- 动量守恒定律
- 共6204题
(9分)在水平铁轨上放置一门质量为M的炮车,发射的炮弹质量为m,设铁轨和炮车间
摩擦不计,求:
(1)水平发射炮弹时,炮弹速度为v0,问:炮身的反冲速度是多大?
(2)炮身水平方向,炮弹出炮口时,相对炮口速度为v0,问:炮身的反冲速度为多大?
(3)炮车车身与水平方向成θ角,炮弹速度大小为v0,问:炮身反冲速度是多大?
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)设炮身反冲速度大小为v1,炮车和炮弹组成的系统动量守恒
有mv0=Mv1 (2分)
则v1= (1分)
(2)设炮身反冲速度大小为v2,则炮弹对地速度为v0- v2,炮车和炮弹组成的系统动量守恒
有 m(v0- v2)=Mv2 (2分)
则 v2= (1分)
(3)设炮身反冲速度大小为v3,炮车和炮弹组成的系统水平方向动量守恒
有mv0=Mv3 (2分)
则v3= (1分)
本题考查动量守恒定律,炮车和炮弹系统动量守恒,初状态动量为零,末状态动量也为零,所以两者的动量关系为等大反向,无论炮身角度如何,系统水平方向动量守恒,找到初末状态列式求解
光滑水平面上有一质量为M滑块,滑块的左侧是一光滑的圆弧,圆弧半径为R=1m。一质量为m的小球以速度v0向右运动冲上滑块。已知M=4m,g取10m/s2若小球刚好没跃出圆弧的上端,求:
(1)小球的初速度v0是多少?
(2)滑块获得的最大速度是多少?
正确答案
(1)5m/s(2)2m/s
如图所示,A、B两球的质量均为m,其间有压缩的轻、短弹簧,弹簧处于锁定状态,两球的大小忽略,整体视为质点,该装置从半径为R的竖直光滑圆轨道左侧与圆心等高处由静止下滑,滑至最低点解除对弹簧锁定后,B球恰好能到达轨道最高点,求弹簧处于锁定状态时的弹性势能.
正确答案
设AB系统滑到圆轨道最低点时速度为V.解除弹簧锁定后速度分别为VA和VB,B到轨道最高点速度为V,则有
2mgR=2×mV02
2mV0=mVA+mVB
2×mV02+E弹=
m(VA2+VB2)
mg=
mVB2=mg.2R+
mV2
解得E弹=(7-2 )mgR
答:弹簧处于锁定状态时的弹性势能为(7-2 )mgR.
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
(1)炮弹爆炸过程中动量守恒,爆炸后一块弹片沿原轨道返回,则该弹片速度大小为v,方向与原方向相反,设另一块爆炸后瞬时速度大小为v1,由题意知,爆炸后两弹片的质量均为,
设速度v的方向为正,由动量守恒定律得:mv=-mv+
mv1
解得:v1=3v.
(2)爆炸过程中重力势能没有改变,爆炸前系统总动能为:EK=mv2,
爆炸后系统总动能为:EK′=×
×(-v)2×
×
×(3v)2=
mv2,
系统增加的机械能为:△E=Ek′=Ek=mv2-
mv2=2mv2.
答:(1)另一块爆炸后瞬时的速度大小为3v;
(2)爆炸过程系统增加的机械能为2mv2.
如图所示,一质量为m的平板车左端放有质量为M的滑块,滑块与平板车之间的动摩擦因数为μ开始时,平板车和滑块共同以速度v0沿光滑水平面向右运动,并与竖直墙壁发生碰撞,设碰撞时间极短,且碰撞后平板车速度大小保持不变,但方向与原来相反.平板车足够长,滑块不会滑出平板车右端,重力加速度为g.求:
(1)平板车第一次与墙壁碰撞后再次与滑块速度相同时,两者的共同速度;
(2)平板车第一次与墙壁碰撞后再次与滑块速度相同时,平板车右端距墙壁的距离.
正确答案
(1)平板车与墙发生碰撞后以原速率弹回,此后平板车与木块所受的合外力为零,总动量守恒,取水平向右为正方向,则有
Mv0-mv0=(m+M)v
解得v=
M-m
M+m
v0,
当M>m,则v>0,方向向右.
当M<m,则v<0,方向向左.
