vA=6m/s的速度水平向左运动，不计一切摩擦，两滑块中任一块与挡板碰撞后就与挡板合成一体，爆炸与碰撞时间不计，求：
（1）当两滑块都与挡板碰撞后，板C的速度多大？
（2）从爆炸开始到两个滑块都与挡板碰撞为止，板C的位移多大？方向如何？
正确答案
炸药爆炸，滑块A与B分别获得向左和向右的速度，由动量守恒可知，A的速度较大（A的质量小），A、B均做匀速运动，A先与挡板相碰合成一体（满足动量守恒）一起向左匀速运动，最终B也与挡板相碰合成一体（满足动量守恒），整个过程满足动量守恒．
（1）整个过程A、B、C系统动量守恒，有：
0=（mA+mB+mC）v，
所以v=0
（2）炸药爆炸，A、B获得的速度大小分别为vA、vB．以向左为正方向，有：
mAvA-mBvB=0，
解得：vB=1.5m/s，方向向右
然后A向左运动，与挡板相撞并合成一体，共同速度大小为vAC，
由动量守恒，有：
mAvA=（mA+mC）vAC，
解得：vAC=1m/s
此过程持续的时间为：t1=
此后，设经过t2时间B与挡板相撞并合成一体，则有：
所以，板C的总位移为：xC=vACt2=0.3m，方向向左
答案：（1）板C的速度是0
（2）板C的位移大小是0.3m，方向向左．
有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度v0与之发生碰撞．己知：碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收．从而该原子由基态跃迁到激发态，然后，此原子向低能级态跃迁，并发出光子．如欲碰后发出一个光子，则速度v0至少需要多大？己知氢原子的基态能量为E1 （E1＜0）．
正确答案
两个氢原子碰撞过程动量守恒，当两个氢原子发生完全非弹性碰撞时，损失动能最大，根据动量守恒定律，有：
mv0=2mv
解得：v=
减小的动能为：△E=
根据题意，减小的动能完全转化为氢原子的激发态的能量，故有：
△E=E2-E1=-
解得：v0=
答：速度v0至少需要为
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