- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,质量为M,长度为L的车厢,静止于光滑的水平面上,车厢内有一质量为m的物体以初速度v0向右运动,与车厢壁来回碰撞n次后静止在车厢中,这时车厢的速度是( )
正确答案
解析
解:以物体与车厢组成的系统为研究对象,系统所受合外力为零,系统动量守恒,以m的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v′,
最终车的速度:v′=,方向与v0的速度相同,水平向右;
故选:C.
下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、一个质点在一个过程中如果其动量不变,根据EK=则动能也不变,A正确;
B、一个质点在一个过程中如果其动能不变,可能是速度的大小不变而方向改变,则动量改变,B错误;
C、几个物体组成的物体系统在一个过程中如果动量守恒,其机械能不一定守恒,比如非弹性碰撞,C错误;
D、几个物体组成的物体系统在一个过程中如果机械能守恒,可能是只有重力做功,则系统在竖直方向上可能的合外力不为零,则动量不守恒,D错误;
故选:A.
质量都是1kg的物体A,B中间用一轻弹簧连接,放在光滑的水平地面上,现使B物体靠在墙上,用力推物体A压缩弹簧,如图所示,这个过程中外力做功为8J,待系统静止后突然撤去外力,从撤去外力到弹簧第一次恢复到原长时B物体的动量为______,当A,B间距离最大时B物体的速度大小为______m/s.
正确答案
0
2
解析
解:由题意知,根据能量守恒定律可知外力F对A做的功全部转化为弹簧的弹性势能Ep=8J,撤去外力F后,AB组成的系统机械能守恒,所以当弹簧第一次恢复原长时,弹性势能完全转化为A的动能,故此时有:
A获得的速度为:
因为B在墙壁间,故当弹簧第一次恢复原长时,物体B的速度为0,动量为0;
撤去外力F后,AB组成的系统动量守恒,在弹力作用下A做减速运动,B做加速运动,当速度相等时AB相距最远,
根据动量守恒定律有:
mvA=(m+m)v
此时共同速度为:v=
故答案为:0,2.
如图所示,静止在光滑水平面上的小车质量为M=20kg.从水枪中喷出的水柱的横截面积为S=10cm2,速度为v=10m/s,水的密度为ρ=1.0×103kg/m3.若用水枪喷出的水从车后沿水平方向冲击小车的前壁,且冲击到小车前壁的水全部沿前壁流进小车中.当有质量为m=5kg的水进入小车时,试求:
(1)小车的速度大小;
(2)小车的加速度大小.
正确答案
解:(1)流进小车的水与小车组成的系统动量守恒,当淌入质量为m的水后,小车速度为v1,
则mv=(m+M)v1,
解得:
(2)质量为m水流进小车后,在极短的时间△t内,冲击小车的水的质量为△m=ρS(v-v1)△t
此时,水对车的冲击力为F,则车对水的作用力也为F,
据动量定理有
-F△t=△mv1-△mv
解得:
根据牛顿第二定律得:
答:(1)小车的速度大小为2m/s;
(2)小车的加速度大小为2.56m/s2.
解析
解:(1)流进小车的水与小车组成的系统动量守恒,当淌入质量为m的水后,小车速度为v1,
则mv=(m+M)v1,
解得:
(2)质量为m水流进小车后,在极短的时间△t内,冲击小车的水的质量为△m=ρS(v-v1)△t
此时,水对车的冲击力为F,则车对水的作用力也为F,
据动量定理有
-F△t=△mv1-△mv
解得:
根据牛顿第二定律得:
答:(1)小车的速度大小为2m/s;
(2)小车的加速度大小为2.56m/s2.
质量为m的物块以速度v运动,与质量M的静止物块发生正撞,碰撞后两者的动量正好相等,则两者的质量之比可能为( )
正确答案
解析
解:根据动量守恒和能量守恒得,设碰撞后两者的动量都为P,则总动量为2P,
根据动量和动能的关系有:P2=2mEK,
根据能量的关系得,由于动能不增加,则有:≥
+
解得:,故A正确.
故选:A
如图所示,质量为M的小车静止在光滑的水平地面上,车上装有半径为R的半圆形光滑轨道.现将质量为m的小球放于半圆形轨道的边缘上,并由静止开始释放,当小球滑至半圆形轨道的最低点位置时,小车移动的距离为______,小球的速度为______.
