- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,质量mB=2kg的平板车B上表面水平,开始时静止在光滑水平面上,在平板车左端静止着一个质量为mA=2kg的物体A.一颗质量为m0=0.01kg的子弹以v0=600m/s的水平初速度瞬间射穿A后,速度变为v=200m/s,已知A与B之间的动摩擦因数不为零,且A与B最终达到相对静止,则AB接触面上产生的热量为多少?
正确答案
解:对于子弹,物块A和平板车B,全过程由动量守恒定律,规定向右为正方向,
m0v0=m0v+(mA+mB)vB,
代入数据解得vB=1m/s.
设子弹射穿物块A后,物块A速度为v1,规定向右为正方向,根据动量守恒得,
m0v0=m0v+mAvA,
代入数据解得vA=2m/s.
由AB组成的系统能量守恒可得,AB接触面产生的热量为Q=,
代入数据解得Q=2J.
答:AB接触面上产生的热量为2J.
解析
解:对于子弹,物块A和平板车B,全过程由动量守恒定律,规定向右为正方向,
m0v0=m0v+(mA+mB)vB,
代入数据解得vB=1m/s.
设子弹射穿物块A后,物块A速度为v1,规定向右为正方向,根据动量守恒得,
m0v0=m0v+mAvA,
代入数据解得vA=2m/s.
由AB组成的系统能量守恒可得,AB接触面产生的热量为Q=,
代入数据解得Q=2J.
答:AB接触面上产生的热量为2J.
如图所示,光滑水平轨道上右侧有竖直墙壁,有三个小滑块A、B、C,质量分别为mB=mC=2mA=2m,A、B用细线连接,中间有一压缩的轻弹簧(弹簧与滑块不拴接).开始时A、B以共同速度v0一起向右运动,C静止.某时刻细线突然断开,A、B被弹开,然后B与C发生碰撞并粘在一起,B、C与墙弹性碰撞后返回,最终A与BC间距离保持不变.求:
(1)A物块最后的速度
(2)A、B分离时弹簧释放的弹性势能.
正确答案
解:(1)A、B弹开的过程中,A、B系统动量守恒,规定向右为正方向,设弹开后B速度为vB,A的速度为vA
(mA+mB)v0=mAvA+mBvB
规定向右为正方向,B、C碰撞过程中动量守恒,设碰后速度为v
mBvB=(mB+mC)v
vA=-v
综上得:vA=-v0“-”表方向水平向左
(2)弹簧释放的弹性势能为EP,则EP+(mA+mB)v02=
mAvA2+
mBvB2
解得EP=3mv02
答:(1)A物块最后的速度为-v0
(2)A、B分离时弹簧释放的弹性势能为3mv02.
解析
解:(1)A、B弹开的过程中,A、B系统动量守恒,规定向右为正方向,设弹开后B速度为vB,A的速度为vA
(mA+mB)v0=mAvA+mBvB
规定向右为正方向,B、C碰撞过程中动量守恒,设碰后速度为v
mBvB=(mB+mC)v
vA=-v
综上得:vA=-v0“-”表方向水平向左
(2)弹簧释放的弹性势能为EP,则EP+(mA+mB)v02=
mAvA2+
mBvB2
解得EP=3mv02
答:(1)A物块最后的速度为-v0
(2)A、B分离时弹簧释放的弹性势能为3mv02.
如图所示,在沙堆表面放置一长方形木块A,其上面再放一个质量为m=0.10kg的爆竹B,木块的质量为M=6.0kg.当爆竹爆炸时,因反冲作用使木块陷入沙中深度h=5cm,而木块所受的平均阻力为f=80N.若爆竹的火药质量以及空气阻力可忽略不计,g取10m/s2,求爆竹能上升的最大高度.
正确答案
解:爆竹爆炸瞬间,设木块获得的瞬时速度v,可由动能定理得:
,解得:
,
爆竹爆炸过程中,爆竹与木块系统动量守恒,以木块的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:Mv-mv0=0,代入数据解得:v0=20m/s,
爆竹能上升的最大高度:;
答:爆竹能上升的最大高度为60m.
