- 动量守恒定律
- 共6910题
开学初,小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行,面额10元,每人限兑20枚,且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通,必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误,国家无权规定纪念币的实际购买力;④错误,纪念币与同面额人民币等值流通,在任何时间地点都可使用;由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币,可以直接购买商品,也具有支付手段等货币职能,因其发行量有限,具有一定的收藏价值和升值空间,故②③正确。
知识点
如图所示,质量M=9kg小车B静止在光滑水平面上,小车右端固定一轻质弹簧,质量m=0.9kg的木块A(可视为质点)靠弹簧放置并处于静止状态,A与弹簧不栓接,弹簧处于原长状态.木块A右侧车表面光滑,木块A左侧车表面粗糙,动摩擦因数μ=0.75.一颗质量m0=0.1kg的子弹以v0=100m/s的初速度水平向右飞来,瞬间击中木块并留在其中.如果最后木块A刚好不从小车左端掉下来,求:小车最后的速度及木块A到小车左端的距离.
正确答案
解:当平板车与木块速度相同时,弹簧被压缩到最短,设此时速度为V1,以木块、木板、弹簧为系统,系统动量守恒,以木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m0v0=(M+m+m0)v1
v1=1m/s
子弹进入木块的过程中动量守恒,得:m0v0=(m+m0)v2
v2=10m/s
滑块在小车是滑动的过程中:(m+m0)v22-
(M+m+m0) v12=μmgL
联立解得:L=6m
答:小车最后的速度是1m/s;木块A到小车左端的距离是6m.
解析
解:当平板车与木块速度相同时,弹簧被压缩到最短,设此时速度为V1,以木块、木板、弹簧为系统,系统动量守恒,以木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m0v0=(M+m+m0)v1
v1=1m/s
子弹进入木块的过程中动量守恒,得:m0v0=(m+m0)v2
v2=10m/s
滑块在小车是滑动的过程中:(m+m0)v22-
(M+m+m0) v12=μmgL
联立解得:L=6m
答:小车最后的速度是1m/s;木块A到小车左端的距离是6m.
如图所示,在光滑水平地面上,有一质量分别为9m和m的甲、乙两个小球均以大小为v0=1m/s的速度先后向右运动,甲与右边地竖直墙壁碰撞后以相同速率反向弹回,然后与乙小球发生弹性正碰.
(1)若m=1kg,求甲小球与墙壁碰撞过程受到墙壁的冲量大小;
(2)求甲、乙小球碰撞后乙小球的速度大小.
正确答案
解:(1)以向左为正方向,对甲球,由动量定理得:
I=9mv0-(-9mv0),
代入数据解得:I=18N•s;
(2)甲、乙两球碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
9mv0-mv0=9mv1+mv2,
由机械能守恒定律的:•9mv02+
mv02=
•9mv12+
mv22,
解得:v1=0.6m/s,v2=2.6m/s,(v1=1m/s,v2=-1m/s不合题意,舍去);
答:(1)若m=1kg,甲小球与墙壁碰撞过程受到墙壁的冲量大小为18N•s;
(2)甲、乙小球碰撞后乙小球的速度大小我2.6m/s.
解析
解:(1)以向左为正方向,对甲球,由动量定理得:
I=9mv0-(-9mv0),
代入数据解得:I=18N•s;
(2)甲、乙两球碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
9mv0-mv0=9mv1+mv2,
由机械能守恒定律的:•9mv02+
mv02=
•9mv12+
mv22,
解得:v1=0.6m/s,v2=2.6m/s,(v1=1m/s,v2=-1m/s不合题意,舍去);
答:(1)若m=1kg,甲小球与墙壁碰撞过程受到墙壁的冲量大小为18N•s;
(2)甲、乙小球碰撞后乙小球的速度大小我2.6m/s.
质量为M的小车置于水平面上.小车的上表面由1/4圆弧和平面组成,车的右端固定有一不计质量的弹簧,圆弧AB部分光滑,半径为R,平面BC部分粗糙,长为l,C点右方的平面光滑.滑块质量为m,从圆弧最高处A无初速下滑(如图),与弹簧相接触并压缩弹簧,最后又返回到B相对于车静止.求:
(1)BC部分的动摩擦因数μ;
(2)弹簧具有的最大弹性势能;
(3)当滑块与弹簧刚分离时滑块和小车的速度大小.
