- 动量守恒定律
- 共6204题
(8分)质量为2m,带2q正电荷的小球A,起初静止在光滑绝缘水平面上,当另一质量为m、带q负电荷的小球B以速度v0离A而去的同时,释放A球,如图所示。若某时刻两球的电势能有最大值,求:
(1)此时两球速度各多大?
(2)与开始时相比,电势能最多增加多少?
正确答案
(1)
(2)
(1)两球距离最远时它们的电势能最大,而两球速度相等时距离最远。设此时速度为V,两球相互作用过程中总动量守恒,由动量守恒定律得:
mv0=(m+2m)v,
解得.
(2)由于只有电场力做功,电势能和动能间可以相互转化,电势能与动能的总和保持不变。所以电势能增加最多为:
如图所示,在足够大的光滑绝缘水平面上有两个质量均为m、相距为L的小球A和B均处于静止,小球A带+q的电量,小球B不带电。若沿水平向右的方向加一大小为E的匀强电场,A球将受力而运动,并与B球发生完全弹性碰撞(碰撞时间极短),碰后两球速度交换,若碰撞过程中无电荷转移,求:
(1)A与B第一次碰后瞬时B球的速率?
(2)从A开始运动到两球第二次相碰经历多长时间?
(3)两球从第n次碰撞到第n+1次碰撞时间内A球所通过的路程?
正确答案
(1)
(2)
(3)
(1)对A由动能定理: (1)
解得;A与B相碰后速度交换。
故第一次相碰后,A速度为零;B速度为 (2)
(2)从A开始运动到碰第一次历时t1=
设第二次碰前A速为,从第一次碰后到第二次碰前历时t2
对A、由动能定理: (3)
(4) (2分)由(3)、(4)两式得:
故两球第二次碰时经历的时间为: (5)
(3)由(3)(4)两式解得:
此时B的速度为
第二次碰后速度再交换。由速度图像也可得到第三次碰前A速度
(6)
此时B的速度为(7)
依此类推第n次碰前A速度为:
(8)
故第n次与第n+1次碰撞经历时间为:
(9)
第n次碰后B以速度匀速运动,
故该时间内A通过的路程为: (10)
质量为m1=1.0kg和m2(未知)的两个物体在光滑的水平面上正碰,碰撞时间不计,其x~t(位移-时间)图象如图所示,试通过计算回答下列问题:
①m2等于多少千克?
②碰撞过程是弹性碰撞还是非弹性碰撞?
正确答案
①碰撞前m2是静止的,m1的速度为v1==
m/s=4m/s
碰后m1的速度v′1==
m/s=-2m/s
m2的速度v′2==
m/=2m/s
根据动量守恒定律有m1v1=m1v1′+m2v2′
代入得1×4=1×(-2)+m2×2
解得 m2=3kg
②碰撞前总动能 Ek1+Ek2=m1
=
×1×42+0=8J
碰撞后总动能E′k1+E′k2=m1v
+
m2v
=
×1×22+
×3×22=8J
故碰撞是弹性碰撞
答:①m2等于3千克.
②碰撞过程是弹性碰撞.
一质量为m1=60kg的人拿着一个质量为m2=10kg的铅球站在一质量为m=30kg的平板车上,车正以v0=3m/s的速度在光滑水平面上运动(人相对车不动).现人把铅球以相对地面的速度u=2m/s向后水平抛出,求车速增加了多少?
正确答案
以人、车、铅球组成的系统为研究对象,以车的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(m1+m2+m)v0=(m1+m)v-m2u
车的速度增加量:△v=v-v0,
代入数据得:△v=0.56m/s;
答:车速增加了0.56m/s.
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素和一个质子。其核反应程为。在些反应室内有“α粒子、氮原子核、质子、氧的同位素”共存,它们间常发生碰撞。设有速度为v的氮核与静止的质子发生弹性正碰,求碰撞后两个粒子的速度。已知氮核的质量mN质子的质量mH(只要求写出方程或方程组即可,不要求解方程)。
正确答案
mNv = mNvN + mHvH . mNv2 =
mNvN2 +
mHvH2
在碰撞前后动量守恒,机械能守恒
mNv = mNvN + mHvH .
mNv2 =
mNvN2 +
mHvH2
如图所示,质量为3m、长度为L的木块置于光滑的水平面上,质量为m
的子弹以初速度v0水平向右射入木块,穿出木块时速度为v0,设木块对子弹的阻力始终保持不变.求:
①子弹穿透木块后,木块速度的大小;
②子弹穿透木块的过程中,所受平均阻力的大小.