解析
解:爆竹爆炸瞬间,设木块获得的瞬时速度v,可由动能定理得:
,解得:
,
爆竹爆炸过程中,爆竹与木块系统动量守恒,以木块的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:Mv-mv0=0,代入数据解得:v0=20m/s,
爆竹能上升的最大高度:;
答:爆竹能上升的最大高度为60m.
有一炮竖直向上发射炮弹,炮弹的质量为M=6.0kg(内含炸药的质量可以忽略不计),射出的初速度v0=60m/s.当炮弹到达最高点时爆炸为沿水平方向运动的两片,其中一片质量为m=4.0kg.现要求这一片不能落到以发射点为圆心、以R=600m为半径的圆周范围内,则刚爆炸完时两弹片的总动能至少多大?(g=10/s2,忽略空气阻力)
正确答案
解:设炮弹止升到达最高点的高度为H,根据匀变速直线运动规律,有
解得:H=180m
设质量为m的弹片刚爆炸后的速度为v,另一块的速度为V,
根据动量守恒定律,有mv=(M-m)V
设质量为m的弹片运动的时间为t,根据平抛运动规律,有
解得t=6s.
R=vt
解得v=100m/s,V=200m/s.
炮弹刚爆炸后,两弹片的总动能
解以上各式得
代入数值得
答:刚爆炸完时两弹片的总动能至少6.0×104J.
解析
解:设炮弹止升到达最高点的高度为H,根据匀变速直线运动规律,有
解得:H=180m
设质量为m的弹片刚爆炸后的速度为v,另一块的速度为V,
根据动量守恒定律,有mv=(M-m)V
设质量为m的弹片运动的时间为t,根据平抛运动规律,有
解得t=6s.
R=vt
解得v=100m/s,V=200m/s.
炮弹刚爆炸后,两弹片的总动能
解以上各式得
代入数值得
答:刚爆炸完时两弹片的总动能至少6.0×104J.
质量分别为m1和m2的两个滑块,在光滑的水平面上分别以速度v1、v2相向运动并发生对心碰撞,碰后v2被左侧的墙原速弹回,又与m1相碰,碰后两球都静止.求第一次碰后m1球的速度.
正确答案
解:以向左为正方向,由动量定恒定律得:
m1v1-m2v2=m1v1′+m2v2′,
m1v1′-m2v2′=0,
解得:v1′=;
答:第一次碰后m1球的速度为.
解析
解:以向左为正方向,由动量定恒定律得:
m1v1-m2v2=m1v1′+m2v2′,
m1v1′-m2v2′=0,
解得:v1′=;
答:第一次碰后m1球的速度为.
如图所示,绝缘光滑水平面上放置有不带电的质量为mA=2kg的滑块A和质量为mB=1kg,带电荷量q=+5C的滑块B.A、B之间夹有一压缩的绝缘弹簧(与A、B不连接),弹簧储存的弹性势能为Ep=12J.水平面与传送带最左端M相切,传送带的长度L=2m,M点的右边存在水平向右的场强为E=2V/m的匀强电场,滑块B与传送带的动摩擦因数μ=0.2.现在自由释放A、B,B滑上传送带之前已经与弹簧脱离,(g=10m/s2),求:
(1)滑块A、B脱离弹簧时A、B的速度大小;
(2)若传送带顺时针转动,试讨论滑块B运动到传送带N端的动能Ek与传送带的速度v的关系.
