- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,固定的光滑平台左端固定有一光滑的半圆轨道,轨道半径为R,平台上静止放着两个滑块A、B,其质量mA=m,mB=2m,两滑块间夹有少量炸药.平台右侧有一小车,静止在光滑的水平地面上,小车质量M=3m,车长L=2R,车面与平台的台面等高,车面粗糙,动摩擦因数μ=0.2,右侧地面上有一立桩,立桩与小车右端的距离为S,S在0<S<2R的范围内取值,当小车运动到立桩处立即被牢固粘连.点燃炸药后,滑块A恰好能够通过半圆轨道的最高点D,滑块B冲上小车.两滑块都可以看作质点,炸药的质量忽略不计,爆炸的时间极短,爆炸后两个滑块的速度方向在同一水平直线上,重力加速度为g=10m/s2.求:
(1)滑块A在半圆轨道最低点C受到轨道的支持力FN.
(2)炸药爆炸后滑块B的速度大小VB.
(3)请讨论滑块B从滑上小车在小车上运动的过程中,克服摩擦力做的功Wf与S的关系.
正确答案
解:(1)以水平向右为正方向,设爆炸后滑块A的速度大小为vA,
滑块A在半圆轨道运动,设到达最高点的速度为vAD,
由牛顿第二定律得:mAg=mA,
解得:vAD=,
滑块A在半圆轨道运动过程中,
由动能定理可得:-mAg•2R=mAvAD2-
mAvAC2,
解得:vA=vAC=,
滑块A在半圆轨道最低点C,
由牛顿第二定律得:FN-mAg=mA,
解得:FN=6mg;
(2)在A、B爆炸过程,动量守恒,以B的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mBvB-mAvA=0,解得:vB=;
(3)滑块B滑上小车直到与小车共速,设为v共,
整个过程中,相同动量守恒,以B的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mBvB-(mB+M)v共=0,
解得:v共=,
滑块B从滑上小车到共速时的位移为sB==
,
小车从开始运动到共速时的位移为s共==
R,
两者位移之差(即滑块B相对小车的位移)为:△s=sB-s车=<2R,
即滑块B与小车在达到共速时未掉下小车.
当小车与立桩碰撞后小车停止,然后滑块B以v共向右做匀减速直线运动,则直到停下来发生的位移为 S‘,
s′==
>(L-△s)=
R,则滑块B会从小车滑离.
讨论:当0<s<R时,滑块B克服摩擦力做功为:
Wf=μ•2mg(L+s)=0.4mg(2R+s),
当R≤s≤2R时,滑块B从滑上小车到共速时克服摩擦力做功为:
Wf1=μ•2mgsB=,
然后滑块B以V共向右做匀减速直线运动,则直到停下来发生的位移为:
s==
R<2R 所以,滑块不会从小车滑离.
则滑块共速后在小车运动时克服摩擦力做功为
Wf2=μ•2mg(L-△s)=,
当R<s<2R时,滑块B克服摩擦力做功为:
Wf=Wf1+Wf2=1.1mgR;
答:(1)滑块A在半圆轨道最低点C受到轨道的支持力为6mg.
(2)炸药爆炸后滑块B的速度大小为得:.
(3)滑块B从滑上小车在小车上运动的过程中,克服摩擦力做的功为1.1mgR.
解析
解:(1)以水平向右为正方向,设爆炸后滑块A的速度大小为vA,
滑块A在半圆轨道运动,设到达最高点的速度为vAD,
由牛顿第二定律得:mAg=mA,
解得:vAD=,
滑块A在半圆轨道运动过程中,
由动能定理可得:-mAg•2R=mAvAD2-
mAvAC2,
解得:vA=vAC=,
滑块A在半圆轨道最低点C,
由牛顿第二定律得:FN-mAg=mA,
解得:FN=6mg;
(2)在A、B爆炸过程,动量守恒,以B的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mBvB-mAvA=0,解得:vB=;
(3)滑块B滑上小车直到与小车共速,设为v共,
整个过程中,相同动量守恒,以B的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mBvB-(mB+M)v共=0,
解得:v共=,
滑块B从滑上小车到共速时的位移为sB==
,
小车从开始运动到共速时的位移为s共==
R,
两者位移之差(即滑块B相对小车的位移)为:△s=sB-s车=<2R,
即滑块B与小车在达到共速时未掉下小车.