正确答案
解:(1)滑块与小车初始状态为静止,末状态滑块相对小车静止,即两者共速且速度为0,
据能量守恒:
mgR=μmg•2l,
∴
(2)弹簧压缩到最大形变量时,滑块与小车又一次共速,且速度均为0,此时据能量守恒,
弹簧的弹性势能
(3)弹簧与滑块分离的时候,弹簧的弹性能为0,设此时滑块速度为v1,小车速度为v2据能量守恒有:
又因为系统动量守恒,有:mv1-Mv2=0
解得:
答:(1)BC部分的动摩擦因数;
(2)弹簧具有的最大弹性势能是;
(3)当滑块与弹簧刚分离时滑块和小车的速度大小分别是,
.
解析
解:(1)滑块与小车初始状态为静止,末状态滑块相对小车静止,即两者共速且速度为0,
据能量守恒:
mgR=μmg•2l,
∴
(2)弹簧压缩到最大形变量时,滑块与小车又一次共速,且速度均为0,此时据能量守恒,
弹簧的弹性势能
(3)弹簧与滑块分离的时候,弹簧的弹性能为0,设此时滑块速度为v1,小车速度为v2据能量守恒有:
又因为系统动量守恒,有:mv1-Mv2=0
解得:
答:(1)BC部分的动摩擦因数;
(2)弹簧具有的最大弹性势能是;
(3)当滑块与弹簧刚分离时滑块和小车的速度大小分别是,
.
光滑水平面上,用弹簧相连接的质量均为2kg的A、B两物体都以v0=6m/s速度向右运动,弹簧处于原长.质量为4kg的物体C静止在前方,如图所示,B与C发生碰撞后粘合在一起运动,在以后的运动中,求:
(1)弹性势能最大值为多少?
(2)当A的速度为零时,弹簧的弹性势能为多少?
正确答案
解:(1)由B、C碰撞瞬间,B、C的总动量守恒,由动量守恒定律得:mBv0=(mB+mC)v,解得v=2m/s;
三个物体速度相同时弹性势能最大,由动量守恒定律得:
mAv0+mBv0=(mA+mB+mC)v共,解得v共=3m/s
设最大弹性势能为Ep,由机械能守恒得:
(2)当A的速度为零时,由动量定恒定律得:
mAv0+mBv0=(mB+mC)vBC,解得vBC=4m/s
则此时的弹性势能
答:(1)弹性势能最大值为12J;
(2)当A的速度为零时,弹簧的弹性势能为0.
解析
解:(1)由B、C碰撞瞬间,B、C的总动量守恒,由动量守恒定律得:mBv0=(mB+mC)v,解得v=2m/s;
三个物体速度相同时弹性势能最大,由动量守恒定律得:
mAv0+mBv0=(mA+mB+mC)v共,解得v共=3m/s
设最大弹性势能为Ep,由机械能守恒得:
(2)当A的速度为零时,由动量定恒定律得:
mAv0+mBv0=(mB+mC)vBC,解得vBC=4m/s
则此时的弹性势能
答:(1)弹性势能最大值为12J;
(2)当A的速度为零时,弹簧的弹性势能为0.
质量为35g的子弹,以475m/s的速度水平射向静止在水平面上的质量为2.5kg的木块,子弹射穿木块后速度降为275m/s,则木块的运动速度为______.
正确答案
2.8m/s
解析
解:取子弹和木块组成的系统为研究对象,在子弹与木块相互作用时,水平面对木块的摩擦力与它们之间的作用力相比可以忽略不计,因而系统动量守恒.
设子弹的运动方向为正方向,则有:v1=475 m/s,v2=0,v1′=275 m/s,
根据动量守恒定律:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,
有:v2′==2.8m/s
故答案为:2.8m/s.
随着机动车数量的增加,交通安全问题日益凸显.分析交通违法事例,将警示我们遵守交通法规,珍惜生命.一货车严重超载后的总质量为49t,以54km/h的速率匀速行驶.发现红灯时司机刹车,货车即做匀减速直线运动,加速度的大小为2.5m/s2(不超载时则为5m/s2).
(1)若前方无阻挡,问从刹车到停下来此货车在超载及不超载时分别前进多远?
(2)若超载货车刹车时正前方25m处停着总质量为1t的轿车,两车将发生碰撞,设相互作用0.1s后获得相同速度,问货车对轿车的平均冲力多大?