(2)当M>m时,平板车与墙壁碰撞后先向左减速运动,后向右加速运动到与滑块速度相等,
设平板车向左运动的最大距离是x1,从最大距离处向右运动到速度与滑块速度相同时的距离为x2,
由动能定理得:-μMgx1=0-
μMgx2=
平板车右端距离墙壁的距离为△x=x1-x2=
当M<m,平板车一直减速到与滑块速度相等,
由动能定理得:-μMgx=-
解得x=
两种情况下,平板车第一次与墙壁碰撞后再次与滑块速度相同时,平板车右端距墙壁的距离相等,即x=△x=.
答:(1)平板车第一次与墙壁碰撞后再次与滑块速度相同时,两者的共同速度大小是
M-m
M+m
v0.
当M>m,则v>0,方向向右.当M<m,则v<0,方向向左.
(2)平板车第一次与墙壁碰撞后再次与滑块速度相同时,平板车右端距墙壁的距离是.
一段凹槽B放置在水平面上,槽与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,槽的内表面光滑,在内表面上有一小球A靠左侧壁放置,此时小球A与槽的右侧壁相距为l,如图所示.A、B的质量均为m.现对槽B施加一个大小等于2mg(g为重力加速度)、方向水平向右的推力F,使B和A一起开始向右运动,当槽B运动的距离为d时,立刻将推力撤去,此后A和B发生相对运动,再经一段时间球A与槽的右侧壁发生碰撞,碰后A和B立刻连在一起运动.
(1)求撤去推力瞬间槽B的速度v的大小
(2)若A碰到槽的右侧壁时,槽已停下,求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x.
(3)A碰到槽的右侧壁时,槽可能已停下,也可能未停下,试讨论球A相对于槽从左侧壁运动至右侧壁所经过的时间t与l和d的关系.
正确答案
(1)推力作用过程,根据动能定理得
(F-μ•2mg)d=•2mv2
将μ=0.5,F=2mg,代入解得,v=
(2)推力撤去后,A球保持匀速运动,A球碰槽的右侧壁时,槽也已停下,碰撞过程动量守恒,则有
mv=2mv′
碰后,由动能是
-μ•2mgx=0-•2mv′2
由以上各式得 x=
(3)槽B向右减速运动过程,由牛顿第二定律和运动学规律得
μ•2mg=ma
xB=vtB-a
vB=v-atB
球A在槽内运动过程做匀速运动,当球碰到槽的右侧壁时,A、B间的位移关系为vt-xB=l
讨论:
(1)当球A球碰到槽的右侧壁时,槽未停下,则tB=t,且vB>0,可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=,相应的条件是 l<
(2)当球A球碰到槽的右侧壁时,槽已停下,则vB=0,可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=+
,相应的条件是 l≥
答:
(1)撤去推力瞬间槽B的速度v的大小
(2)若A碰到槽的右侧壁时,槽已停下,求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x等于.
(3)A碰到槽的右侧壁时,槽可能已停下,也可能未停下,球A相对于槽从左侧壁运动至右侧壁所经过的时间t与l和d的关系为:
(1)当球A球碰到槽的右侧壁时,槽未停下,则tB=t,且vB>0,可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=,相应的条件是 l<
(2)当球A球碰到槽的右侧壁时,槽已停下,则vB=0,可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=+
,相应的条件是 l≥
.
如图所示,一水平直轨道CF与半径为R的半圆轨道ABC在C点平滑连接,AC在竖直方向,B点与圆心等高。一轻弹簧左端固定在F处,右端与一个可视为质点的质量为的小铁块甲相连。开始时,弹簧为原长,甲静止于D点。现将另一与甲完全相同的小铁块乙从圆轨道上B点由静止释放,到达D点与甲碰撞,并立即一起向左运动但不粘连,它们到达E点后再返回,结果乙恰回到C点。已知CD长为L1,DE长为L2,EC段均匀粗糙,ABC段和EF段均光滑,弹簧始终处于弹性限度内。
(1)求直轨道EC段与物块间动摩擦因素.
(2)要使乙返回时能通过最高点A,可在乙由C向D运动过程中过C点时,对乙
加一水平向左恒力,至D点与甲碰撞前瞬间撤去此恒力,则该恒力至少多大?
