- 动量守恒定律
- 共6204题
如图所示,水平放置的弹簧左端固定,小物块P(可视为质点)置于水平桌面上的A点,并与弹簧右端接触,此时弹簧处于原长。现用水平向左的推力将P缓慢地推至B点,此时弹簧的弹性势能为EP=21J。撤去推力后,P沿桌面滑上一个停在光滑水平地面上的长木板Q上,已知P、Q的质量分别为m=2kg、M=4kg,A、B间的距离L1=4m,A距桌子边缘C的距离L2=2m,P与桌面及P与Q间的动摩擦因数都为μ=0.1,g取10m/s2,求:
(1)要使P在长木板Q上不滑出去,长木板至少多长?
(2)若长木板的长度为2.25m,则P滑离木板时,P和Q的速度各为多大?
正确答案
解:
(1)小物块从B点运动到C点的过程中,根据能量守恒定律
Ep-
若小物块滑到木板右端时与长木板具有共同速度,所对应的长木板具有最小的长度Lm,根据动量守恒和能量守恒定律: ,
得: ,
;
(2)设小物块滑离木板时,它们的速度分别为和
,根据动量守恒和能量守恒定律:
得: ,
,
,
因此小物块滑离木板时,它们的速度分别为, ,
。
如图A、B、C三个木块的质量均为m,置于光滑的水平面上,B、C之间有一轻质弹簧,弹簧的两端与木块接触而不固连,将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连,使弹簧不能伸展以至于B、C可视为一个整体,现A以初速度V0沿BC的连线方向朝B运动,与B相碰并粘合在一起,以后细线突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离,已知C离开弹簧后的速度恰为V0,求
(1)A、B一起运动的速度;
(2)弹簧释放的势能。
正确答案
解:(1)设碰后A、B和C的共同速度的大小为v,由动量守恒定律得
设C离开弹簧时,A、B的速度大小为v1,由动量守恒得
v1=0
(2)设弹簧的弹性势能为EP,从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒,有
【选修3-5选做题】
如图所示,质量为m1=3kg的光滑圆弧形轨道ABC与一质量为m2=1 kg的物块P紧靠着(不粘连)静置于光滑水平面上,B为半圆轨道的最低点,AC为轨道的水平直径,轨道半径R=0.3 m。一质量为m3 =2 kg的小球(可视为质点)从圆弧轨道的A处由静止释放,g取10m/s2,求:
(1)小球第一次滑到B点时的速度v1;
(2)小球第一次经过B点后,相对B能上升的最大高度h。
正确答案
解:(1)设小球第一次滑到B点时的速度为v1,轨道和P的速度为v2,取水平向左为正方向
由水平方向动量守恒有(m1+m2)v2+m3v1=0
根据系统机械能守恒
联立解得v1=-2 m/s,方向向右;v2=1m/s,方向向左
(2)小球经过B点后,物块P与轨道分离,小球与轨道水平方向动量守恒,且小球上升到最高点时与轨道共速,设为v
m1v2+m3v1=(m1+m3)v
解得v=-0.2 m/s,方向向右
由机械能守恒
解得h=0.27 m
【选修3-5选做题】
如图所示,光滑水平面上有一小车B,右端固定一砂箱,砂箱左侧连接一水平轻弹簧,小车和砂箱的总质量为M,车上放一小物体A,质量也是M,小物体A随小车以速度v0向右匀速运动,此时弹簧处于自由长度状态(小物体A与弹簧没有连接).小物体A与左侧车面间有摩擦,动摩擦因数为μ,与其它车面间无摩擦,在匀速运动时,距砂面H高处有一质量为m的泥球自由下落,恰好落在砂箱中.求:
(1)小车在前进中,弹簧弹性势能的最大值?
(2)为使小物体A不从车上滑下,车面粗糙部分至少应为多长?