正确答案
解:(1)、货车刹车时的初速是v0=15m/s,末速是0,加速度分别是2.5m/s2和5m/s2,根据位移推论式
得:
代入数据解得:超载时的位移S1=45m
不超载是的位移S2=22.5m
(2)、根据位移推论式
可求出货车与轿车相撞时的速度为m/s
相撞时两车的内力远远大于外力,动量守恒,
根据 Mv=(M+m)V共
得:V共=9.8m/s
以轿车为研究对象,根据动量定理有ft=mV共
解得:f=9.8×104N
答:(1)若前方无阻挡,从刹车到停下来此货车在超载及不超载时分别前进45m和22.5m
(2)货车对轿车的平均冲力为9.8×104N
解析
解:(1)、货车刹车时的初速是v0=15m/s,末速是0,加速度分别是2.5m/s2和5m/s2,根据位移推论式
得:
代入数据解得:超载时的位移S1=45m
不超载是的位移S2=22.5m
(2)、根据位移推论式
可求出货车与轿车相撞时的速度为m/s
相撞时两车的内力远远大于外力,动量守恒,
根据 Mv=(M+m)V共
得:V共=9.8m/s
以轿车为研究对象,根据动量定理有ft=mV共
解得:f=9.8×104N
答:(1)若前方无阻挡,从刹车到停下来此货车在超载及不超载时分别前进45m和22.5m
(2)货车对轿车的平均冲力为9.8×104N
如图所示,在光滑的水平面上放置A、B两个物体,其中B物体带有一个质量不计的弹簧.A的物体质量为m,当物体A以速度v向着B运动,并压缩弹簧,在压缩弹簧的过程中,下面说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在AB碰撞并压缩弹簧,在压缩弹簧的过程中,系统所受合外力为零,系统动量守恒,在任意时刻,A、B两个物体组成的系统的总动量都为mv,故A正确;
B、系统发生弹性碰撞,机械能守恒,AB的动能及弹簧的弹性势能之和不变,在任意时刻,A、B两个物体组成的系统的总动能都小于mv2,故B错误;
C、在任意的一段时间内,A、B两个物体受到的弹力大小相等,根据冲量I=Ft得:冲量大小相等,故C正确;
D、当AB两个物体速度相等时,两物体相距最近,即弹簧被压缩到最短,故D正确.
本题选错误的
故选:B
在如图所示的光滑水平面上,小明站在静止的小车上用力向右推静止的木箱,木箱最终以速度v向右匀速运动.已知木箱的质量为m,人与车的质量为2m.木箱运动一段时间后与竖直墙壁发生弹性碰撞,反弹回来后被小明接住.求:
(Ⅰ)推出木箱后小明和小车一起运动的速度v1的大小;
(Ⅱ)小明接住木箱后三者一起运动,在这个过程中系统能量损失了多少.
正确答案
解:(Ⅰ)人小明推出木箱过程系统动量守恒,取向左为正方向,由动量守恒定律得:
2mv1-mv=0,
解得:v1=v;
(Ⅱ)小明接木箱的过程中动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:
mv+2mv1=(m+2m)v2,
解得:v2=v,
由能量守恒定律得:mv2+
•2mv12=
(m+2m)v22+△E,
解得:△E=mv2;
答:(Ⅰ)推出木箱后小明和小车一起运动的速度v1的大小为v;
(Ⅱ)小明接住木箱后三者一起运动,在这个过程中系统能量损失了mv2.
解析
解:(Ⅰ)人小明推出木箱过程系统动量守恒,取向左为正方向,由动量守恒定律得:
2mv1-mv=0,
解得:v1=v;
(Ⅱ)小明接木箱的过程中动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:
mv+2mv1=(m+2m)v2,
解得:v2=v,
由能量守恒定律得:mv2+
•2mv12=
(m+2m)v22+△E,
解得:△E=mv2;
答:(Ⅰ)推出木箱后小明和小车一起运动的速度v1的大小为v;
(Ⅱ)小明接住木箱后三者一起运动,在这个过程中系统能量损失了mv2.
