- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,人站在小车上推着木箱,一起在光滑水平冰面上以速度运动,小车与木箱质量均为m,人的质量为2m,突然发现正前方有一冰窟窿,为防止人掉入窟窿,人用力向右推木箱,推出木箱后,人和车以
的速度仍向前运动,为避开危险,人向后跳车.求:
①人推开木箱时木箱对地的速度多大;
②人跳车后车对地的最小速度.
正确答案
①2.5v ②1.5v
试题分析:取向右为正方向,根据动量守恒定律有推出木箱的过程:
人跳车过程:
解得
如图所示,在光滑的水平地面上,有A、B、C三个物体处于静止状态,三者质量均为m,物体A的ab部分为半径为R的光滑1/4圆弧,bd部分水平且粗糙,现让小物体C自a点静止释放,当小物体C到达b点时,物体A将与物体B发生碰撞,且与B粘在一起(设碰撞时间极短),试求
(1)小物体C刚到达b点时,物体A的速度大小。
(2)如果bd部分足够长,试用文字表述三个物体的最后运动状态。
正确答案
(1)(2)C最后要停下来,A,B也要同时停下来
(1).设小物体滑到b点时,小物体C的速度为V1,滑块A的速度为V2,设水平向右为正方向,那么在小物体下滑的过程中,由机械能守恒可得:
mgR=mV12/2 + mV22/2 ① 3分
小物体C和滑块A组成的系统,由水平方向动量守恒可得:
mV1-mV2="0 " ② 3分
由①,②可得:V1=V2=即物体A的速度大小为
3分
(2).当滑块A与滑块B碰撞后粘在一起,且物体A,B,C组成的系统在水平方向上不受外力作用,故系统在水平方向上动量守恒(2分),但小物体C在bd部分滑动时由于受摩擦力的作用,速度不断减小,因为bd部分足够长,故小物体C最后要停下来,(3分),由于系统水平动量守恒,且系统水平方向总动量为零,故物体A,B也要同时停下来(2分).
如图所示,在光滑绝缘水平面上,不带电的绝缘小球P2静止在O点.带正电的小球P1以速度v0从A点进入AB区域.随后与P2发生正碰后反弹,反弹速度为v0.从碰撞时刻起在AB区域内加上一个水平向右,电场强度为E0的匀强电场,并且区域外始终不存在电场.P1的质量为m1,带电量为q,P2的质量为m2=5m1,A、O间距为L0,O、B间距为L=
,已知
=
.
(1)求碰撞后小球P1向左运动的最大距离及所需时间.
(2)判断两球能否在OB区间内再次发生碰撞.
正确答案
(1)碰撞后P1以速度v1=v0向左做匀减速直线运动,设最大距离为s,由运动学公式有
v12=2as①
v1=at②
由牛顿第二定律有
qE0=m1a③
又=
④
联立解得
s=L0⑤
所需时间t= ⑥
(2)设碰后P2速度为v2,以v0方向为正方向,由动量守恒:
m1v0=m1(-v0)+m2v2⑦
设P1、P2碰撞后又经△t时间在OB区间内能再次发生碰撞,
P1位移为s1,P2位移为s2,由运动学公式,有
s1=-v0△t+
a△t2⑧
s2=v2△t⑨
s1=s2⑩
联立解得
s2=<L=
两球能在OB区间内再次发生碰撞.
答:(1)碰撞后小球P1向左运动的最大距离为.所需时间为
.
(2)两球能在OB区间内再次发生碰撞.
如图所示,质量均为m的两物体A.B分别与轻质弹簧的两端相连接,将它们静止放在地面上.一质量也为m的小物体C从距A物体h高处由静止开始下落.C与A相碰后立即粘在一起向下运动,以后不再分开.当A与C运动到最
高点时,物体B对地面刚好无压力.不计空气阻力.弹簧始终处于弹性限度内.已知重力加速度为g.求:
(1)A与C一起开始向下运动时的速度大小;
(2)弹簧的劲度系数.
正确答案
(1)设小物体C从静止开始运动到A点时速度为v,由机械能守恒定律
mgh=mv2
设C与A碰撞粘在一起时速度为v′,由动量守恒定律
mv=(m+m)v′
求出v′=.
(2)设弹簧的劲度系数为k
开始时A处于平衡状态,设弹簧的压缩形变量为△x
对A有:k△x=mg
当A与C运动到最高点时,设弹簧拉伸形变量为△x′
对B有:k△x′=mg
由以上两式得,△x=△x′
因此在这两个位置时的弹簧弹性势能相等:E=E′.