当小车与立桩碰撞后小车停止,然后滑块B以v共向右做匀减速直线运动,则直到停下来发生的位移为 S‘,
s′==
>(L-△s)=
R,则滑块B会从小车滑离.
讨论:当0<s<R时,滑块B克服摩擦力做功为:
Wf=μ•2mg(L+s)=0.4mg(2R+s),
当R≤s≤2R时,滑块B从滑上小车到共速时克服摩擦力做功为:
Wf1=μ•2mgsB=,
然后滑块B以V共向右做匀减速直线运动,则直到停下来发生的位移为:
s==
R<2R 所以,滑块不会从小车滑离.
则滑块共速后在小车运动时克服摩擦力做功为
Wf2=μ•2mg(L-△s)=,
当R<s<2R时,滑块B克服摩擦力做功为:
Wf=Wf1+Wf2=1.1mgR;
答:(1)滑块A在半圆轨道最低点C受到轨道的支持力为6mg.
(2)炸药爆炸后滑块B的速度大小为得:.
(3)滑块B从滑上小车在小车上运动的过程中,克服摩擦力做的功为1.1mgR.
质量为M 的物块以速度v运动,与质量为m的静止物块发生正碰,碰撞后两者同向运动且M的动量大小是m的2倍.两者质量之比可能为( )
正确答案
解析
解:以M、m组成的系统为研究对象,碰撞过程中,系统动量守恒,以M的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv=mv1+Mv2
碰撞后M的动量大小正好是m的动量大小的两倍,
2mv1=Mv2…①
解得:v2=v,
碰撞时,机械能不能增加,则有:
Mv2≥
mv12+
Mv22… ②
由①②化简整理得:M≥2m,
即2≤≤5,故AD错误,BC正确;
故选:BC.
在光滑的水平面上,有大小相同的A、B两个小球,质量为1kg的A球以4m/s的速度与质量为2kg的静止的B球发生对心正碰,则A、B两球碰后,A球的速度υ1′、B球的速度υ2′的大小可能为( )
正确答案
解析
解:碰撞前A、B两球的总动量为 P=m1υ1+m2υ2=1×4kg•m/s=4kg•m/s,总动能为 Ek==
×1×42J=8J
A、碰撞后A、B两球的总动量为 P=m1υ1′+m2υ2′=(1+2)×kg•m/s=4kg•m/s,总动能为 Ek′=
+
=
×(1+2)×(
)2J=
J,符合动量守恒和总动能不增加的规律,故A正确.
B、碰撞后A、B两球的总动量为 P=m1υ1′+m2υ2′=(-1×1+2×2.5)kg•m/s=4kg•m/s,总动能为 Ek′=+
=
×1×12+
2×(2.5)2J=7.25J,符合动量守恒和总动能不增加的规律,故B正确.
C、碰撞后A、B两球的总动量为 P=m1υ1′+m2υ2′=(1×1+2×3)kg•m/s=7kg•m/s,违反了碰撞的基本规律:动量守恒,不可能,故C错误.
D、碰撞后,υ1′=3 m/s,υ2′=0.5 m/s,υ1′>υ2′,不符合实际运动情况,不可能,故D错误.
故选:AB
甲、乙两球在光滑的水平面上,沿同一直线同一方向运动,它们的动量分别为p甲=10kg•m/s,p乙=14kg•m/s,已知甲的速度大于乙的速度,当甲追上乙发生碰撞后,乙球的动量变为20kg•m/s,则甲、乙两球的质量m甲:m乙的关系可能是( )
正确答案
解析
解:动量P=mv,球的速度v=,甲球速度大于乙球速度,
则有>
,得到
<
=
,
根据动量守恒得,p甲+p乙=p甲′+p乙′,
代入解得p甲′=2kg•m/s.