如图,Q为一个原来静止在光滑水平面上的物体,其DB段为一半径为R的光滑圆弧轨道,AD段为一长度为L=R的粗糙水平轨道,二者相切于D点,D在圆心O的正下方,整个轨道位于同一竖直平面内.物块P的质量为m(可视为质点),P与AD间的动摩擦因数μ=0.1,物体Q的质量为M=2m,重力加速度为g.
(1)若Q固定,P以速度v0从A点滑上水平轨道,冲至C点后返回A点时恰好静止,求v0的大小和P刚越过D点时对Q的压力大小.
(2)若Q不固定,P仍以速度v0从A点滑上水平轨道,求P在光滑圆弧轨道上所能达到的最大高度h.
正确答案
解:(1)P从A到C又返回A的过程中,由动能定理有
-μmg•2L=0-m
①
将L=R代入①解得
v0= ②
若P在D点的速度为vD,Q对P的支持力为FD,由动能定理和牛顿定律有
-μmgL=m
-
m
③
根据牛顿第二定律得
FD-mg=m ④
联立解得
FD=1.2mg ⑤
由牛顿第三定律可知,P对Q的压力大小也为1.2mg.
(2)当PQ具有共同速度v时,P达到的最大高度h,由动量守恒定律有
mv0=(m+M)v ⑥
由功能关系有
m
=μmgL+
(m+M)v2+mgh ⑦
联立解得
h=R
答:(1)若Q固定,P以速度v0从A点滑上水平轨道,冲至C点后返回A点时恰好静止,v0的大小是,P刚越过D点时对Q的压力大小是1.2mg.
(2)若Q不固定,P仍以速度v0从A点滑上水平轨道,P在光滑圆弧轨道上所能达到的最大高度h是R.
解析
解:(1)P从A到C又返回A的过程中,由动能定理有
-μmg•2L=0-m
①
将L=R代入①解得
v0= ②
若P在D点的速度为vD,Q对P的支持力为FD,由动能定理和牛顿定律有
-μmgL=m
-
m
③
根据牛顿第二定律得
FD-mg=m ④
联立解得
FD=1.2mg ⑤
由牛顿第三定律可知,P对Q的压力大小也为1.2mg.
(2)当PQ具有共同速度v时,P达到的最大高度h,由动量守恒定律有
mv0=(m+M)v ⑥
由功能关系有
m
=μmgL+
(m+M)v2+mgh ⑦
联立解得
h=R
答:(1)若Q固定,P以速度v0从A点滑上水平轨道,冲至C点后返回A点时恰好静止,v0的大小是,P刚越过D点时对Q的压力大小是1.2mg.
(2)若Q不固定,P仍以速度v0从A点滑上水平轨道,P在光滑圆弧轨道上所能达到的最大高度h是R.
如图所示,质量分别为m和2m的A、B两个木块间用轻弹簧相连,放在光滑水平面上,A靠紧竖直墙.用水平力F将B向左压,使弹簧被压缩一定长度,静止后弹簧储存的弹性势能为E.这时突然撤去F,关于A、B和弹簧组成的系统,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、撤去F后,A离开竖直墙前,竖直方向两物体的重力与水平面的支持力平衡,合力为零,而墙对A有向右的弹力,使系统的动量不守恒.这个过程中,只有弹簧的弹力对B做功,系统的机械能守恒.A离开竖直墙后,系统水平方向不受外力,竖直方向外力平衡,则系统的动量守恒,只有弹簧的弹力做功,机械能也守恒.故A错误,B正确.
C、撤去F后,A离开竖直墙后,当两物体速度相同时,弹簧伸长最长或压缩最短,弹性势能最大.设两物体相同速度为v,A离开墙时,B的速度为v0.以向右为正方向,由动量守恒定律得:2mv0=3mv,由机械能守恒定律得:E=•3mv2+EP,又E=
mv02,解得,弹簧的弹性势能最大值为EP=
E,故C正确,D错误.
故选:BC.
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mA=m,mB=mC=2m,A、B用细绳连接,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.某时刻细绳突然断开,A、B被弹开,然后B与C发生碰撞并粘在一起.BC与墙壁发生弹性碰撞后返回,最终A与BC间距保持不变.求:
(i)A物块最后的速度.
(ii)A、B分离时弹簧释放的弹性势能.