正确答案
解:(1)根据动量守恒定律,得
mAvA-mBvB=0
根据能量守恒定律,得
EP=mAVA2+
mBvB2
解得vA=2m/s,vB=4m/s
(2)①当传送带的速度0<v≤4 m/s时,
滑块B向右做匀加速直线运动,摩擦力一直做负功,则
E2qL-μmgL=Ek-mvB2
解得Ek=24 J
②当传送带的速度v>4 m/s时,
设传送带的速度为v′,当滑块B运动至传送带右端时,恰好与传送带共速
根据动能定理,得
E2qL+μmqL=mv′2-
mvB2
解得v′=8 m/s
当4 m/s<v<8 m/s时,设小球速度增至与传送带速度相等时,位移为L′,则
E2qL′+μmgL′=mv2-
mvB2
从B至C整个过程:
E2qL+μmgL′-μmg(L-L′)=Ek-mvB2
联立解得:Ek=+
当v≥8 m/s时,摩擦力对滑块B一直做正功
E2qL+μmqL=Ek-mvB2
解得Ek=32 J
答:(1)滑块A、B脱离弹簧时A、B的速度大小分别为2m/s和4m/s;
(2)0<v≤4 m/s时,EK=24J;
v>4 m/s时,Ek=+
当v≥8 m/s时,Ek=32 J
解析
解:(1)根据动量守恒定律,得
mAvA-mBvB=0
根据能量守恒定律,得
EP=mAVA2+
mBvB2
解得vA=2m/s,vB=4m/s
(2)①当传送带的速度0<v≤4 m/s时,
滑块B向右做匀加速直线运动,摩擦力一直做负功,则
E2qL-μmgL=Ek-mvB2
解得Ek=24 J
②当传送带的速度v>4 m/s时,
设传送带的速度为v′,当滑块B运动至传送带右端时,恰好与传送带共速
根据动能定理,得
E2qL+μmqL=mv′2-
mvB2
解得v′=8 m/s
当4 m/s<v<8 m/s时,设小球速度增至与传送带速度相等时,位移为L′,则
E2qL′+μmgL′=mv2-
mvB2
从B至C整个过程:
E2qL+μmgL′-μmg(L-L′)=Ek-mvB2
联立解得:Ek=+
当v≥8 m/s时,摩擦力对滑块B一直做正功
E2qL+μmqL=Ek-mvB2
解得Ek=32 J
答:(1)滑块A、B脱离弹簧时A、B的速度大小分别为2m/s和4m/s;
(2)0<v≤4 m/s时,EK=24J;
v>4 m/s时,Ek=+
当v≥8 m/s时,Ek=32 J
装好炮弹的大炮总质量为M,炮弹质量为m,炮弹射出时相对地面的水平速度为V,炮筒与水平方向夹角为θ,不计炮身与地面间的摩擦,则炮身后退的速度大小为( )
正确答案
解析
解:炮弹离开炮口时,炮弹和炮车在水平方向受到的外力相对于内力可忽略不计,则系统在水平方向动量守恒.
取炮车后退的方向为正,对炮弹和炮车组成系统为研究,根据水平方向动量守恒得:(M-m)v′-mv=0,
解得,炮车后退的速度大小:v′=,故A正确;
故选:A.
如图所示,粗糙斜面与光滑水平地面通过光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角θ=37°,滑块A、C、D的质量均为m=1kg,滑块B的质量为mB=4kg,各滑块均可视为质点.A、B间夹着微量火药.K为处于原长的轻质弹簧,两端分别栓接滑块B和C.火药爆炸后,A与D相碰并粘在一起,沿斜面前进L=0.8m 时速度减为零,接着使其保持静止.已知滑块A、D与斜面间的动摩擦因数均为 μ=0.5,B和C运动过程中弹簧始终处于弹性限度内,取 g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)火药爆炸后A的最大速度vA;
(2)滑块C运动的最大速度vC.
正确答案
解:(1)设A和D碰后的速度为v1,AD滑上斜面,由动能定理:
-(mA+mD)gsinθ•L-μ(mA+mD)gcosθ•L=0-,
得:,
代入数据解得v1=4m/s,
火药爆炸后,A的速度最大为vA,
由动量守恒定律有:
mAvA=(mA+mD)v1,
代入数据解得vA=8m/s
(2)火药爆炸过程,规定B的方向为正方向,对A和B系统,由动量守恒定律,设B获得的速度为vB,
-mAvA+mBvB=0
代入数据解得vB=2 m/s
当弹簧为原长时,滑块C的速度最大为vC,规定B的速度方向为正方向,则:
mBvB=mBvB′+mCvC,
根据能量守恒有:
联立解得
代入数据解得vC=3.2m/s.
答:(1)火药爆炸后A的最大速度为8m/s;
(2)滑块C运动的最大速度为3.2m/s.