正确答案
解析
解:当小球滚到最低点时,设此过程中
小球水平位移的大小为s1,车水平位移的大小为s2.
在这一过程中,由系统水平方向总动量守恒得(取水平向左为正方向)
m-M
=0
又 s1+s2=R
由此可得:s2=
当小球滚至凹槽的最低时,小球和凹槽的速度大小分别为v1和v2.据水平方向动量守恒
mv1=Mv2
另据机械能守恒得:mgR=mv12+
Mv22
得:v1=
故答案为:;
.
如图,一长木板A放在水平地面上.可视为质点的滑块B静止放在距A左端为L0的木板上;与B完全相同的C以水平初速度v0冲上A并能与B相碰,B、C碰后粘在一起不再分开并一起向右运动.
已知:A、B、C的质量均为m;重力加速度为g;B、C与A的动摩擦因数μ1=,A与地面的动摩擦因数μ2=
,v
=
gL0,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求:
(1)物块C冲上木板瞬间,物块A、B、C的加速度各为多少?
(2)C与B发生碰撞前后的速度大小为多少?
(3)为使B、C结合体不从A右端掉下来,A的长度至少要多长?
正确答案
解:(1)C冲上A后,C受到的摩擦力大小为:
…①
A受地面的最大静摩擦力大小为:
…②
由于fAm>fC,所以A、B保持静止,即加速度aA=0,aB=0,
由牛顿第二定律:fc=maC…③
ac=
(2)C在A上做减速运动,设其碰前速度为vc,由动能定理得
-…④
滑块B、C碰撞过程满足动量守恒,设碰后速度为vBC,有
mvC=2mvBC…⑤
解得:
vC=
vBC=
(3)B、C结合体受到A的摩擦力,方向向左.
根据牛顿第三定律,结合体给A向右的摩擦力=fBC(>fAm)…⑥
故A做初速度为零的匀加速直线运动,BC做匀减速直线运动.设刚达到的共同速度为vABC,由牛顿第二定律知:
对BC:fBC=2maBC…⑦
对A:…⑧
由运动学方程:vABC=vBC-aBCt…⑨
…⑩
设A从运动到共速,对地的位移为SAB,BC在这段时间的对地位移为SBC,由动能定理:
对BC:-…⑪
对A:(SAB=
…⑫
结合体BC在A上运动的距离为:△L=SBC-SA1…⑬
若达到共同速度vABC时,结合体BC恰好运动至木板A的最右端,木板长度最少:
L=L0+△L=
答:(1)物块C冲上木板瞬间,物块A、B、C的加速度分别为、0、0;
(2)C与B发生碰撞前的速度大小为;C与B发生碰撞后的速度大小为
.
(3)为使B、C结合体不从A右端掉下来,A的长度至少为.
解析
解:(1)C冲上A后,C受到的摩擦力大小为:
…①
A受地面的最大静摩擦力大小为:
…②
由于fAm>fC,所以A、B保持静止,即加速度aA=0,aB=0,
由牛顿第二定律:fc=maC…③
ac=
(2)C在A上做减速运动,设其碰前速度为vc,由动能定理得
-…④
滑块B、C碰撞过程满足动量守恒,设碰后速度为vBC,有
mvC=2mvBC…⑤
解得:
vC=
vBC=
(3)B、C结合体受到A的摩擦力,方向向左.
根据牛顿第三定律,结合体给A向右的摩擦力=fBC(>fAm)…⑥
故A做初速度为零的匀加速直线运动,BC做匀减速直线运动.设刚达到的共同速度为vABC,由牛顿第二定律知:
对BC:fBC=2maBC…⑦
对A:…⑧
由运动学方程:vABC=vBC-aBCt…⑨
…⑩
设A从运动到共速,对地的位移为SAB,BC在这段时间的对地位移为SBC,由动能定理:
对BC:-…⑪
对A:(SAB=
…⑫
结合体BC在A上运动的距离为:△L=SBC-SA1…⑬
若达到共同速度vABC时,结合体BC恰好运动至木板A的最右端,木板长度最少:
L=L0+△L=
答:(1)物块C冲上木板瞬间,物块A、B、C的加速度分别为、0、0;
(2)C与B发生碰撞前的速度大小为;C与B发生碰撞后的速度大小为
.
(3)为使B、C结合体不从A右端掉下来,A的长度至少为.
