- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,已知光滑水平面上有质量为M的长板正以速度v0向右运动,某时刻,质量为m的木块以与M等大的速度v0从长板右端进入长板上面向左运动,m<M.已知木块没有滑离长板且最后木块和长板相对静止,求从木块滑上长板到木块与长板相对静止的过程中,木块和长板相对水平面的位移大小之比为多少?
正确答案
=
试题分析:由于M>m,Mv0>mv0,所以,最终M和m以相同的速度向右运动.即m先向左做匀减速运动,速度减到零后再向右做匀加速运动,直到和长板达到共同速度,长板一直向右做匀减速运动,直到和木块达到共同速度,之后它们一起做匀速运动.所以,木块的最小速度为零,长板的最小速度为它们一起匀速运动的速度v,由动量守恒定律得
Mv0-mv0=(M+m)v,解得v=v0;
在它们相对运动的过程中,木块位移的大小为
长板位移大小为
它们相对水平面的位移之比为=
点评:本题考察了系统动量守恒的计算,本题需要借助动量守恒定律的推论求解。
(1)(5分)2011年3月日本发生9级大地震,并引发海啸.位于日本东部沿海的福岛核电站部分机组发生爆炸,在日本核电站周围检测到的放射性物质碘131.在核泄漏中,碘的放射性同位素碘131(半衰期为8.3天)是最为危险的,它可以在最短的时间内让人体细胞癌化,尤其是针对甲状腺细胞,甲状吸收后造成损伤.下列有关说法中正确的是
(2)(10分)如图所示,已知水平面上的P点右侧光滑,左侧与滑块m1间的动摩擦因数为μ.质量分别为m1和m2的两个滑块在水平面上P点的右侧分别以速度v1、v2向右运动,由于v1> v2而发生碰撞(碰撞前后两滑块的速度均在一条直线上).二者碰后m1继续向右运动,m2被右侧的墙以原速率弹回,再次与m1相碰,碰后m2恰好停止,而m1最终停在Q点.测得PQ间的距离为l.求第一次碰后滑块m1的速率.
正确答案
(1)D
(2)设第一次碰后m1滑块的速度大小为,m2滑块的速度大小为
,设向右为正方向,根据动量守恒定律有:
(3分)
第二次碰撞 (3分)
m1过P点向左运动过程中,由动能定理得:-μm1gl=0- (2分)
解得: v1’=
分析:(1)在日本核电站周围检测到的放射性物质碘131,在出事故前,正常运行的福岛核电站中使用的主要核燃料不是碘131.原子核的衰变是随机的,有100个碘131原子核,8.3天后不一定只剩下50个碘131原子核.碘131发生β衰变时所释放出的电子是核内质子转化而成的.利用碘131的射线,可以做示踪原子;给人注射微量碘131,然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度,有助于诊断甲状腺的疾病.
(2)碰撞过程中两物体所受的合外力为零,动量守恒,由动量守恒定律列式得到两次次碰撞后两物体的速度与碰撞前速度的关系,过P点向左运动过程中,摩擦力做功,动能减小,根据动能定理得到第二次碰撞后
滑块的速度与l的关系式,联立可求得第一次碰后滑块
的速率.
解析::(1)在日本核电站周围检测到的放射性物质碘131,由于衰变可知,在出事故前,正常运行的福岛核电站中使用的主要核燃料不是碘131.故A错误; 原子核的衰变是随机的,有100个碘131原子核,8.3天后不一定只剩下50个碘131原子核,可能这些原子核全部衰变,一个不剩,也可能一个都没有衰变.故B错误;碘131发生β衰变时,所释放出的电子是核内质子转化来的.故C错误;利用碘131的射线,可以做示踪原子,给人注射微量碘131,由于射线的穿透本领较强,用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度,有助于诊断甲状腺的疾病.故D正确.
故选D
(2)设第一次碰后滑块的速度大小为
,
滑块的速度大小为
,设向右为正方向,根据动量守恒定律有:
第二次碰撞
过P点向左运动过程中,由动能定理得:
解得:
答案:(1)D;
(2)第一次碰后滑块的速率是
如图所示,由于街道上的圆形污水井盖破损,临时更换了一个稍大于井口的红色圆形平板塑料盖.为了测试因塑料盖意外移动致使盖上的物块滑落入污水井中的可能性,有人先后分别做了下面的实验。
甲实验:将一个可视为质点、质量为m的硬橡胶块置于塑料盖的圆心处,给塑料盖一个沿径向的瞬间水平冲量,使之获得一个水平向右的初速度.实验结果是硬橡胶块恰好与塑料盖分离。
乙实验:完成甲实验后,将塑料盖放回原处,仍将该硬橡胶块置于塑料盖的圆心处,然后用一水平向右的恒定拉力拉动塑料盖。
设硬橡胶块与塑料盖间的动摩擦因数为μ,塑料盖的质量为M、半径为R,假设塑料盖与地面之间的摩擦可忽略,井口的半径也约为R,且不计塑料盖的厚度.