对AC,从原平衡位置到最高点,根据机械能守恒定律得
E+(m+m)v′2=2mg(△x+△x′)+E′
解得k=.
答:(1)A与C一起开始向下运动时的速度大小v′=.
(2)弹簧的劲度系数k=.
如图所示,质量M="3.5" kg的小车静止于光滑水平面上靠近桌子处,其上表面与水平桌面相平,小车长L="1.2" m,其左端放有一质量为m2="0.5" kg的滑块Q。水平放置的轻弹簧左端固定,质量为m1="1" kg的小物块P置于桌面上的A点并与弹簧的右端接触。此时弹簧处于原长,现用水平向左的推力将P缓慢推至B点(弹簧仍在弹性限度内)时,推力做的功为WF,撤去推力后,P沿桌面滑动到达C点时的速度为2 m/s,并与小车上的Q相碰,最后Q停在小车的右端,P停在距小车左端S="0.5" m处。已知AB间距L1="5" cm,A点离桌子边沿C点距离L2="90" cm,P与桌面间动摩擦因数μ1=0.4,P、Q与小车表面间动摩擦因数μ2=0.1。(g="10" m/s。)求:
(1)推力做的功WF;
(2)P与Q碰撞后瞬间Q的速度大小和小车最后速度v.
正确答案
(1) WF="6J "
(2) 0.4m/s
(1)对P由A→B→C应用动能定理,得
解得
(2)设P、Q碰后速度分别为v1、v2,小车最后速度为v,由动量守恒定律得
m1vc=m1v1+-m2v2
m1vc=(m1+m2+M)v
由能量守恒得
解得,v2=2m/s
v2′=
v=0.4m/s
当v2′=时,v1=>v2′不合题意,舍去。
即P与Q碰撞后瞬间Q的速度大小为v2=2m/s
小车最后速度为0.4m/s
一质量M=2kg的长木板B静止在光滑的水平面上,B的右端与竖直挡板的距离为s=0.5m.一个质量为m=1kg的小物体A以初速度v0=6m/s从B的左端水平滑上B,当B与竖直挡板每次碰撞时,A都没有到达B的右端.设定物体A可视为质点,A、B间的动摩擦因数μ=0.2,B与竖直挡板碰撞时间极短且碰撞过程中无机械能损失,g取10m/s2.求:
(1)B与竖直挡板第一次碰撞前的瞬间,A、B的速度值各是多少?
(2)最后要使A不从B上滑下,木板B的长度至少是多少?(最后结果保留三位有效数字)
正确答案
(1)vA=4m/s,vB=1m/s;(2)8.96m
(1)设A、B达到共同速度为v1时,B向右运动距离为S1
由动量守恒定律有
由动能定理有
联立解得s1=2m
由于s=0.5m<2m,可知B与挡板碰撞时,A、B还未达到共同速度.设B与挡板碰撞前瞬间A的速度为vA,B的速度为vB,则
由动量守恒定律有
由动能定理有
联立解得vA=4m/s,vB=1m/s
(2)B与挡板第一次碰后向左减速运动,当B速度减为零时,B向左运动的距离设为sB,由动能定理有
由上式解得sB=0.5m
在A的作用下B再次反向向右运动,设当A、B向右运动达到共同速度v2时B向右运动距离为s2,由动量守恒定律有
由动能定理有
解得,
故A、B以共同速度向右运动,B第二次与挡板碰撞后,以原速率反弹向左运动.此后由于系统的总动量向左,故最后A、B将以共同速度v3向左匀速运动.
由动量守恒定律有(M-m)v2=(M+m)v3
解得
设A在B上运动的总量程为L(即木板B的最小长度),由系统功能关系得
代入数据解得L=8.96m
如图所示,在离地面H=5.45m的O处用长L=0.45m的不可伸长的细线挂一质量为90g的爆竹(火药质量忽略不计),把爆竹拉起至D点使细线水平伸直,点燃导火线后将爆竹无初速度释放,爆竹刚好到达最低点B时炸成质量相等的两块,一块朝相反方向水平抛出,落到地面上的A处,抛出的水平距离s=5m.另一块仍系在细线上继续做圆周运动通过最高点C.假设火药爆炸释放的能量全部转化为爆竹碎片的动能,空气阻力忽略不计,取g=10m/s2,求:
(1)爆炸瞬间反向抛出的那一块的水平速度v1的大小;
(2)继续做圆周运动的那一块通过最高点时的细线的拉力T的大小.