如图所示,质量M=2kg的盒子放在光滑的水平面上,盒子长L=1m,质量为m=1kg的小物块从盒子的右端以υ0=6m/s的初速度向左运动,小物块与盒子底部间动摩擦因数μ=0.5,与盒子两侧壁间的碰撞无机械能损失,则小物块最终将相对静止于盒子的何处?
正确答案
解:由动量守恒定律得,设最终速度为v,有:mv0=(M+m)v ①
设相对路程为d,由功能关系可得: ②
代入数据可解得:从开始运动到小物块与盒子相对静止的过程中,小物块的相对路程为d=2.4m.
故小物块最终相对静止于距盒子右端0.4m处.
解析
解:由动量守恒定律得,设最终速度为v,有:mv0=(M+m)v ①
设相对路程为d,由功能关系可得: ②
代入数据可解得:从开始运动到小物块与盒子相对静止的过程中,小物块的相对路程为d=2.4m.
故小物块最终相对静止于距盒子右端0.4m处.
如图所示,一质量为m的小球用长为l的细线悬挂在O′点,开始时悬线与竖直方向之间的夹角为θ=60°,某时刻让小球从静止开始释放,当小球运动到最低点B时,恰好炸成质量相等的甲、乙两块,其中甲脱离悬线水平向左做平抛运动,落到水平面上的D点,乙仍做圆周运动且刚好可以通过最高点C.已知O、B两点间的高度为h,重力加速度为g,炸药质量忽略不计,试计算O、D两点间的水平距离x.
正确答案
解:小球从静止运动到最低点的过程中,根据动能定理得:
解得:v=
乙仍做圆周运动且刚好可以通过最高点C看,则乙在C点由重力提供向心力,则:
解得:
乙从B到C的过程中,根据动能定理得:
=-
解得:vB=
设甲做平抛运动的初速度为v1,小球炸成甲乙两块的过程中,动量守恒,以小球速度方向为正,根据动量守恒定律得:
解得:v1=
甲做平抛运动的时间t=,
则O、D两点间的水平距离x==
答:O、D两点间的水平距离x为.
解析
解:小球从静止运动到最低点的过程中,根据动能定理得:
解得:v=
乙仍做圆周运动且刚好可以通过最高点C看,则乙在C点由重力提供向心力,则:
解得:
乙从B到C的过程中,根据动能定理得:
=-
解得:vB=
设甲做平抛运动的初速度为v1,小球炸成甲乙两块的过程中,动量守恒,以小球速度方向为正,根据动量守恒定律得:
解得:v1=
甲做平抛运动的时间t=,
则O、D两点间的水平距离x==
答:O、D两点间的水平距离x为.
在静水上浮着一只长为L=3m、质量为m船=300kg的小船,船尾站着一质量m人=60kg的人,开始时人和船都静止.若人匀速从船尾走到船头,不计水的阻力.则船将( )
正确答案
解析
解:A、船和人组成的系统,在水平方向上动量守恒,人在船上行进,船向后退,以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m人v-m船V=0.
人从船头走到船尾,设船后退的位移大小为x,则人相对于岸的位移大小为L-x.
则:m人-m船
=0,
代入数据解得:x=0.5m,船向后退了0.5m,故A正确,BC错误;
D、人与船组成的系统动量守恒,系统初动量为零,人停止运动时人的动量为零,由动量守恒定律可知,船的动量也为零,船停止运动,故D错误;
故选:A.
如图,长为0.49m的木板A的质量为1kg,板上右端有物块B,质量为3kg,他们一起在光滑水平面上向左做匀速运动,速度为v0=2.0m/s,木板与等高的竖直固定挡板C发生碰撞,时间极短,没有机械能损失,物块与木板之间的摩擦系数为μ=0.5取g=10m/s2
求:(1)第一次碰撞后,A、B的共同速度的大小和方向?
(2)第一次碰撞后,A、C之间的最大距离是多少?
(3)A与固定的挡板C碰撞几次以后B可以脱离A板?
正确答案
解:(1)以A、B整体为研究对象,从A与C碰后至AB有共同速度v,
系统所受的合外力为零,即系统动量守恒,选向右为正方向:
mAv0-mBv0=(mA+mB)v,代入数据解得:v=-1 m/s,方向:向左;
(2)以A为研究对象,从与C碰后至对地面速度为零,受力为f,位移为s即最大位移.