据碰撞过程总动能不增加得到:
+
≥
+
,
代入解得:<
碰撞后两球同向运动,甲的速度不大于乙的速度,
则≤
,代入解得
≥
,
所 ≤
≤
,
故选:AC.
如图所示,质量为m的小物块Q(大小不计),位于质量为M的平板P的左端,系统原来静 止在光滑水平面上.一不可伸长的轻质细绳长为R,一端悬于Q正上方高为R处,另一端系一质量也为m的 小球.(大小不计),今将小球拉至悬线与竖直方向成600角的位置,由静止释放,小球到达最低点时与Q发生碰撞,且碰撞时间极短,无能 量损失.已知Q刚好不离开平板车,Q与P之间的动摩擦因数为u,M:m=4:1,重力加速度为g求:
①小物块Q最终的速度大小;
②平板车P的长度.
正确答案
解:①小球由静止摆到最低点的过程中,有
mgR(1-cos60°)=mv02
v0=
小球与物块Q相撞时,没有能量损失,动量守恒,机械能守恒,
二者交换速度,即小球静止
且vQ=v0=
设小物块最终的速度为v
由动量守恒定律有mvQ=(M+m)v
代入数据解得v=
②设平板车长度为L
由能量转化和守恒定律有:
μmgL=mvQ2-
(M+m)v2
代入数据解得:L=
答:①小物块Q最终的速度大小;
②平板车P的长度为.
解析
解:①小球由静止摆到最低点的过程中,有
mgR(1-cos60°)=mv02
v0=
小球与物块Q相撞时,没有能量损失,动量守恒,机械能守恒,
二者交换速度,即小球静止
且vQ=v0=
设小物块最终的速度为v
由动量守恒定律有mvQ=(M+m)v
代入数据解得v=
②设平板车长度为L
由能量转化和守恒定律有:
μmgL=mvQ2-
(M+m)v2
代入数据解得:L=
答:①小物块Q最终的速度大小;
②平板车P的长度为.
两球A、B在光滑水平面上沿同一直线,同一方向运动,mA=1kg,mB=2kg,vA=6m/s,vB=2m/s.当A追上B并发生碰撞后,两球A、B速度的可能值是( )
正确答案
解析
解:以碰撞前的速度方向为正方向,碰前系统总动量为:P总=1×6+2×2=10kg•m/s,碰前总动能为:Ek总=×1×62+
×2×22=22J;
A、如果vA′=5m/s,vB′=2.5 m/s,则碰后A的速度大于B的速度,不符合实际,故A错误;
B、如果vA′=2m/s,vB′=4 m/s,系统动量守恒,碰后总动能为E′k总=×1×22+
×2×42=18J,系统动能不增加,故B正确;
C、如果vA′=-4m/s,vB′=3m/s,碰撞后系统总动量:P总后=1×(-4)+2×3=2kg•m/s,系统动量不守恒,故C错误;
D、如果vA′=-2m/s,vB′=6m/s,碰撞后系统总动量:P总后=1×(-2)+2×6=10kg•m/s,系统动量守恒,碰后总动能为E′k总=×1×(-2)2+
×2×62=38J,系统机械能增加,不符合实际,故D错误;
故选:B.
如图所示,质量为M的车厢静止在光滑的水平面上,车厢内有一质量为m的滑块,以初速度v0在车厢地板上向右运动,与车厢两壁发生若干次碰撞,最后静止在车厢中,则车厢最终的速度是( )
正确答案
解析
解:选滑块与小车组成的系统为研究对象,规定向右为正方向,由水平方向动量守恒得:
mv0=(M+m)v
所以有:v=v0
方向水平向右,与v0同向.
