- 动量守恒定律
- 共6204题
一颗子弹水平射穿两块质量相等、并排放在光滑水平面上的静止木块A和B,子弹在两木块中穿越的时间分别是t和1.5t.木块对子弹的阻力恒为f.求:
(1)子弹对A、B的冲量大小之比;
(2)子弹穿出B后,A、B的速度大小之比.
正确答案
(1)子弹对A、B的冲量大小之比:
=
=
=
=
;
(2)设木块的质量为m,由动量定理得:
对A、B系统:ft=(m+m)vA,
对木块B:f×1.5t=mvB-mvA,
解得:vA:vB=1:4;
答:(1)子弹对A、B的冲量大小之比为2:3;
(2)子弹穿出B后,A、B的速度大小之比1:4.
水平轨道AB在B点处与半径R=300m的光滑弧形轨道BC相切,一个质量为0.99kg的木块静止在B处,现有一颗质量为10g的子弹以500m/s的水平速度从左边射入木块未穿出,如下图所示,已知木块与该水平轨道AB的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2.试求子弹射人木块后,木块需经过多长时间停止?(cos5°=0.996)
正确答案
根据动量守恒定律得,mv0=(M+m)v
解得v==
m/s=5m/s.
根据牛顿第二定律得,物体在水平面上的运动的加速度a=μg=5m/s2
则物体的水平面上的运动时间t2==
s=1s.
物体在BC弧上运动的时间t1=×T=
×2π
=3.14×
≈17.2s
则总时间t=t1+t2=18.2s.
答:物块需经过18.2s停止.
如图所示的水平地面,ab段粗糙,bc段光滑.可视为质点的物体A和B紧靠在一起,静止于b 处,已知A的质量为3m,B的质量为m.两物体在足够大的内力作用下突然沿水平方向左右分离,获得的总动能为E.B碰到c处的墙壁后等速率反弹,并追上已停在ab段的A.A、B与ab段的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g.求:
(1)分离瞬间A、B的速度大小;
(2)A从分离到第一次停止的时间;
(3)B第一次追上A时的速度大小.
正确答案
(1)物体A、B在内力作用下分离,设分离瞬间A速度大小为vA,B速度大小为vB,由A、B系统动量守恒定律有:
3mvA=mvB …①
又由题意可知:E=•3m
+
•m
…②
联立①②可得:vA=…③
vB=…④
(2)A、B分离后,A物体向左匀减速滑行,设滑行时间为tA,加速度大小为aA
对A应用牛顿第二定律:μ•3mg=3maA…⑤
得:a=μg
A匀减速到停止的时间:tA=…⑥
联立③⑤⑥解得:tA=…⑦
(3)A、B分离后,A物体向左匀减速滑行,设滑行距离为sA
对A应用动能定理:-μ•3mgsA=0-•3m
…⑧
设B物体碰墙反弹后追上已停下的A物体时速度大小为v,
对B应用动能定理:-μmgsB=mv2-
m
…⑨
又因为B追上A时在粗糙面上滑行距离:sB=sA…⑩
联立解得:v=
答:
(1)分离瞬间A、B的速度大小分别是vA=,vB=
;
(2)A从分离到第一次停止的时间为;
(3)B第一次追上A时的速度大小为.
如图,质量为M的长木板静止在光滑水平地面上,在木板右端有质量为m的小物块,现给物块一个水平向左的初速度v0,物块向左滑行并与固定在木板左端的轻弹簧相碰,碰后返回并恰好停在长木板右端,求:
(1)弹簧弹性势能的最大值
(2)物块在木板上滑行过程中摩擦力做的总功.