正确答案
解:(1)A、B组成的系统,在细绳断开的过程中动量守恒,
规定向右为正方向,
(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,
B与C碰撞过程中动量守恒,
mBvB=(mB+mC)v,
BC与墙壁发生弹性碰撞后返回,最终A与BC间距保持不变,所以vA=-v0,方向水平向左
(2)由能量守恒定律得,弹簧的弹性势能:
EP+(mA+mB)
=
mAvA2+
mBvB2
解得:EP=3m.
答:
(i)A物块最后的速度大小是v0,方向水平向左.
(ii)A、B分离时弹簧释放的弹性势能是3m.
解析
解:(1)A、B组成的系统,在细绳断开的过程中动量守恒,
规定向右为正方向,
(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,
B与C碰撞过程中动量守恒,
mBvB=(mB+mC)v,
BC与墙壁发生弹性碰撞后返回,最终A与BC间距保持不变,所以vA=-v0,方向水平向左
(2)由能量守恒定律得,弹簧的弹性势能:
EP+(mA+mB)
=
mAvA2+
mBvB2
解得:EP=3m.
答:
(i)A物块最后的速度大小是v0,方向水平向左.
(ii)A、B分离时弹簧释放的弹性势能是3m.
如图所示,一砂袋用无弹性轻细绳悬于O点.开始时砂袋处于静止状态,此后用弹丸以水平速度击中砂袋后均未穿出.第一次弹丸的速度为v0,打入砂袋后二者共同摆动的最大摆角为θ(θ<90°),当其第一次返回图示位置时,第二粒弹丸以另一水平速度v又击中砂袋,使砂袋向右摆动且最大摆角仍为θ.若弹丸质量均为m,砂袋质量为5m,弹丸和砂袋形状大小忽略不计,求两粒弹丸的水平速度之比
为多少?
正确答案
解:弹丸击中砂袋瞬间,系统水平方向不受外力,动量守恒,设碰后弹丸和砂袋的共同速度为v1,细绳长为L,根据动量守恒定律有mv0=(m+5m)v1,
砂袋摆动过程中只有重力做功,机械能守恒,所以
=6mgL(1-cosθ)
设第二粒弹丸击中砂袋后弹丸和砂袋的共同速度为v2,同理有:mv-(m+5m)v1=(m+6m)v2
=7mgL(1-cosθ),
联解上述方程得=
答:两粒弹丸的水平速度之比为
.
解析
解:弹丸击中砂袋瞬间,系统水平方向不受外力,动量守恒,设碰后弹丸和砂袋的共同速度为v1,细绳长为L,根据动量守恒定律有mv0=(m+5m)v1,
砂袋摆动过程中只有重力做功,机械能守恒,所以
=6mgL(1-cosθ)
设第二粒弹丸击中砂袋后弹丸和砂袋的共同速度为v2,同理有:mv-(m+5m)v1=(m+6m)v2
=7mgL(1-cosθ),
联解上述方程得=
答:两粒弹丸的水平速度之比为
.
如图所示,质量为M的小车原来静止在光滑水平面上,小车A端固定一根轻弹簧,弹簧的另一端放置一质量为m的物体C,小车底部光滑,开始让弹簧处于压缩状态,当弹簧释放后,物体C被弹出向小车B端运动,最后与B端粘在一起,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、整个系统在水平方向不受外力,竖直方向上合外力为零,则系统动量一直守恒,系统初动量为零,物体离开弹簧时向右运动,根据系统的动量守恒定律得小车向左运动,故A正确;
B、取物体C的速度方向为正方向,根据系统的动量守恒定律得:0=mv-Mv′,
得物体与B端粘在一起之前,小车的运动速率与物体C的运动速率之比=
,故B正确;
C、当物体C与B端粘在一起时,整个系统最终ABC的速度相同,根据系统的动量守恒定律得:0=(M+m)v″,v″=0,系统又处于止状态,故C正确,D错误;
故选:ABC.
如图所示,木块 A 的右侧为光滑曲面,且下端极薄.其质量为1.0kg,静止于光滑的水平面上,一个质量也为1.0kg的小球 B以5.0m/s 的速度从右向左运动冲上A的曲面,与 A发生相互作用.B球与 A 曲面相互作用结束后,B球的速度是( )
正确答案
解析
解:以A、B组成的系统为研究对象,以向左为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得:
mBv0=-mBvB+mAvA,
由机械能守恒定律得:
mBv02=
mBvB2+
mAvA2,
联立并代入数据得:vA=5m/s,vB=0m/s;
故选:A.
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