- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,质量M=0.6kg的平板小车静止在光滑水平面上.当t=0时,两个质量都是m=0.2kg的小物体A和B(A和B均可视为质点),分别从左端和右端以水平速度v1=5.0m/s和v2=2.0m/s冲上小车,当它们相对于车停止滑动时,没有相碰.已知A、B与车面的动摩擦因数都是0.20,g取10m/s2.求:
(1)A、B在车上都停止滑动时车的速度;
(2)车的长度至少是多少?
(3)在图中所给的坐标系中画出0至4.0s内小车运动的速度--时间图象.
正确答案
(1)设A、B相对于车停止滑动时,车的速度为v,根据动量守恒定律得:
m(v1-v2)=(M+2m)v,
解得,v=0.60m/s,方向向右.
(2)设A、B在车上相对于车滑动的距离分别为L1和L2,由功能关系得:
μmgL1+μmgL2=mv12+
mv22-
(M+2m)v2,
L1+L2=6.8m,故车长最小为6.8m.
(3)车的运动分以下三个阶段:
第一阶段:A、B同时在车上滑行时,滑块对车的摩擦力均为μmg,方向相反,车受力平衡而保持不动.当B的速度减为0时,此过程结束.设这段时间内滑块的加速度为a,根据牛顿第二定律:μmg=ma,a=μg,滑块B停止滑动的时间t==1.0s.
第二阶段:B停止运动后,A继续在车上滑动,设到时刻t2物体A与车有共同速度v,则t2==2.2s.
第三阶段:t2之后,车以速度v做匀速直线运动到t=4.0s为止.
小车运动的速度--时间图线如图所示.
答:(1)A、B在车上都停止滑动时车的速度为0.60m/s,方向向右.
(2)车的长度至少为6.8m.
(3)速度时间图线如图所示.
如图所示在光滑水平地面上,停着一辆玩具汽车,小车上的平台A是粗糙的,并靠在光滑的水平桌面旁,现有一质量为m的小物体C以速度v0沿水平桌面自左向右运动,滑过平台A后,恰能落在小车底面的前端B处,并粘合在一起,已知小车的质量为M,平台A离车底平面的高度OA=h,又OB=s,求:(1)物体C刚离开平台时,小车获得的速度;(2)物体与小车相互作用的过程中,系统损失的机械能.
正确答案
(1)物体C与小车组成的系统动量守恒,
由动量守恒得:mv0=mv1+Mv2,
物体C离开平台后做平抛运动,
在竖直方向上:h=gt2,
在水平方向上,物体C做匀速直线运动,
小车在水平方向上做匀速直线运动,两者位移差等于s,
由运动学公式得:s=(v1-v2)t,
由以上三式解得得:v2=.
(2)最后车与物体以共同的速度v向右运动,系统动量守恒,
由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,解得:v=,
∴由能量守恒定律得,系统损失的机械能△E=mv02+mgh-
(M+m)v2,
解得△E=mgh+.
答:(1)物体C刚离开平台时,小车获得的速度为:.
(2)物体与小车相互作用的过程中,系统损失的机械能为mgh+.
一轻质弹簧,两端连接两滑块A和B,已知mA=0.99kg,mB=3kg,放在光滑水平桌面上,开始时弹簧处于原长.现滑块A被水平飞来的质量为mC=10g,速度为400m/s的子弹击中,且没有穿出,如图所示,试求:
(1)子弹击中A的瞬间A和B的速度
(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能
(3)B可获得的最大动能.
正确答案
(1)子弹击中滑块A的过程,子弹与滑块A组成的系统动量守恒有:
mCv0=(mC+mA)vA vA=v0=4m/s
子弹与A作用过程时间极短,B没有参与,速度仍为零,故:vb=0.
故子弹击中A的瞬间A和B的速度分别为:vA=4m/s,vb=0.
(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统,A、B速度相等时弹性势能最大.
根据动量守恒定律和功能关系可得:
mCv0=(mC+mA+mB)v
由此解得:v=v0=1m/s
根据功能关系可得:
EP=(mC+mA)vA2-
(mC+mA+mB)v2=6 J
故弹簧的最大弹性势能为6J.
(3)设B动能最大时的速度为vB′,A的速度为vA′,则
(mC+mA)vA=(mC+mA)vA′+mBvB′
当弹簧恢复原长时,B的动能最大,根据功能关系有:
(mC+mA)
=
(mC+mA)
v′A
2+mB
v′B
2
解得:=
=2m/s
B获得的最大动能:
EKB=mB
v′B
2=6J.