正确答案
解:(1)小球掉小车的过程小球与车水平方向的动量守恒0=(+)1
弹簧的压缩量最大时,设共同速度为2,则有0+(+)1=(2+)2
由能量转化和守恒关系有p=
解以上方程,得p=
(2)根据功能关系有μ=P
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′2-
mv02 ②
联立①②解得:s=v02
【选修3-5选做题】
如图所示,光滑曲面轨道的水平出口与停在光滑水平面上的平板小车上表面相平,小车上表面不光滑,质量为m的小滑块从光滑轨道上某处由静止开始滑下并滑上小车,使得小车在水平面上滑动。已知小滑块从高为H的位置由静止开始滑下,最终停到小车上。若小车的质量为M,重力加速度为g,求:
(1)滑块滑上小车后,小车达到的最大速度v;
(2)该过程系统产生的内能Q。
正确答案
解:(1)滑块由高处运动到轨道底端的过程中,机械能守恒,则
得
滑块滑上平板后,系统水平方向不受外力,动量守恒,小车的最大速度为与滑块达到的共同速度,设为v,则
mv0=(m+M)v
解得
(2)由能量转化与守恒定律知,系统产生的内能等于系统损失的机械能,即
(选做题,选修3-5)
在光滑的水平地面上静止着一质量为M=0.4 kg的薄木板,一个质量为m= 0.2 kg的木块(可视为质点)以v0=4 m/s的速度,从木板左端滑上,一段时间后,又从木板上滑下(不计木块滑下时机械能损失),两物体仍沿直线继续向前运动,从木块与木板刚刚分离开始计时,经时间t=3.0 s,两物体之间的距离增加了s=3 m,已知木块与木板之间的动摩擦因数μ=0.4,求薄木板的长度。
正确答案
解:设木块与木板分离后速度分别为:v1、v2,由动量守恒定律得:mv0=mv1+Mv2v1-v2=
解得:v1=2 m/s.v2=1m/s
根据动能定理得:
代入数据解得d=1.25 m。
【选修3-5选做题】
如图所示,固定在地面上的光滑圆弧轨道AB、EF,他们的圆心角均为90°,半径均为R。一质量为m、上表面长也为R的小车静止在光滑水平面CD上,小车上表面与轨道AB、EF的末端B、E相切。一质量为m的物体(大小不计)从轨道AB的A点由静止下滑,由末端B滑上小车,小车在摩擦力的作用下向右运动。当小车右端与壁DE刚接触时,物体m恰好滑动到小车右端相对于小车静止,同时小车与DE相碰后立即停止运动但不粘连,物体则继续滑上圆弧轨道EF,以后又滑下来冲上小车。求:
(1)物体从A点滑到B点时的速率和滑上EF前的瞬时速率;
(2)水平面CD的长度。
正确答案
解:(1)设物体从A滑落至B时速率为v0,由动能定理得
物体与小车相互作用过程中,系统动量守恒,设共同速度为v1则mv0=2mv1得
(2)设二者之间的摩擦力为Ff对物体由动能定理得
对系统由能量守恒得
解得
【选修3-5选做题】
如图所示,两个质量分别为M1、M2的劈A、B,高度相同。放在光滑水平面上,A、B的上表面为光滑曲面,曲面末端与地面相切。有一质量为m的物块(可视为质点)自劈A顶端自由下滑。劈顶端到地面距离h=0.06 m,劈A与物块的质量比s。求:
(1)物块离开A的瞬间A和物块的速度各为多少;(g=10 m/s2)
(2)物块从A上滑下后又冲上B,若要保证物块离开B后不能追上A,则B与物块的质量比应满足什么条件。
正确答案
解:(1)设向右为正方向,小球从A滑下的过程,系统机械能守恒
水平方向动量守恒mv0-M1v1=0
解得A的速度v1=0.2m/s
物块的速度v0=1.0 m/s
(2)物块冲上B又离开的过程,系统机械能守恒
水平方向动量守恒mv0=M2v2+mv'
可得
当m
即
得
【选修3-5选做题】
如图所示,a、b两滑块质量分别为m1和m2,m1
(1)a滑块能达到的最大速度为多少?
(2)两滑块间有最大距离时,滑块a的速度大小为多少?
正确答案
解:(1)当弹簧再次恢复原长时a滑块的速度达到最大。设a滑块的最大速度为v1,a滑块达到最大速度时b滑块的速度为v2,由动量定理、动量守恒和能量守恒得
I=m2v0m2v0=m2v2+m1v1
解得
(2)两滑块间有最大距离时,两滑块的速度相等。设此时速度为v,由动量守恒得
m2v0=(m1+m2)v
得
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