(1)甲实验中,根据实验结果求:①塑料盖的初速度大小为多少?
②硬橡胶块经过多少时间脱离塑料盖?
③通过计算说明硬橡胶块是落入井内还是落在地面上?
(2)在乙实验中,拉力F在什么范围内,才可以使硬橡胶块落入井内?
正确答案
(1)① ②
③x<R,故硬橡胶块将落人污水井内 (2)
解:(1)①设塑料盖的初速度为v0,硬橡胶块与塑料盖恰好分离时,两者的共同速度为v,由系统动量守恒定律得:Mv0=(m+M)v
由系统能量关系可得:
解得 v0 =
②对硬橡胶块用动量定理:μmgt=mv
③设硬橡胶块与塑料盖恰好分离时,硬橡胶块移动的位移为x,
取硬橡胶块分析,应用动能定理得:μmgx =mv2
可得: 所以x<R,故硬橡胶块将落人污水井内
(2)能落入井内说明二者必然有相对滑动,其间的摩擦力为滑动摩擦力,所以:
塑料盖的加速度,橡胶块的加速度
设橡胶块经t1时间脱离塑料盖,则由位移关系得:
又要求橡胶块落入井内,必有
解得:
在光滑水平面上静止放置一长木板B,B的质量为M=2kg,B右端离竖直墙5m,
现有一小物体A,其质量为m=1kg,以v0=6m/s的速度从B的左端水平滑上B,如图所示,A与B间的动摩擦因数,在运动过程中只是B与墙壁碰撞,碰撞时间极短,且碰撞时无能量损失,取g=10m/s2,求:要使A最终不脱离B,木板B的最短长度是多少?
正确答案
试题分析:
若达到共同速度(M+m)V共=mVo ∴V共=(m/s)
∵2aBS>V ∴碰前已达共同速度
在碰后返回的过程中 (M+m)V
∵碰中无能量损失
∴ZW=△Ek
点评:解决本题的关键是A与B组成的系统在碰撞过程中满足动量守恒,B在运动过程中遵循牛顿第二定律,A在B上滑动时,A相对于B滑动的位移为相对位移,摩擦力在相对位移上做的功等于系统机械能的损耗.
一个物体静置于光滑水平面上,外面扣一质量为M的盒子,如图1所示.现给盒子一初速度v0,此后,盒子运动的v-t图象呈周期性变化,如图2所示.请据此求盒内物体的质量.
正确答案
M
设物体的质量为m,时刻受盒子碰撞获得速度
,根据动量守恒定律
①
3时刻物体与盒子右壁碰撞,使盒子速度又变为
,说明碰撞是弹性碰撞
②
联立①②解得m=M ③
(也可通过图像分析得出,结合动量守恒,得出正确结果)
如图所示,质量M=4kg的小车静止于光滑水平面上,并靠近固定在水平面上的桌子右边,其上表面与光滑的水平桌面相平,桌面边缘放有一质量为m2=2kg的小滑块Q.水平轻弹簧左端固定,质量m1=0.5kg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),推力做功为WF=16J,撤去推力后,P沿桌面运动并与Q发生碰撞,碰后P向左运动至A、B的中点时速度恰好为零,而Q最终停在小车上.已知同一轻弹簧具有的弹性势能与其形变量的平方成正比,Q与小车表面间动摩擦因数μ=0.3,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)P与Q碰撞前的速度大小v0和P与Q碰撞过程中系统损失的机械能△E
(2)小车的长度L至少为多少.
正确答案
(1)压缩弹簧具有弹性势能:EP=WF=16J,
当弹簧完全推开物块P时有:EP=mv02,
解得:v0==
=8m/s,
设P、Q发生碰撞后的速度大小分别为v1、v2,
则由题设有:m1v12=
EP,
代入数据解得:v1=4m/s;
P与Q碰撞过程动量守恒,以P的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m1v0=-m1v1+m2v2,
代入数据解得:v2=3m/s,
所以P与Q碰撞过程中系统损失的机械能:
△E=m1v02-
m1v12-
m2v22,
代入数据解得:△E=3J;
(2)设小滑块Q最终停在小车上,它们一起运动的速度为v,以Q的速度初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m2v2=(M+m2)v,
代入数据解得:v==
=1m/s,
由能量守恒定律得:μm2gd=m2v22-
(M+m2)v2,
解得:d==
=1m,
所以小车的长度至少为L=1m;
答:(1)P与Q碰撞前的速度大小v0和P与Q碰撞过程中系统损失的机械能为3J.