正确答案
①子弹与木块组成的系统动量守恒,则
(3分)
子弹穿出后,木快的速度为 (2分)
②子弹穿越木块的过程中,设木块的位移为s,根据动能定理有
(2分)
(2分)
解得 (1分)
略
如图6-4-11所示,A、B是静止在水平地面上完全相同的两块长木板.A的左端和B的右端相接触.两板的质量皆为M="2.0" kg,长度皆为l="1.0" m.C是一质量为m="1.0" kg的小物块,现给它一初速度v0="2.0" m/s,使它从B板的左端开始向右滑动.已知地面是光滑的,而C与A、B之间的动摩擦因数皆为μ=0.10.求最后A、B、C各以多大的速度做匀速运动.取重力加速度g="10" m/s2.
图6-4-11
正确答案
0.563 m/s 0.155 m/s 0.563 m/s
先假设小物块C在木板B上移动x距离后,停在B上,这时A、B、C三者的速度相等,设为v.由动量守恒得
mv0=(m+2M)v ①
在此过程中,木板B的位移为s,小木块C的位移为s+x.由功能关系得
-μmg(s+x)=mv2-
mv02
μmgs=·2Mv2
相加得-μmgx=(m+2M)v2-
mv02 ②
解①②两式得x=
代入数值得x="1.6" m
x比B板的长度l大,这说明小物块C不会停在B板上,而要滑到A板上.设C刚滑到A板上的速度为v1,此时A、B板的速度为V1,则由动量守恒得mv0=mv1+2MV1
由功能关系得
mv02-
mv12-
·2MV12=μmgl
以题给数据代入解得V1= m/s
v1=2- m/s=
m/s
由于v1必是正数,故合理的解是
V1= m/s="0.155" m/s v1=
m/s=1.38 m/s
当滑到A之后,B即以V1="0.155" m/s做匀速运动,而C以v1="1.38" m/s的初速在A上向右运动.设在A上移动了y距离后停止在A上,此时C和A的速度为v2,由动量守恒得
MV1+mv1=(m+M)v2
解得v2="0.563" m/s
由功能关系得
mv12+
MV12-
(m+M)v22=μmgy
解得y="0.50" m
y比A板的长度小,故小物块C确实是停在A板上.最后A、B、C的速度分别为vA=v2="0.563" m/s,vB=v1="0.155" m/s,vC=vA="0.563" m/s.
如图,物块A以初速度v0滑上放在光滑水平面上的长木板
B.若B固定,则A恰好滑到B的右端时停下;若B不固定,则A在B上滑行的长度为木板长的,求A和B的质量mA与mB之比.
正确答案
设A.B的质量分别为mA.mB,
长木板B长度为L,A.B之间的滑动摩擦力为f.
=fL…………………………①(1分)
若B不固定,对A.B系统由动量守恒,有
mAv0=(mA+mB)v………………………………②(2分)
对A.B系统由能量守恒,有
=
fL+
(mA+mB)v2…………………③(3分)
由以上各式解得:=
……………④(1分)
略
(8分)质量为m的小球A,沿光滑水平面以v0的速度与质量为2m的静止小球B发生正碰,碰撞后A球的速度变为原来的,那么小球B的速度可能是是多大?
正确答案
V0/3或2V0/3
定原v0的方向为正方向(2分)
由动量守恒:mv0=mv1+2mv2
V2=(mv0-mv1)/2m=(v0-v1)/2 (2分)
当V1=V0/3 V2= V0/3 (2分) 当V1=-V0/3 V2= 2V0/3 (2分)
在光滑的水平面上,一个质量较大的物体与一个质量较小的静止物体发生正碰后能否被反弹回来?试加以分析讨论。
正确答案
质量较大的物体是不会被反弹回来的。
假设质量为M的较大物体,以速度v碰撞质量为m的较小物体后能反弹回来,且其反弹的速度为V',而m前进的速度为v',则根据动量守恒定律得
Mv=mv'-MV' ①
由④得出碰撞后质量较小的物体获得的动能大于质量较大物体原有的动能,这是违背能量守恒定律的,这说明前面假设是错误的,所以质量较大的物体是不会被反弹回来的。
扫码查看完整答案与解析