(3)火药爆炸释放的能量E.
正确答案
(1)设爆竹的总质量为2m,刚好到达B时的速度为v,爆炸后抛出的那一块的水平速度为v1,做圆周运动的那一块的水平速度为v2,则对做平抛运动的那一块有:
H-L=gt2,s=v1t,带入数据,得:v1=5m/s
(2)爆竹从D点运动到B点的过程中机械能守恒,所以有2mgL=×2mv2,
爆竹爆炸前后动量守恒,所以有2mv=mv2-mv1,解得:v2=11m/s
设做圆周运动的那块通过最高点时的速度为vc,由机械能守恒定律可得:mv22=
mvc2+2mgL;
设最高点时线对爆竹的拉力为T,则由牛顿第二定律可得:T+mg=m
联立以上各式,解得:T=9.85N
(3)火药爆炸释放的能量为:E=mv12+
mv22-2mgL=2.88J
答:(1)爆炸瞬间反向抛出的那一块的水平速度v1的大小为5m/s;
(2)继续做圆周运动的那一块通过最高点时的细线的拉力T的大小9.85N.
(3)火药爆炸释放的能量E为2.88J.
如图所示,质量m=20kg的物体以水平速度v0=5m/s滑上静止在水平地面的平板小车的左端。小车质量M=80kg,物体在小车上滑行一段距离后相对于小车静止。已知物体与平板间的动摩擦因数μ=0.8,小车与地面间的摩擦可忽略不计,g取10m/s2,求:
(1)物体相对小车静止时,小车的速度大小;
(2)整个过程中系统产生的热量;
(3)小车在地面上滑行的距离。
正确答案
(1)1m/s(2)200J(3)0.25m
试题分析:(1)将物体与小车看作一个系统,小车与地面间的摩擦可忽略不计,所以系统动量守恒。相对于小车静止即小车与物体速度相同,即,所以此刻速度为1m/s
(2)
(3)根据,
则x=0.25m
点评:本题考查了利用动量守恒定律计算物体的共同速度,并通过能量守恒定律计算损失的能量。
用长l=1.6m的轻绳悬挂一质量为M=1.0kg的木块(可视为质点)。一颗质量m=10g的子弹以水平速度v0=500m/s沿水平方向射穿木块,射穿后的速度v=100m/s,子弹与木块的作用时间极短,如图所示。g=10m/s2。求:
(1)在子弹打击木块的过程中系统(子弹与木块)产生的内能Q。
(2)打击后,木块上摆的最大高度H。
(3)子弹射穿木块后的瞬间,木块所受绳的拉力T。
正确答案
(1) ①
②
(2) ③
④
(3) ⑤
略
如图所示,BC是半径为R的1/4圆弧形光滑绝缘轨道,轨道位于竖直平面内,
其下端与水平绝缘轨道平滑连接,接个轨道处在水平向左的匀强电场中,电场强度为E。现有一质量为m的带电小滑块甲(体积很小可视为质点),在BC轨道的D点释放后静止不动。
已知OD与竖直方向的夹角为=37°,随后把它从C点由静止释放,滑到水平轨道上的A点时速度减为零。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.25,且tan37°=0.75。求:
(1) 滑块甲的带电量q1和电性;
(2) 滑块下滑通过B点时的速度大小vB;
(3) 水平轨道上A、B两点之间的距离L:
(4) 现在B处放置一个质量与甲相同的带电滑块乙:然后还让甲从C点由静止释放,在B点与刚由静止释放的乙发生碰撞,碰后粘合在一起沿水平轨道上做匀速运动。忽略甲、乙之间的静电力作用,求碰后的共两速度v和碰前乙滑块的带电量q2及电性。
正确答案
(1) 静止在D处时甲的受力如图,可知甲应带正电,并且有:
——————————(2分)
(带正电) ————(2分)
(2) 小滑块从C到B的过程中,只有重力和电场力对其做功,设滑块通过B点时的速度为
vB,根据动能定理有:
————————(2分)
解得: ————————(2分)
(3) 甲从C经直到A的过程中,重力做正功,电场力和摩擦力做负功。则由动能定理有:
一一-一一一一-一一-(2分)
解得: —一-——————(2分)
(4) 碰撞中,甲、乙系统动量守恒: mvB="2m " 一一(2分)
————————(1分)
由于碰后能做匀速运动,说明电场力方向向右,可知碰后的整体带负电,即知碰前
乙应该带负电。 ——————————————(1分)
碰后的整体受力平衡; 一一一(2分)
————————(2分)
略
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