故选:C
如图所示,在光滑的水平面上,质量为4m、长为L的木板右端紧靠竖直墙壁,与墙壁不粘连,质量为m的小滑块(可视为质点)以水平速度v0滑上木板左端,滑到木板右端时,速度恰好为零,现小滑块以水平速度v滑上木板左端,滑到木板右端时与竖直墙壁发生弹性碰撞,以原速率弹回,刚好能够滑到木板左端而不从木板上落下,求它们共同运动的速度.
正确答案
解:小物块以速度v0右滑时,由动能定理得:-fL=0-m
,
小滑块以速度v滑上木板到碰墙前速度为v1,由动能定理得:
-fL=m
-
mv2,
碰后至共速由动量守恒,以滑块的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1=(m+4m)v2,
解得:v2=,
答:它们共同运动的速度是.
解析
解:小物块以速度v0右滑时,由动能定理得:-fL=0-m
,
小滑块以速度v滑上木板到碰墙前速度为v1,由动能定理得:
-fL=m
-
mv2,
碰后至共速由动量守恒,以滑块的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1=(m+4m)v2,
解得:v2=,
答:它们共同运动的速度是.
将质量为m0的木块固定在光滑水平面上,一颗质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射入木块,子弹射穿木块时的速度为.现将同样的木块放在光滑的水平桌面上,相同的子弹仍以速度v0沿水平方向射入木块,设子弹在木块中所受阻力不变,则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:
ABC、木块固定时,子弹射穿木块,设木块长度为d,对子弹,由动能定理得:
-fd=m
-
mv02,
木块不固定时,子弹射入木块,系统动量守恒,假设子弹恰好能穿出木块;由动量守恒定律得:
mv0=(m0+m)v,
由能量守恒定律得:
mv02=
(m0+m)v2+fd,
解得:m0=8m,则子弹要穿出木块m0≥8m,故AC错误,B正确;
D、子弹以3v0速度射向木块,并从木块中穿出,子弹以4v0速度射向木块时,木块也能从木块中穿出,木块宽度一定,子弹是越大,子弹穿过木块的时间t越短,子弹穿过木块时受到的阻力f相同,对木块,由动量定理得:
ft=m0v,可知,时间t越短,木块获得的速度越小,则v2<v1,故D错误;
故选:B.
如图所示,一个带圆弧轨道的平台固定在水平地面上,光滑圆弧MN的半径为R=3.2m,水平部分NP长L=3.5m,物体B静止在足够长的平板小车C上,B与小车的接触面光滑,小车的左端紧贴平台的右端.从M点由静止释放的物体A滑至轨道最右端P点后再滑上小车,物体A滑上小车后若与物体B相碰必粘在一起,它们间无竖直作用力.A与平台水平轨道和小车上表面的动摩擦因数都为0.4,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等.物体A、B和小车C的质量均为1kg,取g=10m/s2.求:
(1)物体A进入N点前瞬间对轨道的压力大小?
(2)物体A在NP上运动的时间?
(3)物体A最终离小车左端的距离为多少?
