- 动量守恒定律
- 共6204题
在铁路货运编组站内,将同一铁轨上的车厢A和车厢B联结在一起.车厢A原来静止在铁轨上,车厢B以速度v0向着车厢A运动,两节车厢接触后连在一起.已知车厢A的质量m,车厢B质量3m.求
(1)两节车厢联结以后的共同速度;
(2)联结过程中有多少机械能的损失.
正确答案
(1)在联结过程中,两节车厢的总动量守恒,根据动量守恒定律
mBv0=(mA+mB)v
得出两节车厢联结以后的共同速度为:v=
3m
4m
v0=
3
4
v0
(2)连接过程中,系统机械能的损失为
△E=×3mv02-
(m+3m)v2
将两节车厢联结以后的共同速度v代入,得
△E=mv02
答:(1)两节车厢联结以后的共同速度为
3
4
v0;
(2)联结过程中机械能的损失为mv02.
如图所示,在光滑的水平面上有一长为L的木板B,上表面粗糙,在其左端有一光滑的圆弧槽C,与长木板接触但不相连,圆弧槽的下端与木板上表面相平,B、C静止在水平面上.现有滑块A以初速V0从右端滑上B,并以
V0滑离B,恰好能到达C的最高点.A、B、C的质量均为m,试求:
(1)木板B上表面的动摩擦因素μ;
(2)圆弧槽C的半径R;
(3)当A滑离C时,C的速度.
正确答案
(1)当A在B上滑动时,A与BC整体发生作用,规定向左为正方向,由于水平面光滑,A与BC组成的系统动量守恒,有:
mv0=m×v0+2mv1
得:v1=v0
由能量守恒得知系统动能的减小量等于滑动过程中产生的内能,有:
Q=μmgL=m
-
m(
v0
2
)2-×2m×(
v0
4
)2
得:μ=
(2)当A滑上C,B与C分离,A与C发生作用,设到达最高点时速度相等为V2,规定向左为正方向,由于水平面光滑,A与C组成的系统动量守恒,有:
m×v0+mv1=(m+m)V2,
得:V2=
A与C组成的系统机械能守恒,有:
m(
v0
2
)2+m×(
v0
4
)2=×(2m)
+mgR
得:R=
(3)当A滑下C时,设A的速度为VA,C的速度为VC,规定向左为正方向,A与C组成的系统动量守恒,有:
m×v0+mv1=mvA+mvC
A与C组成的系统动能守恒,有:
m(
v0
2
)2+m×(
v0
4
)2=m
+
m
解得:VC=.
答:(1)木板B上表面的动摩擦因素为;
(2)圆弧槽C的半径为
;
(3)当A滑离C时,C的速度是.
如图所示,在光滑的水平面上,停着质量为M、长为L的小车,一个质量为m的滑块从车内底板的正中央获得大小为v0的速度后向车壁运动,若滑块与车底板之间的动摩擦因数为μ,滑块与车壁之间的碰撞没有能量损失,求滑块与车壁的碰撞次数.
正确答案
以滑块与车壁组成的系统为研究对象,设滑块与车相对时共同速度为v,则由动量守恒定律得
mv0=(M+m)v
得到v=
设滑块相对于车滑动的总路程为s,则由能量守恒定律得
μmgs=mv02-
(M+m)v2
得到s=
滑块与车壁的碰撞次数为n=1+
代入解得n=+
答:滑块与车壁的碰撞次数n=+
.
如图所示,匀强电场中沿电场线方向上依次有A、B、C三点,AB=BC=1.4m,质量m=0.02kg的带电小球甲以v0=20m/s的速度从A点向C点运动,经过B点时速度为3v0/4,若在BC之间放一质量也为m的不带电的小球乙,甲和乙碰撞后结为一体,运动到C点时速度恰好为0.若小球所受重力远小于电场力而可以忽略,小球在运动中只受电场力作用.求:
(1)碰撞中的机械能损失△E;
(2)碰撞前甲的即时速度v;
(3)碰撞后运动的距离s.
正确答案
(1)甲球从A到B,由动能定理得:-qE•=
m(
)2-
m
;
从A到碰前过程:-qE•(2-s)=
mv2-
m
;
联立上两式得:v=10m/s
(2)碰撞过程,根据动量守恒得:mv=2mv1;
则得v1=0.5v=5m/s
碰撞过程中机械能的损失:△E=mv2-
×2m
代入解得,:△E=0.5J;
(3)对于碰后运动过程,由动能定理得:-qE•s=0-m
;
代入解得 s=0.4m.
答:
(1)碰撞中的机械能损失为0.5J;
(2)碰撞前甲的即时速度为10m/s;
(3)碰撞后运动的距离为0.4m.
平板小车静止在光滑的水平面上,其质量为M ,一质量为m的小物块以水平初速v0沿小车表面向右滑去,如图所示。由于小物块与平板小车表面间存在着摩擦,使小物块最终相对于平板小车静止。求:
(1)最终平板小车的速度是多大?
(2)小物块的动量减小了多少?
正确答案
(1)mv0/(M+m)(2)v0- mv0/(M+m)
本题考查动量守恒定律
(1)因为平板小车静止在光滑的水平面上,所以由组成的系统在水平方向上动量守恒。
设小物块最终相对于平板小车静止时小车的速度为,则有
,解得
.
