- 动量守恒定律
- 共6204题
质量为10g、速度为300m/s的子弹,打进质量为24g、静止在光滑水平面上的木块中,并留在木块里,子弹进入木块后,木块运动的速度多大?
正确答案
88.2m/s
试题分析:设子弹速度为V0,木块速度为V,子弹和木块组成的系统机械能守恒,由动量守恒定律得
m V0=(m+M)V
V=88.2m/s
点评:在计算核反应时,需要先写出反应方程,然后根据爱因斯坦质能方程求解
如右图所示,电容器固定在一个绝缘座上,绝缘座放在光滑水平面上.平行板电容器板间距离为d,电容为C.右极板有一个小孔,通过小孔有一长为d的绝缘杆,左端固定在左极板上,电容器极板连同底座、绝缘杆总质量为M.给电容器充入电荷量Q后,有一质量为m、带电荷量+q的环套在杆上以某一初速度v0对准小孔向左运动(M=3m).设带电环不影响电容器板间电场的分布,电容器外部电场忽略不计,带电环进入电容器后距左板最小距离为
d.试求:
(1)带电环与左极板间相距最近时的速度;
(2)若取左板电势为零,当环距左板最近时环的电势能;
(3)带电环受绝缘杆的摩擦力.
正确答案
(1)v0 (2)-
(3)
(1)当带电环距左板最近时,环和电容器等达到共同速度v.
由动量守恒定律得mv0=(M+m)v
v=v0=
v0.
(2)环在距左板最近时的电势能E=-q=-
.
(3)设从开始到环距左板最近的过程中,电容器移动的距离为s
由动能定理得
〔或-F电-Fμd=(M+m)v2-
mv02直接得,其中F电=qE=
〕
解之得Fμ=.
如图所示,气球质量为100kg,下连一质量不计的长绳,质量为50kg的人抓住绳子与气球一起静止在20m高处,若此人要沿着绳子安全下滑着地,求绳子至少有______m长.
正确答案
设人的速度v1,气球的速度v2,规定向下为正方向,根据人和气球动量守恒得:
则m1v1-m2v2=0
由于人和气球时间相同,设人运动的位移大小是s1,气球运动的位移大小是s2,
所以m1s1=m2s2
人抓住绳子与气球一起静止在20m高处,
此人要沿着绳子安全下滑着地,人要下滑20m,即s1=20m
气球上升s2=×20=10m,
所以气球和人运动的路程之和为30m,即绳子至少有30m长.
故答案为:30.
如图,质量为M=3kg的木板放在光滑水平面上,质量为m=kg的物块在木板上,它们之间有摩擦,木板足够长,两者都以v=4m/s的初速度向相反方向运动,当木板的速度为v1=2.4m/s时,物块的速度是______m/s,木板和物块最终的共同速度为______m/s.
正确答案
以水平向右为正方向,根据动量守恒列方程有:
Mv-mv=mv1+Mv2,带入数据解得:v2=0.8m/s
设系统最终共同速度为v′,则根据动量守恒有:
Mv-mv=(M+m)v′,解得:v′=2m/s.
故答案为:0.8,2.
两只小船相向航行,航线临近.在两船首尾相齐时,由每只船上各自向对方放置一质量为m="50" kg 的麻袋,结果载重较小的船停了下来,另一只船则以v="8.5" m/s的速度沿原方向航行.设两只船及船上载重量分别为m1="500" kg,m2="1" 000 kg.问交换麻袋前各船的速率为多大?(水的阻力不计)
正确答案
1 m/s 9 m/s
每只船向对方放置麻袋过程中不会影响本船的速度,船速之所以发生变化,是接收了对方的麻袋后并与之发生相互作用的结果.
若选抛出麻袋后的此船与彼船扔来的麻袋所组成的系统为研究对象,在水的阻力不计的情况下,系统动量守恒.分别以各船原航行方向为正方向,则
对轻船系统有(m1-m)v1-mv2="0 " ①
即(500-50)v1-50v2=0
对重船系统有(m2-m)v2-mv1=(m2-m+m)v ②
即(1 000-50)v2-50v1="1" 000×8.5
解之可得:v1="1" m/s,v2="9" m/s.
用质量为M的铁锤沿水平方向将质量为m、长为l的铁钉敲入木板,铁锤每次以相同的速度v0击钉,随即与钉一起运动并使钉进入木板一定距离,在每次受击进入木板的过程中,钉所受的平均阻力为前一次受击进入木板过程所受平均阻力的k倍(k>1).
(1)若敲过三次后钉恰好全部进入木板,求第一次进入木板过程中钉所受到的平均阻力;
(2)若第一次敲击使钉进入木板深度为l1,问至少敲击多少次才能使钉全部进入木板?并就你的解答讨论要将钉全部敲入木板,l1必须满足的条件.
正确答案
(1)
(2)n=,n为非整数,其取整加1;若恰为整数,则不加1.l1>(1-
)l
(1)铁锤每次击钉的短暂过程动量守恒,则有Mv0="(M+m)v " ①
其一起运动的初动能
Ek=(M+m)v2=
·
②
设第一次进入木板过程中钉所受阻力为F,则第二次、第三次的阻力依次为kF、k2F,三次敲击后进入木板的深度依次为l1、l2和l3.根据动能定理,有Ek=Fl1=kFl2=k2Fl3 ③
l2=l1,l3=
l1
l1+l2+l3="l " ④
F==
·
·(1+
+
)=
. ⑤
(2)设敲n次,钉全部进入木板,同理可得Ek=Fl1=kFl2=…=kn-1Fln
l1(1++
+…+
)="l " ⑥
=1+
+
+…+
=
⑦
n= ⑧
若上式右边不是整数,n应为其取整加1;若恰为整数,则不加1.
