- 动量守恒定律
- 共6204题
如图,粗糙斜面与光滑水平面通过光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角θ=37°。A、B是两个质量均为m=1kg的小滑块(可看作质点),B的左端连接一轻质弹簧。若滑块A在斜面上受到F=4N,方向垂直斜面向下的恒力作用时,恰能沿斜面匀速下滑。现撤去F,让滑块A从斜面上,距斜面底端L=1m处,由静止开始下滑。取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)求滑块A与斜面间的动摩擦因数;
(2)求滑块A到达斜面底端时的速度大小;
(3)滑块A与弹簧接触后粘连在一起。求此后弹簧的最大弹性势能。
正确答案
解:(1)滑块沿斜面匀速下滑时受力如图1所示
根据牛顿第二定律mgsinθ=μN,N=mgcosθ+F
解得=0.5
(2)滑块沿斜面加速下滑时受力如图2所示
设滑块滑到斜面低端时的速度为v1,根据动能定理
代入数据解得v1=2 m/ s
(3)以A、B、弹簧为研究对象,设它们共同的速度为v2
根据动量守恒定律
设弹簧的最大弹性势能为Ep,根据能量守恒
代入数据解得Ep=1J
在纳米技术中需要移动或修补原子,必须使在不停地做热运动(速率约几百米每秒)的原子几乎静止下来且能在一个小的空间区域内停留一段时间,为此已发明了“激光致冷”的技术.若把原子和入射光子分别类比为一辆小车和一个小球,则“激光致冷”与下述的力学模型很类似:一辆质量为m的小车(一侧固定一轻弹簧),如图所示,以速度v0水平向右运动,一个动量大小为p,质量可以忽略的小球水平向左射入小车并压缩弹簧至最短,接着被锁定一段时间Δt,再解除锁定使小球以大小相同的动量p水平向右弹出,紧接着不断重复上述过程,最终小车将停下来.设地面和车厢均光滑,除了锁定时间Δt外,不计小球在小车上运动和弹簧压缩和伸长的时间.求:
(1)小球第一次入射后再弹出时,小车的速度大小和这一过程中小车动能的减少量;
(2)从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间.
正确答案
解:(1)小球射入小车和从小车中弹出的过程中,小车和小球所组成的系统动量守恒
由动量守恒定律可得:0-=1',1'=1+解得:
此过程中小车动能减少量
解得
(2)小球第二次入射和弹出的过程及以后重复进行的过程中,同样有小车和小球组成的系统动量守恒
由动量守恒定律,得:1-=2',2'=2+
解得:
同理可推得:
要使小车停下来,即=0,小球重复入射和弹出的次数为:
故小车从开始运动到停下来所经历的时间为:
某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中两摆摆长相同,悬挂于同一高度,A、B两摆球均很小,质量之比为1∶2。当两摆均处于自由静止状态时,其侧面刚好接触。向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角,然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成30°。若本实验允许的最大误差为±4%,请论证此实验是否成功地验证了动量守恒定律?
正确答案
解:设摆球A、B的质量分别为mA、mB,摆长为l,B球的初始高度为h1,碰撞前B球的速度为vB。在不考虑摆线质量的情况下,根据题意及机械能守恒定律得①
②
设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为P1、P2。
有P1=mBvB ③
联立①②③式得④
同理可得⑤
联立④⑤式得⑥
代入已知条件得⑦
由此可以推出≤4%
所以,此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律
如图所示,一质量为M,长为L的木板固定在光滑水平面上。一质量为m的小滑块以水平速度v0从木板的左端开始滑动,滑到木板的右端时速度恰好为零。求:
(1)小滑块在木板上的滑动时间;
(2)若木块不固定,其它条件不变,小滑块相对木板静止时距木板左端的距离。
正确答案
解:(1)小滑块所受合外力为滑动摩擦力,设动摩擦因数为μ,有
①
②
解得
(2)设小滑块与木板的共同速度为v,小滑块距木板左端的距离为L',有
③
④
由以上各式解得
如图所示,甲车质量为4kg,静止在光滑水平面上,上表面光滑,右端放一个质量为2kg的小物体。乙车质量为8kg,以一定的速度v乙向左运动,乙车与甲车相碰后甲车获得8m/s的速度,小物体滑到乙车上。若乙车足够长,上表面与物体的动摩擦因数为0.2,物体在乙车上表面滑行0.4s后相对乙车静止,求最初乙车的速度v乙?