即最终平板小车的速度是
(2)小物块的初动量为,小物块最终相对于平板小车静止时动量为
,所以小物块动量的减少量为
即物块动量的减少量为.
如图32-9所示,一根很长的光滑水平轨道,它的一端接一光滑的圆弧形轨道,在水平轨道的上方有一足够长的光滑绝缘杆MN,杆上挂一铝环P,在弧形轨道上距水平轨道h处,无初速释放一磁铁A,A下滑至水平轨道时恰好沿P环的中心轴线运动,设A的质量为m,P的质量为M,求金属环P获得的最大速度和电热.
正确答案
;
磁铁从光滑圆弧形轨道下滑过程中重力势能转化为动能从而使磁铁具有速度,在穿过铝环时,铝环中产生感应电流,磁铁和铝环之间的磁场力使铝环加速、磁铁减速,二者速度相等时磁场力消失,铝环获得最大速度,这一过程由磁铁和铝环组成的系统在水平方向动量守恒,损失的机械能转化为电热.
对磁铁A:mgh=mv12 ①
对磁铁和铝环组成的系统:mv1=(M+m)v2 ②
Q= mv12-
(M+m)v22 ③
联立①②③解得:
v2=,Q=
如图所示,水平光滑地面上放一质量M=3kg的小车,左侧靠在竖直墙上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,最低点B与粗糙的水平轨道BC相切.质量m=lkg的小滑块从A点正上方距BC竖直高度h=1.8m处无初速下落,滑过圆弧轨道后沿水平方向在小车上滑动.当小车与滑块达到共同速度后,小车与右侧的竖直墙壁发生碰撞,小车立即原速率反弹,之后滑块从小车上掉下做自由落体运动,已知滑块与BC间的动摩擦因数μ=0.3,g=10m/S2,不计空气阻力,求:
(1)滑块到达小车上B点时的速度大小;
(2)滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间;
(3)BC的长度.
正确答案
解(1)设物块到达B点的速度为vB,有:mgh=m
解得:v1==
m/s=6m/s
(2)以物块及小车系统为研究对象,向右的方向为正方向,根据动量守恒得:mv1=(M+m)v2
解得:v2==
m/s=1.5m/s
设滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间t,则:-μmg•t=mv2-mv1
t==
s=1.5s
(3)当小车与滑块达到共同速度时,滑块的位移:x1=•t=
×1.5m=5.625m
小车的位移:x2=•t=
×1.5m=1.125m
小车与右侧的竖直墙壁发生碰撞,小车立即原速率反弹,滑块则在小车上向右做减速运动,由于滑块从小车上掉下做自由落体运动,所以滑块的末速度是0,
该过程中小车与滑块组成的系统动量守恒,设小车的末速度是v 3,向右的方向为正方向,得:
-Mv2+mv2=Mv3+m×0
得:v3==
m/s=-1m/s
该过程对应的时间:-μmgt′=0-mv2
得:t′==
s=0.5s
该时间内,滑块的位移:x3=×t′=
×0.5m=0.375m
小车的位移:x4=•t′=
×0.5m=-0.625m
整个的过程中小车与滑块的相对位移:△x=x1-x2+x3-x4=5.625-1.125+0.375-(-0.625)=5.5m
整个的过程中小车与滑块的相对位移即小车的BC段的长度.
答:(1)滑块到达小车上B点时的速度大小是6m/s;
(2)滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间是1.5s;
(3)BC的长度是5.5m.
如图所示,光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连,水平轨道上方有足够长的光滑绝缘体MN,上挂一光滑铝环A,在弧形轨道上高为h的地方无初速释放磁铁B(可视为质点),B下滑至水平轨道时恰沿A的中心轴线运动,设A、B的质量分别为MA、MB,求A获得最大速度和全过程中产生的电能.(忽略B沿弧形轨道下滑时环A产生的感应电流)
正确答案
当B和A的速度相等时,A的速度最大,B下滑机械能守恒:
MBgh=MBVB2
AB系统动量守恒:
MBVB=(MA+MB)VAB
系统减少的机械能 转化为电能:
△E=MBgh-(MA+MB)VAB2
解得:
VAB=
△E=gh
答:A的最大速度是得;全程中产生的电能是
gh.
载人气球原静止于高h的高空,气球质量为M,人的质量为m,若人沿绳梯滑至地面,则绳梯至少为多长?
正确答案
设人沿绳梯滑至地面,绳梯长度至少为L.以人和气球的系统为研究对
象,竖直方向动量守恒,规定竖直向下为正方向可得:
0=Mv2+mv1①
人沿绳梯滑至地面时,气球上升的高度为L-h,速度大小v2=,②
人相对于地面下降的高度为h,速度大小为v1=③
将②③代入①得
0=M(-)+m•
解得L=h
答:若人沿绳梯滑至地面,绳梯长度至少为L=h.
列车沿水平轨道匀速前进,列车的总质量为M,在车尾,有一节质量为m的车厢脱钩,当列车司机发现时,列车已行驶了离脱钩的时间t,司机立即关闭发动机,如果列车所受到的阻力与其重力成正比,且关闭发动机前,机车的牵引力恒定,求当列车两部分都停止运动时,机车比末节车厢多运动了多长时间?
正确答案
列车匀速运动,机车牵引力F=kMg,对列车脱钩后的两部分应用动量定理kMg t-k(M-m)g(tm+Δt)=0-(M-m)υ,-kmgtm=0-mυ,两式相比化简得 解得
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