正确答案
解:(1)物体A由M到N过程中,由动能定理得:
mAgR=mAvN2
在N点,由牛顿定律得
FN-mAg=mA
由①、②得FN=3mAg=30N
由牛顿第三定律得,物体A进入轨道前瞬间对轨道压力大小为:FN′=3mAg=30N
(2)物体A在平台上运动过程中
μmAg=mAa
L=vNt-at2
由①、⑤、⑥式得 t=0.5s t=3.5s(不合题意,舍去)
(3)物体A刚滑上小车时速度 v1=vN-at=6m/s
从物体A滑上小车到相对小车静止过程中,小车、物体A组成系统动量守恒,而物体B保持静止
(m A+mC)v2=mAv1
小车最终速度 v2=3m/s
此过程中A相对小车的位移为L1,则解得:L1=
物体A与小车匀速运动直到A碰到物体B,A,B相互作用的过程中动量守恒:
(m A+mB)v3=mAv2
此后A,B组成的系统与小车发生相互作用,动量守恒,且达到共同速度v4
(m A+mB)v3+mCv2=(mA+mB+mC) v4
此过程中A相对小车的位移大小为L2,则
解得:L2=
物体A最终离小车左端的距离为x=L1-L2=
答:(1)物体A进入N点前瞬间对轨道的压力大小为30N;
(2)物体A在NP上运动的时间为0.5s;
(3)物体A最终离小车左端的距离为
解析
解:(1)物体A由M到N过程中,由动能定理得:
mAgR=mAvN2
在N点,由牛顿定律得
FN-mAg=mA
由①、②得FN=3mAg=30N
由牛顿第三定律得,物体A进入轨道前瞬间对轨道压力大小为:FN′=3mAg=30N
(2)物体A在平台上运动过程中
μmAg=mAa
L=vNt-at2
由①、⑤、⑥式得 t=0.5s t=3.5s(不合题意,舍去)
(3)物体A刚滑上小车时速度 v1=vN-at=6m/s
从物体A滑上小车到相对小车静止过程中,小车、物体A组成系统动量守恒,而物体B保持静止
(m A+mC)v2=mAv1
小车最终速度 v2=3m/s
此过程中A相对小车的位移为L1,则解得:L1=
物体A与小车匀速运动直到A碰到物体B,A,B相互作用的过程中动量守恒:
(m A+mB)v3=mAv2
此后A,B组成的系统与小车发生相互作用,动量守恒,且达到共同速度v4
(m A+mB)v3+mCv2=(mA+mB+mC) v4
此过程中A相对小车的位移大小为L2,则
解得:L2=
物体A最终离小车左端的距离为x=L1-L2=
答:(1)物体A进入N点前瞬间对轨道的压力大小为30N;
(2)物体A在NP上运动的时间为0.5s;
(3)物体A最终离小车左端的距离为
质量为M的木块静止在光滑水平面上,一颗质量为 m的子弹,以水平速度击中木块,木块滑行距离s后,子弹与木块以共同速度运动,子弹射入木块的深度为d.为表示该过程,甲、乙两同学分别画出了如图所示的示意图,以下判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、子弹和木块构成一系统,在水平方向上合外力为零,在水平方向上动量守恒,规定向右为正方向,设子弹与木块的共同速度为v,有:
mv0=(m+M)v′
木块在水平面上滑行的距离为s,子弹射入并穿出木块的过程中对木块运用动能定理得:
fs=Mv′2=
根据能量守恒定律得:
Q=fd=m
-
(M+m)v′2=
所以Q=fd>fs,即d>s,
不论速度、质量大小关系如何,乙图正确,故AB错误;
C、子弹和木块构成一系统,在水平方向上合外力为零,系统动量守恒,系统动量变化为零,
所以子弹的动量变化与木块的动量变化大小相等,方向相反,
根据动量定理得子弹对木块的冲量等于木块的动量变化,木块对子弹的冲量等于子弹的动量变化,
所以不论速度、质量大小关系如何,子弹对木块的冲量和木块对子弹的冲量大小相等,故C正确;
D、木块获得的动能为:Mv′2=
,
摩擦产生的内能为:Q=,所以不论速度、质量大小关系如何,木块获得的动能总会少于摩擦产生的内能.故D正确;
故选:CD.
解放军鱼雷快艇在南海海域附近执行任务,假设鱼雷快艇的总质量为M,以速度υ前进,现沿快艇前进方向发射一颗质量为m的鱼雷后,快艇速度减为原来的
,不计水的阻力,则鱼雷的发射速度为( )
正确答案
解析
解:设快艇的速度方向为正方向;
根据动量守恒定律有:Mv=(M-m)v+mv′.