由f=μmBg,-fs=0-mAv02,代入数据解得:s=0.13m;
(3)第一次A与C碰后至AB有共同速度v,B在A上相对于A滑行L1,
根据动能定理得:-μmBgL1=(mA+mB)v2-
(mA+mB)v02,解得L1=0.4m,
第二次A与C碰后至AB有共同速度v′,B在A上相对于A滑行L2,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mAv-mBv=(mA+mB)v′,
由动能定理得:-μmBgL2=(mA+mB)v′2-
(mA+mB)v2,解得:L2=0.1m,
L1+L2=0.4+0.1=0.5m>0.49m,则两次碰撞后B可脱离A板.
答:(1)第一次碰撞后,A、B的共同速度的大小为1m/s,方向:水平向左;
(2)第一次碰撞后,A、C之间的最大距离是0.4m;
(3)A与固定的挡板C碰撞2次以后B可以脱离A板.
解析
解:(1)以A、B整体为研究对象,从A与C碰后至AB有共同速度v,
系统所受的合外力为零,即系统动量守恒,选向右为正方向:
mAv0-mBv0=(mA+mB)v,代入数据解得:v=-1 m/s,方向:向左;
(2)以A为研究对象,从与C碰后至对地面速度为零,受力为f,位移为s即最大位移.
由f=μmBg,-fs=0-mAv02,代入数据解得:s=0.13m;
(3)第一次A与C碰后至AB有共同速度v,B在A上相对于A滑行L1,
根据动能定理得:-μmBgL1=(mA+mB)v2-
(mA+mB)v02,解得L1=0.4m,
第二次A与C碰后至AB有共同速度v′,B在A上相对于A滑行L2,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mAv-mBv=(mA+mB)v′,
由动能定理得:-μmBgL2=(mA+mB)v′2-
(mA+mB)v2,解得:L2=0.1m,
L1+L2=0.4+0.1=0.5m>0.49m,则两次碰撞后B可脱离A板.
答:(1)第一次碰撞后,A、B的共同速度的大小为1m/s,方向:水平向左;
(2)第一次碰撞后,A、C之间的最大距离是0.4m;
(3)A与固定的挡板C碰撞2次以后B可以脱离A板.
如图所示,子弹水平射入放在光滑水平地面上静止的木块后不再穿出,此时木块动能增加了6J,那么此过程产生的内能可能为( )
正确答案
解析
解:设子弹的初速度为V,射入木块后子弹与木块共同的速度为v,木块的质量为M,子弹的质量为m.
根据动量守恒定律得:mV=(M+m)v
得,v=
木块获得的动能为△Ek=Mv2=
=
系统产生的内能为Q=mV2-
(M+m)v2=
可得 Q>△Ek=6J,故AB正确.
故选:AB.
船和人的总质量为M,原来静止在水面上,质量为m的人从船头水平跳出后,船获得的反冲速度为V,则人跳出去时的速度为( )
正确答案
解析
解:人跳出船的过程系统动量守恒,以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv人+(M-m)V=0,
解得:v人=;
故选:B.
(1)如图1所示,光滑水平面上有两个小球A、B,A球以速度v1与原来静止的B球发生正碰,且碰撞过程中无机械能损失.设A球的质量为m1,B球的质量为m2.
a.求碰撞后它们的速度v1‘和v2';
b.若A的初动能Ek1是一个定值,试论证当m1、m2满足什么关系时,A传给B的动能最少?
(2)如图2所示,将A、B球分别用等长的细线竖直悬挂起来,使它们刚好接触.悬点到球心的距离均为L.让B球静止在最低点,将A球向左拉起一个很小的偏角θ,然后释放,两球在最低点发生正碰且碰撞过程中无机械能损失.若m2=3m1,不考虑空气阻力的影响,释放A球时开始计时(t=0),求两球每次碰撞后的速度以及每次碰撞的时刻.