解析
解:(1)设A和D碰后的速度为v1,AD滑上斜面,由动能定理:
-(mA+mD)gsinθ•L-μ(mA+mD)gcosθ•L=0-,
得:,
代入数据解得v1=4m/s,
火药爆炸后,A的速度最大为vA,
由动量守恒定律有:
mAvA=(mA+mD)v1,
代入数据解得vA=8m/s
(2)火药爆炸过程,规定B的方向为正方向,对A和B系统,由动量守恒定律,设B获得的速度为vB,
-mAvA+mBvB=0
代入数据解得vB=2 m/s
当弹簧为原长时,滑块C的速度最大为vC,规定B的速度方向为正方向,则:
mBvB=mBvB′+mCvC,
根据能量守恒有:
联立解得
代入数据解得vC=3.2m/s.
答:(1)火药爆炸后A的最大速度为8m/s;
(2)滑块C运动的最大速度为3.2m/s.
如图所示,在光滑的水平面上,有两个质量都是M的小车A和B,两车间用轻弹簧相连,它们以速度v0向右匀速运动,有一质量为m的铁钉从高处自由落下,正好嵌入A车,当两车速度再次相等时的速度为______.
正确答案
解析
解:两车与铁钉组成的系统在水平方向动量守恒,以车的初速度方向为正方向,在水平方向由动量守恒定律得:
2Mv0=(2M+m)v,
解得:v=;
故答案为:.
人站在小车上和小车一起以速度v0沿光滑水平面向右运动.地面上的人将一小球以速度v沿水平方向向左抛给车上的人,人接住后再将小球以同样大小的速度v水平向右抛出,接和抛的过程中车上的人和车始终保持相对静止.重复上述过程,当车上的人将小球向右抛出n次后,人和车速度刚好变为0.已知人和车的总质量为M,求小球的质量m.
正确答案
解:以人和小车、小球组成的系统为研究对象,车上的人第一次将小球抛出,规定向右为正方向,由动量守恒定律:
Mv0-mv=Mv1+mv
得:v1=v0-
车上的人第二次将小球抛出,由动量守恒:
Mv1-mv=Mv2+mv
得:v2=v0-2•
同理,车上的人第n次将小球抛出后,有vn=v0-n•
由题意vn=0,
得:m=
答:小球的质量m为.
解析
解:以人和小车、小球组成的系统为研究对象,车上的人第一次将小球抛出,规定向右为正方向,由动量守恒定律:
Mv0-mv=Mv1+mv
得:v1=v0-
车上的人第二次将小球抛出,由动量守恒:
Mv1-mv=Mv2+mv
得:v2=v0-2•
同理,车上的人第n次将小球抛出后,有vn=v0-n•
由题意vn=0,
得:m=
答:小球的质量m为.
在光滑水平面上放置一木块,一颗子弹以一定的水平初速度打入木块并穿出,如果将木块固定在平面上,子弹穿出时的速度为v1;若木块不固定,子弹穿出时的速度为v2.在这两种情况下,系统的机械能损失分别为△E1和△E2,设子弹穿过木块时受到的阻力相等,则以下正确的是( )
正确答案
解析
解:设子弹的质量为m,木块的质量为M,子弹穿过木块时受到的阻力相等,则系统损失的机械能等于阻力与木块的厚度的乘积,所以,△E1=△E2.
如果将木块固定在平面上,子弹穿出时的速度为v1;根据功能关系,则:
如果木块不固定,子弹穿出木块的过程中满足动量守恒定律,设子弹的速度为v2,木块的速度为v3,设子弹初速度的方向为正方向.则:
mv0=mv2+Mv3
所以可知,v1>v2,故A正确.
故选:A
如图所示,光滑绝缘杆上套有两个完全相同、质量都是m的金属球a、b,a带电量为q(q>0,可视为点电荷),b不带电.M点是ON的中点,且OM=MN=L,整个装置放在与杆平行的匀强电场中.开始时,b静止在杆上MN之间的某点P处(b在与a碰撞之前始终静止于P点),a从杆上O点以速度v0向右运动,到达M点时速度为
,再到P点与b球相碰并粘合在一起(碰撞时间极短),运动到N时速度恰好为零.求:
(1)电场强度E的大小和方向
(2)a、b两球碰撞中损失的机械能△E
(3)a球碰撞b球前的速度v.
正确答案
解:(1)a球从O到M,由动能定理可得:
-qEL=-
解得:E=,方向水平向左.
