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简答题

A的轻绳悬于足够高的天花板上.现让球B自弹簧自然长度处由静止释放后,在竖直方向做振幅为x0的简谐运动.当球B运动至最低点时剪断轻绳,经过时间t,A、B两球的加速度相同,球A的速度为va.重力加速度为g.求:

图10

(1)此时球B的速度;

(2)球A下落的距离.

正确答案

(1)(3gt-vA)          (2)

(1)设在时间t内,弹簧弹力对A的冲量为I,则

对A球,有mgt+I=mvA                                                       ①

对B球,有2mgt-I=2mvB                                                      ②

联立得3mgt=mvA+2mvB

解得vB= (3gt-vA)                                                           ③

(2)设B球做简谐运动至最低点时,弹簧的弹性势能为Ep,由机械能守恒,有2mg·2x0=Ep ④

剪断细线后的下落过程中,A、B及弹簧组成系统的机械能守恒,则有

mgh+2mg(h-2x0)+Ep=mv2A+·2mv2B                                         ⑤

由④⑤式得3mgh=mv2A+·2mv2B

解得h=                                            ⑥

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(2)卡车司机至少在距故障车多远处采取同样的紧急刹车措施,事故就能免于发生

正确答案

(1)(2)至少L处紧急刹车

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如图所示,质量为m、半径为R的小球,放在半径为2R、质量为2m的大空心球内.大球开始静止在光滑的水平面上,当小球从图示位置无初速度沿大球内壁滚到最低点时,大球移动的距离是___________.

正确答案

s=

设大球运动的位移为s,由图3知小球运动的位移为(R-s)

由“人船模型”知两球在水平方向动量守恒,因此有 m(R-s)=2ms 解得:s=

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简答题

在固定的光滑水平杆(杆足够长)上,套有一个质量为m=0.5 kg的光滑金属圆环。一根长为L=1 m的轻绳,一端拴在环上,另一端系着一个质量为M=2 kg的木块,如图所示。现有一质量为m0=20 g的子弹以v0=1 000 m/s的水平速度射穿木块,子弹穿出木块后的速度为v=200 m/s(不计空气阻力和子弹与木块作用的时间),求:

(1)当子弹射穿木块后,木块向右摆动的最大高度为多大?

(2)当木块第一次返回到最低点时,木块的速度是多大?

(3)当木块第一次返回到最低点时,水平杆对环的作用力是多大?

正确答案

(1)8 m/s  (2)4.8 m/s  (3)153 N

(1)设子弹从木块中穿出时木块的速度为v1,在子弹与木块相互作用的过程中两者动量守恒

m0v0=m0v+Mv1

解得v1=8 m/s

在木块与圆环一起向右运动的过程中,两者满足水平方向动量守恒Mv1=(M+m)v2

机械能守恒 (M+m)+Mgh

解得 h=0.64 m

(2)木块从最高点返回最低点的过程中,由水平方向动量守恒得 (M+m)v2=mv3+Mv4

机械能守恒(M+m)+Mgh=

解得 v3=12.8 m/s v4=4.8 m/s

v3=0 v4=8 m/s(舍去)

(3)第一次返回到最低点时,木块的速度v4=4.8 m/s,圆环的速度v3=12.8 m/s绳子拉力T1-Mg=M

解得T1=148 N

水平杆对环的作用力N1=T1+mg=153 N。

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在验证动量守恒定律的实验里,两半径相同的小球质量之比=8∶3,实验记录纸上,各点(O、M、P、N)位置如图31所示,其中O点为斜槽末端所系重锤线指的位置,那么,两球中,__  __球是入射球,碰撞结束时刻,两球的动量之比=__________。

正确答案

A    4:3

实验要求入射球质量大于被碰球质量,故选A球为入射球。根据动量守恒和平抛运动知识可知m1(op)=m1(oM)+m2(oN),解得PA:PB=4:3

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如图所示,在光滑水平面上有两辆车处于静止状态,其上分别站有甲、乙两个小孩,每辆车和小孩的总质量均为M,甲车上的小孩拿着一质量为m的球。现小孩甲将球抛给乙,乙接住后又抛回给甲,如此重复多次,最后球又回到了甲的手中,求甲、乙两车最后的速率之比。