正确答案
(1)设物块运动方向为正方向,弹簧压缩最大时,两者最终共同速度为v由动量守恒定律得:
(M+m)v=mvov=vo
由于物块最终停在木板最右端,故最终两者共同速度为v,由能量守恒得,整个过程放出的总热:
Q=mvo2-
(m+M)v2=
vo2
所以,弹簧压缩到最大时具有的弹性势能:
Ep==
(2)物块在木板上滑行过程中摩擦力做的总功数值上等于放出的热量,故:
Wf=Q=
答:(1)弹簧弹性势能的最大值为
(2)摩擦力做的总功为
如图所示,半径为R的光滑半圆环轨道竖直固定在一水平光滑的桌面上,在桌面上轻
质弹簧被a、b两个小球挤压(小球与弹簧不拴接),处于静止状态。同时释放两个小球,
小球a、b与弹簧在桌面上分离后,a球从B点滑上光滑半圆环轨道最高点A时速度为
。已知小球a质量为m,小球b质量为2m,重力加速度为g。求:
(1)小球a在圆环轨道最高点对轨道的压力;
(2)释放后小球b离开弹簧时的速度的大小;
(3)释放小球前弹簧具有的弹性势能。
正确答案
(1)a球对轨道的压力为mg,方向竖直向上(2)
(3)
(1)设a球通过最高点时受轨道的弹力为N,由牛顿第二定律
① (3分)
将数据代入①式解得:N =" mg" ② (1分)
由牛顿第三定律,a球对轨道的压力为mg,方向竖直向上。 (2分)
(2)设小球a与弹簧分离时的速度大小为,取桌面为零势面,由机械能守恒定律得:
③(3分)
由③式解得 ④
小球a、b从释放到与弹簧分离过程中,总动量守恒
⑤(3分)
由⑤式解得: ⑥(2 分)
(3)弹簧的弹性势能为: ⑦(2分)
由⑦式解得: ⑧(2分)
甲乙两小孩各乘一辆小车在光滑的水平面上匀速相向行驶,速度大小均为v0=6m/s,甲车上有质量为m=1kg的小球若干,甲和他的小车及所带小球的总质量为M1=50kg,乙和他的小车的总质量为M2=30kg.现为避免相撞,甲不断地将小球以相对地面为v′=16.5m/s的水平速度抛向乙,且被乙接往.假如某一次甲将小球抛出且被乙接住后,刚好可保证两车不致相撞.求此时:
①两车的速度各为多少?
②甲总共抛出了多少小球?
正确答案
①两车刚好不相撞,则两车速度相等,由动量守恒定律得
M1v0-M2v0=(M1+M2)v
解得v=1.5m/s
②对甲及从甲车上抛出的小球,由动量守恒定律得
M1v0=(M1-n•m)v+n•mv′
解得n=15
答:①两车的速度各为1.5m/s.
②甲总共抛出了15个小球.
静止的质量为M的原子核发生一次α衰变.已知衰变后的α粒子的质量为m、电荷量为q、速度为v,并假设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能.(注:涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计)
求:(1)衰变后新核反冲的速度大小;
(2)衰变过程中的质量亏损.
正确答案
(1)由动量守恒定律得:mv-(M-m)v'=0,
解得,新核的速度:v′=v;
(2)原子核衰变释放的能量:△E=mv2+
(M-m)v′2,
由质能方程得:△E=△m•c2,
解得:△m=;
答:(1)衰变后新核反冲的速度大小为;
(2)衰变过程中的质量亏损为.
一质量M=0.8kg的中空的、粗细均匀的、足够长的绝缘细管,其内表面粗糙、外表面光滑;有一质量为m=0.2kg、电荷量为q=0.1C的带正电滑块以水平向右的速度进入管内,如图甲所示.细管置于光滑的水平地面上,细管的空间能让滑块顺利地滑进去,示意图如图乙所示.运动过程中滑块的电荷量保持不变.空间中存在垂直纸面向里的水平匀强磁场,磁感应强度为B=1.0T.(取水平向右为正方向,g=10m/s2)
(1)滑块以v0=10m/s的初速度进入细管内,则系统最终产生的内能为多少?
(2)滑块最终的稳定速度 vt取决于滑块进入细管时的初速度v0
①请讨论当v0的取值范围在0至60m/s的情况下,滑块和细管分别作什么运动,并求出vt和v0的函数关系?
②以滑块的初速度v0横坐标、滑块最终稳定时的速度vt为纵坐标,在丙图中画出滑块的vt-v0图象(只需作出v0的取值范围在0至60m/s的图象).