(2)设两球碰撞中损失的机械能△E,对a、b球从O到N的全过程应用能的转化和守恒定律得:
=qE•2L+△E
则碰撞中损失的机械能为△E=
(3)设a与b碰撞前后的速度分别为v、v′,取向右为正方向,则根据动量守恒定律,则
mv=2mv′
碰撞中减少的机械能为:△E=-
=
,解得:v=
答:
(1)电场强度E的大小为,方向水平向左.
(2)a、b两球碰撞中损失的机械能△E为.
(3)a球碰撞b球前的速度v为.
解析
解:(1)a球从O到M,由动能定理可得:
-qEL=-
解得:E=,方向水平向左.
(2)设两球碰撞中损失的机械能△E,对a、b球从O到N的全过程应用能的转化和守恒定律得:
=qE•2L+△E
则碰撞中损失的机械能为△E=
(3)设a与b碰撞前后的速度分别为v、v′,取向右为正方向,则根据动量守恒定律,则
mv=2mv′
碰撞中减少的机械能为:△E=-
=
,解得:v=
答:
(1)电场强度E的大小为,方向水平向左.
(2)a、b两球碰撞中损失的机械能△E为.
(3)a球碰撞b球前的速度v为.
物理选修3-5
(1)太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,氢核的聚变反应可以看做是4个氢核()结合成1个氦核(
).下表中列出了部分粒子的质量(1u相当于931.5MeV的能量)
①写出氢核聚变的核反应方程:______.
②计算发生一次核反应释放的能量.(以MeV为单位,结果保留三位有效数字)
(2)在2010年温哥华冬奥会上,首次参赛的中国女子冰壶队喜获铜牌,如图为中国队员投掷冰壶的镜头.假设在此次投掷中,冰壶运动一段时间后以0.4m/s的速度与对方的静止冰壶发生正碰,碰后中国队的冰壶以0.1m/s的速度继续向前滑行.若两冰壶质量相等,则对方冰壶获得的速度多大?
正确答案
解:(1)①根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得:411H→24He+210e
②△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.00055u=0.0266 u
△E=0.0266 u×931.5MeV/u=24.8 MeV
(2)设冰壶的质量为m,冰壶碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律得:
mv0=mv1+mv2解得:v2=0.3m/s
答:(1)①该热核反应方程为 411H→24He+210e
②一次这样的热核反应过程中释放出 24.8 MeV能量.
(2)0.3m/s
解析
解:(1)①根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得:411H→24He+210e
②△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.00055u=0.0266 u
△E=0.0266 u×931.5MeV/u=24.8 MeV
(2)设冰壶的质量为m,冰壶碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律得:
mv0=mv1+mv2解得:v2=0.3m/s
答:(1)①该热核反应方程为 411H→24He+210e
②一次这样的热核反应过程中释放出 24.8 MeV能量.
(2)0.3m/s
如图甲所示,在光滑水平面上的两个小球发生正碰,小球的质量分别为m1和m2,图乙为它们碰撞前后的x-t图象.已知m1=0.1kg.由此可以判断( )
正确答案
解析
解:A、由s-t(位移时间)图象的斜率得到,碰前m2的位移不随时间而变化,处于静止.m1向速度大小为v1==4m/s,方向只有向右才能与m2相撞.故A正确.
B、由图读出,碰后m2的速度为正方向,说明向右运动,m1的速度为负方向,说明向左运动.故B错误.
C、由图求出碰后m2和m1的速度分别为v2′=2m/s,v1′=-2m/s,根据动量守恒定律得,m1v1=m2v2′+m1v1′,代入解得,m2=0.3kg.故C正确.
D、碰撞过程中系统损失的机械能为△E=,代入解得,△E=0.594J,故D错误.
故选:AC.
装有炮弹的大炮总质量为M,炮弹的质量为m,炮弹射出炮口时对地的速度为v0,若炮筒与水平地面的夹角为θ,则炮车后退的速度大小为( )
正确答案
解析
解:炮弹离开炮口时,炮弹和炮车在水平方向受到的外力相对于内力可忽略不计,则系统在水平方向动量守恒.
取炮车后退的方向为正,对炮弹和炮车组成系统为研究,根据水平方向动量守恒有:
(M-m)v′-mv0cosθ=0
解得炮车后退的速度大小:v′=
故选:B
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