正确答案

M:(M+m)

此题若先以甲车及其上的小孩和球为研究对象,应用动量守恒定律列出方程,再以乙车、小孩乙及球为研究对象同样列方程,如此这样分析下去,将非常繁锁。可见,这样选取研究对象显然是不好的。

因为在抛球的过程中,只有两车、两个小孩和球组成的系统之间发生相互作用,因此可以两车、两小孩及球组成的系统为研究对象,以第一次小孩甲抛球时为初态,以最后小孩甲接住球为末态进行研究。因系统在水平方向不受外力,故系统动量守恒。初态系统的总动量为零;末态甲车、小孩及球的总动量为(M+m)v,乙车及其上小孩的总动量为mv,设甲车的运动方向为正,则据动量守恒定律便可解得。

解:以两车、两小孩及球组成的系统为研究对象,选最后甲车速度为正方向,设最后甲、乙两车速度分别为v、v,自始至终系统动量守恒。

对于系统的初、末状态由动量守恒得:

甲、乙速率之比为M:(M+m)

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如图所示,两只质量均为120kg的小船静止在水面上,相距10m,并用钢绳连接。一个质量为60kg的人在船头以恒力F拉绳,不计水的阻力,求:

(1)当两船相遇时,两船各行进了多少米?

(2)当两船相遇不相碰的瞬间,为了避免碰撞,人从甲船跳向乙船需要对地的最小水平速度为6m/s,计算原来人拉绳的恒力F

正确答案

(1)s=4m,s=6m

(2)F=90N

(1)由动量守恒定律,得(m+m)v=mv     有(m+m)s=ms

s+s="10m   " 得,s="4m   " s=6m

(2)为了避免碰撞,人跳到乙船后系统至少要静止。设人在起跳前瞬间甲船和人的速度为v1,乙船速度为v2,对甲船和人组成的系统由动量守恒得,(m+m)v1=m×6m/s

v1="2m/s     " 由动能定理得,Fs=(m+m)v12/2   解得F=90N。

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一质量为0.5 kg的小球以2.0 m/s的速度和原来静止在光滑水平面上的质量为1.0 kg的另一小球发生正碰,碰后以0.2 m/s的速度被反弹,碰后两球的总动量是________kg·m/s,原来静止的小球获得的速度大小是________m/s.

正确答案

1.0 1.1

取初速度方向为正方向,由动量守恒定律知

m1v1=m1v1′+m2v2

p=p0=m1v1=0.5×2.0 kg·m/s=1.0 kg·m/s

v2′= m/s

=1.1 m/s

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简答题

如图所示,一质量为M的小车B放在光滑水平面上,在其右端放一质量为m的小木块AmM,现给AB以大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向左运动,B开始向右运动,最后A不会滑离B

求:整个过程中产生的热量。

正确答案

AB系统动量守恒: (2分)

   (2分)

根据能量的转化和守恒:   (3分)

联立以上各式解得:   (2分)

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(1)如图在研究光电效应的实验中,发现用一定频率的A单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转,而用另一频率的B单色光照射时不发生

光电效应                                  (   )

(2)如图所示,质量为M的弧形槽静止在光滑的水平面上,弧形槽的光滑弧面底端与水平地面相切.一个质量为m的小物块以速度v0沿水平面向弧形槽滑来,并冲上弧形槽,设小物块不能越过弧形槽最高点,试求小物块所能上升的最大高度是多少?

正确答案

(1)AC(2)

(1) AC       (4分)    

(2)解:mM弧面上升过程中,当m的竖直分

速度为零时它升至最高点,此时二者只具有相同的

水平速度(设为v),根据动量守恒定律有:

(3分)

整个过程中机械能没有损失,设上升的最大高度是h,则有:

(4分)

解①②式得:(4分)

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