(2)小车的长度L至少为1m.
在一只静止的小船上练习射击,船、人连同枪(不包括子弹)及靶的总质量为M,枪内装有n颗子弹,每颗质量为m,枪口到靶的距离为l,子弹射出枪口时相对于地面的速度为v,在发射后一颗子弹时,前一颗子弹已陷入靶中,则在发射完n颗子弹后,小船后退的距离为多少?
正确答案
【错解分析】错解: 设第一颗子弹射出后船的后退速度为v′,后退距离为S1,子弹从枪口到靶所用的时间为:
对这颗子弹和其他物体构成的系统列动量守恒方程:
mv = [M+(n-1)m]v′ ②
在时间t内船的后退距离
s1= v′t ③
子弹全部射出后船的后退距离
s = ns1④
联立①②③④解得:
【正确解答】 设子弹射出后船的后退速度为v′,后退距离为s1=v′t,如图5-5所示,由几何关系可知
l= d+s1即l=v·t + v′t ⑤
联立②③④⑤解得:
【小结】 对本题物理过程分析的关键,是要弄清子弹射向靶的过程中,子弹与船运动的关系,而这一关系如果能用图5-5所示的几何图形加以描述,则很容易找出子弹与船间的相对运动关系。可见利用运动的过程草图,帮助我们分析类似较为复杂的运动关系问题,是大有益处的。
质量均为m的两个完全相同的弹性小球A、B放在光滑水平面上,A球以初速v0与静止的小球B发生正碰,碰撞时间为t,则撞击结束后两球速度分别是vA=______,vB=______;撞击过程中A球受到的平均冲击力大小为______.
正确答案
两球碰撞过程中,系统所受合外力为零,系统动量守恒,由动量守恒定律得:
mv0=mvA+mvB…①
碰撞为完全弹性碰撞,系统机械能守恒,由机械能守恒定律可得:
mv02=
mvA2+
mvB2…②
联立①②解得:vA=0,vB=v0,
设A球受到的平均冲击力为F,对A球,由动量定理得:mvA-mv0=Ft,
解得:F=-
则平均冲击力大小为,负号表示;力的方向与A求初速度方向相反;
故答案为:0,v0,.
[物理一选修3-5](15分)
(1)(6分)下列说法正确的是 。
E.实物粒子也具有波动性,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波
(2)(9分)如图所示,一水平面上P点左侧光滑,右侧粗糙,质量为m的劈A在水平面上静止,上表面光滑,A轨道右端与水平面平滑连接,质量为M的物块B恰好放在水平面上P点,物块B与水平面的动摩擦因数为μ=0.2。一质量为m的小球C位于劈A的斜面上,距水平面的高度为h=0.9m。小球C从静止开始滑下,然后与B发生正碰(碰撞时间极短,且无机械能损失)。已知M="2" m,g=10m/s2,求:
(1)小球C与劈A分离时,C的速度大小
(2)小球C与物块B碰后的速度和物块B的运动时间?
正确答案
(1)BDE (2)(1)3m/s -1m/s 1s
试题分析:(1)光谱还有可能是线状的,A错误,光电子的最大初动能与入射光子的频率有关,B正确,根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子核式模型,D正确,实物粒子也具有波动性,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波,E正确,
(1)3m/s 水平方向动量守恒1分,能量关系1分,结果1分,共3分
(2)小球C与B发生正碰后速度分别为,规定向右为正方向,由动量守恒得
(1分)
机械能不损失 (1分)
代入 得
=2m/s(1分)
=-1m/s(负号说明小球C最后向左运动) (1分)
物块B减速至停止运动时间设为t,由动量定理
(1分)
得="1s" (1分)
点评:在研究小球碰撞的时候,一定要分清楚小球初末状态速度方向的问题,在涉及两个方向上的运动时,需要根据实际规定正方向
如图14-1-7所示,A、B两个木块质量分别为2 kg与0.9 kg,
A、B与水平地面间接触光滑,上表面粗糙,质量为0.1 kg的铁
块以10 m/s的速度从A的左端向右滑动,最后铁块与B的共同
速度大小为0.5 m/s,求:
(1)A的最终速度;
(2)铁块刚滑上B时的速度.
正确答案
(1)0.25 m/s (2)2.75 m/s
(1)选铁块和木块A、B为一系统,由系统总动量守恒得:mv=(MB+m)vB+MAvA
可求得:vA=0.25 m/s.
(2)设铁块刚滑上B时的速度为u,此时A、B的速度均为vA=0.25 m/s.
由系统动量守恒得:mv=mu+(MA+MB)vA
可求得:u=2.75 m/s.
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