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简答题

如图所示,一质量为M的平板车B放在光滑水平面上,在其右端放一质量为m的小木块A,m<M,A、B间动摩擦因数为μ,现给A和B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:

(1)A、B最后的速度大小和方向;

(2)从地面上看,小木块向左运动到离出发点最远处时,平板车向右运动的位移大小。

正确答案

解:(1)由A、B系统动量守恒定律得:

Mv0-mv0=(M+m)v

所以v=v0,方向向右

(2)A向左运动速度减为零时,到达最远处,此时板车移动位移为s,速度为v′,则由动量守恒定律得:Mv0-mv0=Mv′ ①

对板车应用动能定理得:-μmgs=mv′2mv02

联立①②解得:s=v02

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【选修3-5选做题】

一长为l,质量为M的木板静止在光滑的水平面上,一质量为m的滑块的初速度v0滑到木板上,木板长度至少为多少才能使滑块不滑出木板。(设滑块与木板间动摩擦因数为μ)

正确答案

解:滑块与木板相互作用系统动量守恒,滑块不从木板上滑出则滑块与木板有相等的末速度。设末速度为v,滑块滑动位移为s,则木板滑动位移为s-l

由动量守恒定律得mv0=(m+M)v ①

由动能定理得

由②③得

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(选修3-5选做题)

一质量为M的长木板静止在光滑水平桌面上。一质量为m的小滑块以水平速度v0从长木板的一端开始在木板上滑动,直到离开木板。滑块刚离开木板时的速度为v0/3。若把该木板固定在水平桌面上,其它条件相同,求滑块离开木板时的速度v。

正确答案

解:mv0=m+Mu,u=

=

联立解得v=

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一个原来静止的锂核俘获一个速度为的中子后,生成一个氚核和一个氦核,已知氚核的速度为,方向与中子的运动方向相反。

(1)请写出核反应方程;

(2)求出氦核的速度v2

正确答案

解:(1)核反应方程:

(2)设氚核速度为,氦核的速度为v2,中子质量为m,则氚核质量为3m,氦核质量为4m

根据动量守恒定律得:

代人数据得:

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1930年,科学家发现:在真空条件下用粒子轰击Be时,会产生一种贯穿能力强且不带电、质量与质子很接近的粒子和另一种原子核。

(1)写出这个过程的核反应方程;

(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的C核发生碰撞,但没有发生核反应,该粒子碰后的速率为v1,运动方向与原运动方向相反。求C核与该粒子碰撞后的速率。

正确答案

解:(1)核反应方程Be+He →C+n

(2)由动量守恒定律得

解得C核碰撞后的速率

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如图所示,光滑水平面上放置质量均为M=2 kg的甲、乙两辆小车,两车之间通过一感应开关相连(当滑块滑过感应开关时,两车自动分离),甲车上表面光滑,乙车上表面与滑块P之间的动摩擦因数μ=0.5。一根通过细线拴着且被压缩的轻质弹簧固定在甲车的左端,质量为m=1 kg的滑块P(可视为质点)与弹簧的右端接触但不相连,此时弹簧的弹性势能E0=10 J,弹簧原长小于甲车长度,整个系统处于静止状态。现剪断细线,求:

(1)滑块P滑上乙车前的瞬时速度的大小;

(2)滑块P滑上乙车后最终未滑离乙车,滑块P在乙车上滑行的距离。(取g=10m/s2

正确答案

解:(1)设滑块P滑上乙车前的速度为v1,对整体应用动量守恒和能量关系有

mv1-2Mv2=0

解之得v1=4 m/s,v2=1 m/s

(2)设滑块P和小车乙达到的共同速度v',对滑块P和小车乙有

mv1-Mv2=(m+M)v'

代入数据解得

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【选修3-5选做题】

如图所示,光滑水平面上有一辆质量为=1kg的小车,小车的上表面有一个质量为=0.9kg的滑块,在滑块与小车的挡板间用轻弹簧相连接,滑块与小车上表面间的动摩擦因数为μ=0.2,整个系统一起以1=10m/s的速度向右做匀速直线运动,此时弹簧长度恰好为原长。现在用一质量为0=0.1kg的子弹,以0=50m/s的速度向左射入滑块且不穿出,所用时间极短。当弹簧压缩到最短时,弹簧被锁定,测得此时弹簧的压缩量为=0.50m,=10m/s2。求

(1)子弹射入滑块的瞬间,子弹与滑块的共同速度;

(2)弹簧压缩到最短时,弹簧弹性势能的大小。

正确答案

解:(1)子弹射入滑块后的共同速度大为2,设向右为正方向,对子弹与滑块组成的系统应用动量守恒定律得

 ②

(2)子弹,滑块与小车,三者的共同速度为3,当三者达到共同速度时弹簧压缩量最大,弹性势能最大.由动量守恒定律得

 ④

设最大弹性势能为pmax,对三个物体组成的系统应用能量守恒定律

⑤  

 ⑥  

由⑤⑥两式解得

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【选修3-5选做题】

如图所示,光滑水平面上有A、B两个滑块,两滑块由一轻质弹簧连接,已知滑块A的质量是滑块B质量的,子弹质量是滑块B质量的。若滑块A被水平速度为v0的子弹射中,且子弹嵌在物体A的中心,求:

(1)木块A的最大速度是多少?

(2)运动过程中,木块B的最大速度是多少?

正确答案

解:(1)子弹和A达到共同速度时,A的速度最大。设木块B的质量为4m,则木块A和子弹的质量分别为2m、m,对子弹射入木块A的过程应用动量守恒定律有

mv0=(m+2m)vA

(2)当木块A(包括子弹)通过弹簧与B相互作用时,弹簧被压缩而后又恢复到原长时,B的速度最大。根据动量守恒定律和能量守恒定律,有

(m+2m)vA=(m+2m)v1+4mv

解得

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如图,一质量为M的物块静止在桌面边缘,桌面离水平地面的高度为h。一质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后,以水平速度v0/2射出。重力加速度为g。求

(1)此过程中系统损失的机械能;

(2)此后物块落地点离桌面边缘的水平距离。

正确答案

解:(1)设子弹穿过物块后物块的速度为V,由动量守恒得mv0=m+MV ①

解得

系统的机械能损失为ΔE=

由②③式得ΔE=

(2)设物块下落到地面所面时间为t,落地点距桌面边缘的水平距离为s,则

 ⑤

s=Vt ⑥

由②⑤⑥得S=

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如图所示,一条轨道固定在竖直平面内,粗糙的ab段水平,bcde段光滑,cde段是以O为圆心、R为半径的一小段圆弧。可视为质点的物块A和B紧靠在一起,静止于b处,A的质量是B的3倍。两物块在足够大的内力作用下突然分离,分别向左、右始终沿轨道运动。B到d点时速度沿水平方向,此时轨道对B的支持力大小等于B所受重力的3/4,A与ab段的动摩擦因数为μ,重力加速度g,求:

(1)物块B在d点的速度大小;

(2)物块A滑行的距离s。

正确答案

解:(1)B在d点,根据牛顿第二定律有:

解得:

(2)B从b到d过程,只有重力做功,机械能守恒有:  ①

AB分离过程动量守恒有:  ②

A匀减速直线运动,用动能定理得:  ③

联立①②③,解得:

下一知识点 : 碰撞
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