正确答案
(1)设乙与甲碰前瞬间速度为,碰后瞬间速度为
,甲乙一起返回到D时速度为
.
乙从B到D有 ①-------(2分)
碰撞过程由动量守恒得 ②-------(2分)
甲乙从D到E再回到D有 ③--(3分)
乙从D到C 有 ④-------(3分)
联立解得
(2)设对乙加的最小恒力为F
从B到D有 ⑤-------(2分)
碰撞过程由动量守恒得 ⑥---(1分)
甲乙从D到E再回到D有 ⑦-(1分)
乙从D到A有 ⑧-------(2分)
在A点有 ⑨-------(2分)
联立⑤⑥⑦⑧⑨解得 --------------------(2分)
略
在光滑水平面上放有如图10所示的用绝缘材料制成的“┙”型滑板,其质量为,在滑板右端A壁左侧有一质量为
,带电荷量为q=+2C的小铁块,在小铁块与A壁之间夹有一小堆火药,整个装置始终处于场强为E=10N/C的水平向右的匀强电场中。初始时刻,使滑板与小铁块都处于静止,现点燃火药。设火药爆炸时有100J的能量转化为滑板和小铁块的机械能,滑板水平部分足够长,小铁块和火药的体积大小、小铁块与滑板面的摩擦均不计,火药爆炸的作用力远大于电场力,爆炸后,滑板和小铁块质量、形状均不变,小铁块没有电量损失,小铁块始终未脱离滑板。
试求:
(1)火药爆炸瞬间后,滑板、小铁块的速度大小分别为多少?(爆炸时间可忽略)
(2)小铁块从火药爆炸后到第一次与A壁碰撞前,滑板和小铁块的速度大小分别为多少?
(3)小铁块从火药爆炸后到第一次与A壁碰撞前,电场力所做的功为多少?
正确答案
(1)(2)
(3)W=
(1):以滑板、小铁块为系统,火药爆炸瞬间,系统动量守恒,以水平向右的方向为正方向,设火药爆炸后瞬间滑板、小铁块速度大小分别为则有:
①
由能量关系得: ②
代入数值解①②得:
(2)火药爆炸后,滑板所受合外力为零,则以的速度做匀速直线运动,故小铁块与A壁第一次碰撞前滑板的速度
;
小铁块先向左做匀减速直线运动,再向右做匀加速直线运动,设小铁块回到初位置的时间为t;在此过程中,电场力做功为零,此时速度方向向右,且大小为
由动量定理得:
代入数值得:t=4秒
设滑板在时间内运动的位移为
,再经过
与A壁第一次碰撞,滑板在
内匀速运动的位移为
,小铁块在
内匀加速运动的位移为
,
则有:
又小铁块加速度
∴小铁块与A壁第一次碰撞前瞬间的速度:
(3)设小铁块从爆炸后到与A壁第一次碰撞前的过程中的位移为S,则有:
∴电场力做功W=
如图所示,在光滑的水平面上,有两个质量都是M的小车A和B,两车间用轻质弹簧相连,它们以共同的速度向右运动,另有一质量为的粘性物体,从高处自由下落,正好落至A车并与之粘合在一起,在此后的过程中,弹簧获得最大弹性势能为E,试求A、B车开始匀速运动的初速度的大小.
正确答案
A、B车开始匀速运动的初速度
物体落到车A上并与之共同前进,设其共同速度为,
在水平方向动量守恒,有
所以
物体与A、B车共同压缩弹簧,最后以共同速度前进,设共同速度为,根据动量守恒有
所以
当弹簧被压缩至最大而获得弹性势能为E,根据能量守恒定律有:
解得
如图,一质量为M=1.2kg的物块静止在桌面边缘,桌面离水平地面的高度为
h=1.8m.一质量为m=20g的子弹以水平速度v0=100m/s射入物块,在很短的时间内以水平速度10m/s穿出.重力加速度g取10m/s2.求:
(1)子弹穿出木块时,木块获得的水平初速度V;
(2)木块落地点离桌面边缘的水平距离X.
正确答案
(1)根据动量守恒得mv0=mv+MV
解得V==1.5m/s
(2)根据h=gt2
X=V•t
∴X=V=0.9m.
答:(1)子弹穿出木块时,木块获得的水平初速度为1.5m/s.
(2)木块落地点离桌面边缘的水平距离为0.9m.
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