故B可获得的最大动能为:EKB=6J.
[物理选修3-5模块]
(1)下列说法中正确的是______.
A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H
B.铀核裂变的核反应是:92235U→56141Ba+3692Kr+201n
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是:(m1+m2-m3)c2
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
(2)如图所示,质量M=0.040kg的靶盒A静止在光滑水平导轨上的O点,水平轻质弹簧一端栓在固定挡板P上
,另一端与靶盒A连接.Q处有一固定的发射器B,它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v0=50m/s,质量m=0.010kg的弹丸,当弹丸打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短.不计空气阻力.求弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为多少?
正确答案
(1)A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H,故A正确.
B.铀核裂变的核反应是:92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故B错误.
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,方程为:211H+201n→24He
释放的能量是:(2m1+2m2-m3)c2 ,故C错误.
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子,故D正确.
故选AD.
(2)(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得
mv0=(m+M)v
靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得
Ep=(m+M)v2
解得:Ep=v02
代入数值得 Ep=2.5J
故答案为:(1)AD.
(2)Ep=2.5J
质量为1kg的甲物体以5m/s的速度去撞击静止在水平桌面上质量为2kg的乙物体,碰撞后甲以1m/s的速度反向弹回,此时乙的速度大小为______m/s,碰撞过程中系统损失的机械能为______J.
正确答案
以甲的初速度方向为正方向,甲乙组成的系统动量守恒,
由动量守恒定律得:m甲v甲=m甲v甲′+m乙v乙,
即:1×5=1×(-1)+2×v乙,解得:v乙=3m/s;
由能量守恒定律得:碰撞过程中损失的机械能
△E=m甲v甲2-
m甲v甲′2-
m乙v乙2=3J;
故答案为:3,3.
在光滑水平面上,动能为E0、动量大小为P0的小钢球1与静止的小钢球2发生碰撞,碰撞前后球1的运动方向相反.碰撞后球1的动能和动量的大小分别为E1、P1,则E1______E0,P1______P0.(选填大于、小于或等于)
正确答案
小钢球1与静止的小钢球2发生碰撞,碰撞前后球1的运动方向相反,由机械能守恒定律可得,E0=E1+E2(E2为钢球2碰撞后的动能),所以E1<E0而在碰撞过程中,取原来的方向为正方向,则由动量守恒定律可得:P0=P2-(-P1)=P2+P1(P2为钢球2碰撞后的动量),所以P1<P0故答案为:小于;小于
①以下说法正确的是______
A.当氢原子从n=4的状态跃迁到n=2的状态时,发射出光子
B.光电效应和康普顿效应都揭示了光具有波动性
C.原子核的半衰期由核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关
D.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子越稳定
②一炮弹质量为m,以一定的倾角斜向上发射,到达最高点时速度为v,炮弹在最高点爆炸成两块,其中一块沿原轨道返回,质量为.求:
(1)另一块爆炸后瞬时的速度大小;
(2)爆炸过程系统增加的机械能.
正确答案
①A、氢原子从高能级跃迁到低能级,能量减小,能发射出光子,故A正确;
B、光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性,故B错误;
C、放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的,与原子所处的化学状态无关,故C正确;
D、比结合能越大,将核子分解需要的能量越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故D正确.
故选ACD
②(1)爆炸后沿原轨道返回,则该炸弹速度大小为v,方向与原方向相反
爆炸过程动量守恒,
mv=-v+
v1
解得v1=3v
(2)爆炸过程中重力势能没有改变,爆炸前系统总动能 Ek=mv2,
爆炸后系统总动能E′k=•v2+
•(3v)2=2.5mv2.
系统增加的机械能△E=E′k-Ek=2mv2.
答:①ACD
②(1)另一块爆炸后瞬时的速度大小v1=3v
(2)爆炸过程系统增加的机械能是2mv2.
如图所示在光滑水平地面上,停着一辆玩具汽车,小车上的平台A是粗糙的,并靠在光滑的水平桌面旁,现有一质量为m的小物体C以速度v0沿水平桌面自左向右运动,滑过平台A后,恰能落在小车底面的前端B处,并粘合在一起,已知小车的质量为M,平台A离车底平面的高度OA=h,又OB=s,求:(1)物体C刚离开平台时,小车获得的速度;(2)物体与小车相互作用的过程中,系统损失的机械能.