⑦式右边随n增大而增大,但总是小于,因而当l1太小时,无论多大的n也不能使⑦式成立,故要使钉能全部钉入木板,应有
<
,即l1>(1-
)l. ⑨
在光滑的水平面上,质量为m1的小球甲以速率v0向右运动。在小球甲的前方A点处有一质量为m2的小球乙处于静止状态,如图所示。甲与乙发生正碰后均向右运动。乙被墙壁C弹回后与甲在B点相遇,。已知小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞均无机械能损失,求甲、乙两球的质量之比
。
正确答案
两球发生弹性碰撞,设碰后甲、乙两球的速度分别为v1、v2,则
m1v0 = m1v1+ m2v2 2分
m1v02 = m1v12 +
m2v22 2分
从两球碰撞后到它们再次相遇,甲和乙的速度大小保持不变,由于BC=2AB,则甲和乙通过的路程之比为
v1:v2 =" 1:5 " 2分
联立解得
如图所示,质量为M=3kg、长度为L=1.2m的木板静止在光滑水平面上,其左端的壁上有自由长度为L0=0.6m的轻弹簧,右端放置一质量为m=1kg的小物块,小物块与木块间的动摩擦因数为μ=0.4,今对小物块施加一个水平向左的瞬时冲量I0=4N•s,小物块相对于木板向左运动而压缩弹簧使弹性势能增大为最大值Emax,接着小物块又相对于木板向右运动,最终恰好相对静止于木板的最右端,设弹簧未超出弹性限度,并取重力加速度为g=10m/s2.求:
(1)当弹簧弹性势能最大时小物块速度v;
(2)弹性势能的最大值Emax及小物块相对于木板向左运动的最大距离Lmax.
正确答案
(1)由动量定理得I0=mv0
弹簧弹性势能最大时物块与木板的速度相同,则由动量守恒定律得 mv0=(m+M)v
于是可解得:v=1m/s.
(2)由动量守恒定律和功能关系得
mv0=(m+M)u
物块相对于木板向左运动过程:mv
=
(m+M)v2+μmgLmax+Emax
物块相对于木板向右运动过程:mv
=
(m+M)u2+2μmgLmax
可解得:Emax=3J,Lmax=0.75m.
答:
(1)当弹簧弹性势能最大时小物块速度v是1m/s;
(2)弹性势能的最大值Emax为3J,小物块相对于木板向左运动的最大距离Lmax是0.75m.
(18分)图18(a)所示的装置中,小物块A、B质量均为m,水平面上PQ段长为l,与物块间的动摩擦因数为μ,其余段光滑。初始时,挡板上的轻质弹簧处于原长;长为r的连杆位于图中虚线位置;A紧靠滑杆(A、B间距大于2r)。随后,连杆以角速度ω匀速转动,带动滑杆作水平运动,滑杆的速度-时间图像如图18(b)所示。A在滑杆推动下运动,并在脱离滑杆后与静止的B发生完全非弹性碰撞。
(1)求A脱离滑杆时的速度uo,及A与B碰撞过程的机械能损失ΔE。
(2)如果AB不能与弹簧相碰,设AB从P点到运动停止所用的时间为t1,求ω得取值范围,及t1与ω的关系式。
(3)如果AB能与弹簧相碰,但不能返回道P点左侧,设每次压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为Ep,求ω的取值范围,及Ep与ω的关系式(弹簧始终在弹性限度内)。
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)由题知,A脱离滑杆时的速度uo=ωr
设A、B碰后的速度为v1,由动量守恒定律
m uo="2m" v1
A与B碰撞过程损失的机械能
解得
(2)AB不能与弹簧相碰,设AB在PQ上运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律及运动学规律
v1=at1
由题知
联立解得
(3)AB能与弹簧相碰
不能返回道P点左侧
解得
AB在的Q点速度为v2,AB碰后到达Q点过程,由动能定理
AB与弹簧接触到压缩最短过程,由能量守恒
解得。
(19分)如图所示,在光滑的水平面上固定有左、右两竖直挡板,挡板间距离足够长,有一质量为M,长为L的长木板靠在左侧挡板处,另有一质量为m的小物块(可视为质点),放置在长木板的左端,已知小物块与长木板间的动摩擦因数为,且M>m
,现使小物块和长木板以共同速度v0向右运动,设长木板与左一右挡板的碰撞中无机械能损失.重力加速度为g.
(1)将要发生第二次碰撞时,小物块与木板的共同速度多大?
(2)为使小物块最终不从长木板上落下,板长L应满足什么条件?
(3)若满足(2)中条件,且计算整个系统在刚要发生第四次碰撞前损失的机械能和此时物块距离木板最左端的长度.
正确答案
(1)
(2)
(3)149.79J;
(1)选M运动方向为正方向
…………2分
…………2分
(2)由运动过程分析可知,木板第一次撞墙后,小物块相对木板向左滑行的距离最大,若此时的相对位移为,则
…………2分
…………2分
(3)二次撞前:
三次撞前: …………1分
四次撞前: …………1分
…………2分
…………1分
二次撞前:相对于小车向左运动……1分
三次撞前:相对于小车向右运动……1分
四次撞前:相对于小车向左运动…………1分
由于物块相对于小车往复运动,故四次撞前距离小车最左端长度
…………2分
代入数据得…………1分
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