正确答案
(1)小球刚进入管内时受到洛仑兹力为:F洛=qv0B=1N ①
依题意小球受洛仑兹力方向向上,F洛<mg=2N,小球与管的下壁有弹力,摩擦使球减速至最终与细管速度相同时,两者以共同速度v运动
由动量守恒定律:mv0=(m+M)v ②
对系统:由能量守恒定律:m
=Q+
(m+M)
③
由②③得:Q=8 J
故系统最终产生的内能为8J.
(2)①分析:当滑块对管的上下壁均无压力时,滑块进入细管的速度满足:mg=qv'0B ④
得:v'0=20m/s
下面分a、b两种情况进行讨论分析:
a、当滑块初速小于v0=20m/s时,F洛<mg,滑块与管的下壁有弹力,并有摩擦力,使滑块作匀减速直线运动,细管作匀加速直线运动,最终两者共速
对系统:依动量守恒定律:mv0=(m+M)vt ⑤
代入数据得:vt=0.2v0 ⑥(0<v0<20m/s)
b、当滑块初速20m/s≤v0≤60m/s时,滑块与管的上壁有弹力,摩擦使滑块减速最终速度为 vt=20m/s,而细管作匀加速直线运动,加速到V′⑧
当滑块以初速度为v0进入,若恰好V′=vt=20m/s,则对系统依动量守恒定律有:mv0=(m+M)V′
可得:v0=100m/s>60m/s,
当滑块以v0=60m/s进入时,f洛=qv0B=6N<(m+m)g=10N
∴细管工不会离开地面.
可见:当滑块以初速度20m/s≤v0≤60m/s进入细管时,细管最终不能加速到20m/s
故当滑块初速小于v0=20m/s时,滑块作匀减速直线运动,细管作匀加速直线运动,最终两者以相同的速度一起匀速运动;
当滑块初速20m/s≤v0≤60m/s时,滑块作匀减速直线运动,当速度达到20m/s时,开始运动运动,细管开始做匀加速运动,后做匀速运动,且速度小于20m/s.
②根据以上分析得出滑块的vt-v0图象如下所示:
甲乙两溜冰者,质量均为48kg,甲手里拿着一质量为2kg的球,两人均以2m/s的速度在冰面上相向运动,甲将球以对地水平速度4m/s抛给乙,乙再将球以同样大小速度抛回给甲,这样抛接若干次后球落在甲手里,乙的速度变为零,求此时甲的速度和乙接抛球的次数.
正确答案
对于乙和球,乙每次接抛球乙的动量变化量为△P乙=-△P球=-m球v球-m球v球=-2m球v球
又O=P2+n•△P乙∴n==6
对甲乙和球组成的系统研究,由动量守恒定律,得:m乙v0-(m甲+m球)v0=(m甲+m球)v
∴v==-0.08m/s
方向与甲原运动方向相同.
答:此时甲的速度是0.08m/s,方向与甲原运动方向相同.乙接抛球的次数是6次.
如图所示,在光滑水平面上有木块A和B,mA=0.5kg,mB=0.4kg,它们的上表面是粗糙的,今有一小铁块C,mC=0.1kg,以初速v0=10m/s沿两木块表面滑过,最后停留在B上,此时B、C以共同速度v=1.5m/s运动,求:
(1)A运动的速度vA=?
(2)C刚离开A时的速度vC′=?
正确答案
(1)A、B、C三个木块组成的系统动量守恒,以C的初速度方向为正方向,
在整个过程中,由动量守恒得:mCv0=mAvA+(mB+mC)v,
解得:vA=0.5m/s;
(2)A、B、C三个木块组成的系统动量守恒,以C的初速度方向为正方向,
当C刚离开A时AB有共同的速度vA,对A、B、C组成的系统,由动量守恒定律得:
mCv0=(mA+mB)vA+mC vC′,
解得:vC′=5.5m/s;
答:(1)A运动的速度为0.5m/s;
(2)C刚离开A时的速度为5.5m/s.
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