正确答案
解:(1)a、两个小球A、B发生弹性碰撞,动量守恒、机械能守恒,以A、B组成的系统为研究对象,A的初速度方向为正方向,由动量守恒得:
m1v1=m1v1′+m2v2′,
由机械能守恒定律得:,
解得碰撞后它们的速度:,
;
b、对B,由动能定理得:,
当 m1>>m2或 m1<<m2时,A传给B的动能最少;
(2)A球向下摆动的过程中,由机械能守恒定律得:
,
解得:;
以A、B组成的系统为研究对象,A的初速度方向为正方向,由动量守恒得:
m1v1=m1v1′+m2v2′,
由机械能守恒定律得:,
已知:m2=3m1,
解得A、B第一次碰撞后两球的速度:,
,
A、B第二次碰撞,由动量守恒定律得:m1+3m1(-
)=m1v1″+3m1v2″,
由能量守恒定律得:m1
+
•3m1
=
m1v1″2+=
•3m1v2″2,
第二次碰撞后两球的速度:v1″=-v1,v1″=0;
第三次碰撞过程与第一次相同,第四次碰撞过程与第二次相同,…
第一次、第三次、第五次、…A、B碰撞后的速度:,
,
第二次、第四次、第六次、…A、B碰撞后的速度:v1″=-,v2″=0,
单摆做简谐运动的周期:,
两球发生碰撞的时刻:(其中n=0,1,2,3,…).
答:(1)a、两球碰撞后它们的速度分别为:,
;
b、当 m1>>m2或 m1<<m2时,A传给B的动能最少.
(2)两球每次碰撞后的速度为:
第一次、第三次、第五次、…A、B碰撞后的速度:,
,
第二次、第四次、第六次、…A、B碰撞后的速度:v1″=-,v2″=0,
每次碰撞的时刻为:(其中n=0,1,2,3,…).
解析
解:(1)a、两个小球A、B发生弹性碰撞,动量守恒、机械能守恒,以A、B组成的系统为研究对象,A的初速度方向为正方向,由动量守恒得:
m1v1=m1v1′+m2v2′,
由机械能守恒定律得:,
解得碰撞后它们的速度:,
;
b、对B,由动能定理得:,
当 m1>>m2或 m1<<m2时,A传给B的动能最少;
(2)A球向下摆动的过程中,由机械能守恒定律得:
,
解得:;
以A、B组成的系统为研究对象,A的初速度方向为正方向,由动量守恒得:
m1v1=m1v1′+m2v2′,
由机械能守恒定律得:,
已知:m2=3m1,
解得A、B第一次碰撞后两球的速度:,
,
A、B第二次碰撞,由动量守恒定律得:m1+3m1(-
)=m1v1″+3m1v2″,
由能量守恒定律得:m1
+
•3m1
=
m1v1″2+=
•3m1v2″2,
第二次碰撞后两球的速度:v1″=-v1,v1″=0;
第三次碰撞过程与第一次相同,第四次碰撞过程与第二次相同,…
第一次、第三次、第五次、…A、B碰撞后的速度:,
,
第二次、第四次、第六次、…A、B碰撞后的速度:v1″=-,v2″=0,
单摆做简谐运动的周期:,
两球发生碰撞的时刻:(其中n=0,1,2,3,…).
答:(1)a、两球碰撞后它们的速度分别为:,
;
b、当 m1>>m2或 m1<<m2时,A传给B的动能最少.
(2)两球每次碰撞后的速度为:
第一次、第三次、第五次、…A、B碰撞后的速度:,
,
第二次、第四次、第六次、…A、B碰撞后的速度:v1″=-,v2″=0,
每次碰撞的时刻为:(其中n=0,1,2,3,…).
两个小木块B、C中间夹着一根轻弹簧,将弹簧压缩后用细线将两个木块绑在一起,使它们一起在光滑水平面上沿直线运动,这时它们的运动图线如图中a线段所示,在t=4s末,细线突然断了,B、C都和弹簧分离后,运动图线分别如图中b、c线段所示.从图中的信息可知( )
正确答案
解析
解:A、s-t图象的斜率表示速度,故木块B、C都和弹簧分离后的运动方向相同,故A错误;
B、两个木块系统(包括弹簧)水平方向不受外力,总动量守恒,故木块B、C都和弹簧分离后,系统的总动量不变,故B错误;
C、木块B、C分离过程中B木块的速度增加了,故B木块的动量变大,由于系统的总动量不变,故B的动量增加等于A木块的动量减小,故C错误;
D、两个木块分离前速度:v==1m/s;分离后,B的速度v1=
,C的速度v2=
,根据动量守恒定律,有:
(mB+mC)v=mBv1+mCv2
解得:
故选:D.
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