正确答案
(1)物体C与小车组成的系统动量守恒,
由动量守恒得:mv0=mv1+Mv2,
物体C离开平台后做平抛运动,
在竖直方向上:h=gt2,
在水平方向上,物体C做匀速直线运动,
小车在水平方向上做匀速直线运动,两者位移差等于s,
由运动学公式得:s=(v1-v2)t,
由以上三式解得得:v2=.
(2)最后车与物体以共同的速度v向右运动,系统动量守恒,
由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,解得:v=,
∴由能量守恒定律得,系统损失的机械能△E=mv02+mgh-
(M+m)v2,
解得△E=mgh+.
答:(1)物体C刚离开平台时,小车获得的速度为:.
(2)物体与小车相互作用的过程中,系统损失的机械能为mgh+.
(1)氢原子的能级图如图所示,处于n=3激发态的大量氢原子向基态跃迁时所放出的光子中,只有一种光子不能使某金属A产生光电效应,则下列说法正确的是______
A.不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到基态时放出的
B.不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到n=2激发态时放出的
C.若从n=4激发态跃迁到n=3激发态,所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应
D.金属A逸出功一定大于1.89eV
(2)我国北方遭受了严重的冰雪灾害,很多公路路面结冰,交通运输受到了很大影响.某校一学习小组为了研究路面状况与物体滑行距离之间的关系,做了模拟实验.他们用底部贴有轮胎材料的小物块A、B分别在水泥面上和冰面上做实验,A的质量是B的4倍.使B静止,A在距B为L处,以一定的速度滑向B.实验结果如下:在水泥面上做实验时,A恰好未撞到B;在冰面上做实验时,A撞到B后又共同滑行了一段距离,测得该距离为L.对于冰面的实验,请你与他们共同探讨以下二个问题:
①A碰撞B前后的速度之比;
②要使A与B不发生碰撞,A、B间的距离至少是多大?
正确答案
(1)A、B,根据玻尔理论和产生光电效应的条件,处于n=3激发态的大量氢原子向基态跃迁时所放出的光子中,频率最低的光子是由n=3激发态向n=2激发态跃迁时发出的光子,这种光子不能使金属A发生光电效应.故A错误,B正确.
C、从n=4激发态跃迁到n=3激发态,所放出的光子频率比从n=3激发态向n=2激发态跃迁时发出的光子频率更低,不能使金属A发生光电效应.故C正确.
D、从n=3激发态向n=2激发态跃迁时发出的光子的能量E=
(2)①设A物块碰撞B物块前后的速度分别为v1和v2,碰撞过程中动量守恒.则得
mAv1=(mA+mB)v2,得到v1:v2=5:4
②设A、B恰好不碰撞时,物块A的初速度为v0,A的质量为4m,轮胎与冰面的动摩擦因数为μ,A与B碰撞前,根据动能定理得
-μ•4mgL=4
-
4m
碰后两物块共同滑行过程,由动能定理得
-μ(4m+m)g•L=0-
(4m+m
将v1:v2=5:4代入,解得=3μgL
设在冰面上A物块距离B物块为L′时,AB不相碰
则有4μmgL′=4
解得:L′=1.5L
答:(1)BCD
(2)①A碰撞B前后的速度之比为5:4.
②要使A与B不发生碰撞,A、B间的距离至少为1.5L.
如图所示,光滑水平面上放有A、B、C三个物块,其质量分别为mA=2.0kg,mB=mC=1.0kg,用一轻弹簧固接A、B两物块,B、C只是靠在一起.现用力压缩弹簧使三物块靠近,此过程外力做功72J,然后释放,求:
(1)释放后物块B对物块C一共做了多少功?
(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为多大?
正确答案
(1)释放后,在弹簧恢复原长的过程中B和C和一起向左运动,当弹簧恢复原长后B和C的分离,所以此过程B对C做功.选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中动量守恒(取向右为正向):
mAvA-(mB+mC)vC=0①
系统能量守恒:mAvA2+
(mB+mC)vC2=W=72J ②
∴B对C做的功:W′=mCvC2 ③
联立①②③并代入数据得:W′=18J.
(2)B和C分离后,选取A、B为一个系统,当弹簧被压缩至最短时,弹簧的弹性势能最大,此时A、B具有共同速度v,取向右为正向由动量守恒:
mAvA-mBvB=(mB+mA)v (vB=vC) ④
弹簧的最大弹性势能:Ep=mAvA2+
mBvB2-
(mB+mA)v ⑤
联立①②④⑤并代入数据得:Ep=48J
答:(1)释放后物块B对物块C一共做了18J功.
(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为48J.
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