解得v′=
故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
如图所示的凹形场地,两端是半径为L=1m的光滑圆弧面,中间长为2L的粗糙水平面.质量为3m的滑块乙开始停在水平面的中点O处,质量为m的滑块甲从光滑圆弧面顶端A处无初速度滑下,进入水平面内与乙发生碰撞,碰后甲以碰前一半的速度反弹.已知甲、乙与水平面的动摩擦因数分别为μ1=0.2、μ2=0.1,甲、乙的体积大小忽略不计.g=10m/s2.求:
(1)甲与乙碰撞前的速度.
(2)碰后瞬间乙的速度.
(3)甲、乙在O处发生碰撞后,请判断能否发生第二次碰撞?并通过计算确定甲、乙最后停止所在的位置.
正确答案
解:(1)设甲到达O处与乙碰撞前的速度为v甲,由动能定理:
mgL-μ1mgL=
得:v甲==
=4m/s
(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲′、v乙′,由动量守恒:
m甲v甲=m甲v甲′+m乙v乙′
又:v甲′=-v甲
得:v乙′=2m/s
(3)设碰撞后两个滑块在BC滑行的路程分别为S甲和S甲时停止运动.根据动能定理得:
对甲:-μ1mgS甲=-m
解得:S甲=1m,甲停在B点,
对乙:-μ23mgS乙=-3m
解得:S乙=2m,乙滑上圆弧面再滑下最后停在O点,与甲不能再次相碰.
答:(1)甲与乙碰撞前的速度为.
(2)碰后瞬间乙的速度为.
(3)甲、乙在O处发生碰撞后,不能发生第二次碰撞,甲停在B点,乙滑上圆弧面再滑下最后停在O点,
解析
解:(1)设甲到达O处与乙碰撞前的速度为v甲,由动能定理:
mgL-μ1mgL=
得:v甲==
=4m/s
(2)设碰撞后甲、乙的速度分别为v甲′、v乙′,由动量守恒:
m甲v甲=m甲v甲′+m乙v乙′
又:v甲′=-v甲
得:v乙′=2m/s
(3)设碰撞后两个滑块在BC滑行的路程分别为S甲和S甲时停止运动.根据动能定理得:
对甲:-μ1mgS甲=-m
解得:S甲=1m,甲停在B点,
对乙:-μ23mgS乙=-3m
解得:S乙=2m,乙滑上圆弧面再滑下最后停在O点,与甲不能再次相碰.
答:(1)甲与乙碰撞前的速度为.
(2)碰后瞬间乙的速度为.
(3)甲、乙在O处发生碰撞后,不能发生第二次碰撞,甲停在B点,乙滑上圆弧面再滑下最后停在O点,
质量为m的小球A在光滑的水平面上以速度v0与质量为2m的静止小球B发生正碰,碰后A球的动能恰好变为原来的,则B球速度大小可能是( )
正确答案
解析
解:根据碰后A球的动能恰好变为原来的得:
v=
碰撞过程中AB动量守恒,则
mv0=mv+2mvB
解得:或
故选AD.
质量为M的气球上有一质量为 m的猴子,气球和猴子静止在离地高为h的空中.从气球上放下一架不计质量的软梯,为使猴子沿软梯安全滑至地面,则软梯至少应为多长?
正确答案
解:设下降过程中,气球上升高度为H,由题意知猴子下落高度为h,
取猴子和气球为系统,系统所受合外力为零,所以在竖直方向动量守恒,由动量守恒定律得:M•H=m•h,
解得
所以软梯长度至少为L=h+H=
答:为使猴子沿软梯安全滑至地面,则软梯至少应为.
解析
解:设下降过程中,气球上升高度为H,由题意知猴子下落高度为h,
取猴子和气球为系统,系统所受合外力为零,所以在竖直方向动量守恒,由动量守恒定律得:M•H=m•h,
解得
所以软梯长度至少为L=h+H=
答:为使猴子沿软梯安全滑至地面,则软梯至少应为.
扫码查看完整答案与解析