正确答案
解:以水平向左为正方向
对于小物体,根据动量定理
代入数据,解得
对于乙车和小物体,根据动量守恒定律
代入数据,解得
对于甲、乙两车,根据动量守恒定律
代入数据,解得
如图所示,平板小车A放置于光滑水平面上,小滑块B以初速度v0=8m/s滑上平板小车左端,当B从小车右端滑出时,小车A的速度为1m/s,滑块B滑出小车时的速度为6m/s,小车上表面与B之间的滑动摩擦因数μ=0.8,B可视为质点。(g取10m/s2)求
(1)求A与B的质量之比及平板小车的表面长度;
(2)当B以6m/s初速度滑上A,B能否从小车上滑出,若能滑出,A、B的速度分别为多少?若不能滑出,二者的末速度为多少?B停在A上距左端距离为多少?
正确答案
解:(1)小车和滑块组成的系统,动量守恒有
系统动能损失
(2)当物体以6m/s滑上小车时,设在上滑S后共速则由动量守恒定律、能量守恒定律得
滑块不能滑出小车,相对小车上滑行1.5m后和小车共速,末速度为
图中有一个竖直固定在地面的透气圆筒,筒中有一劲度为k的轻弹簧,其下端固定,上端连接一质量为m的薄滑块,圆筒内壁涂有一层新型智能材料——ER流体,它对滑块的阻力可调。起初,滑块静止,ER流体对其阻力为0,弹簧的长度为L,现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下,与滑块碰撞后粘在一起向下运动。为保证滑块做匀减速运动,且下移距离为时速度减为0,ER流体对滑块的阻力须随滑块下移而变。试求(忽略空气阻力):
(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能;
(2)滑块向下运动过程中加速度的大小;
(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小。
正确答案
解:(1)设物体下落末速度为v0,由机械能守恒定律
,得
设碰后共同速度为v1,由动量守恒定律
2mv1=mv0,得
碰撞过程中系统损失的机械能
(2)设加速度大小为a,有
得
(3)设弹簧弹力为FN,ER流体对滑块的阻力为FER,受力分析如图所示
FS=kx
x=d+mg/k
得
(选做题,选修3-5)
如图所示,滑块A、B的质量分别为m1与m2,m1
正确答案
解:
由系统动量守恒得
(m1+m2)v0=m2v2由机械能守恒定律得
联立解得。
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2v0/5,设木块对子弹的阻力始终保持不变。
(1)求子弹穿透木块后,木块速度的大小;
(2)求子弹穿透木块的过程中,木块滑行的距离s;
(3)若改将木块固定在水平传送带上,使木块始终以某一恒定速度(小于v0)水平向右运动,子弹仍以初速度v0水平向右射入木块。如果子弹恰能穿透木块,求此过程所经历的时间。
正确答案
解:(1),则
(2)
解之得
(3)
解之得
(选做题,选修3-5)
如图所示,一轻质弹簧两端连接着物体A和物体B,放在光滑的水平面上,水平速度为V0的子弹射中物体A并嵌在其中,已知物体B的质量为mB,物体A的质量是物体B的质量的3/4,子弹的质量是物体B的质量的1/4,求弹簧被压缩到最短时的弹性势能。
正确答案
解:子弹射入物体A的过程中,由动量守恒定律得
从子弹射入物体A到弹簧压缩到最短,由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
由以上各式联立解得。
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