- 动量守恒定律
- 共6910题
选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母前的方框涂满涂黑.如都作答,则按A、B两小题评分.)
A.(选修模块3-3)
(1)下列说法正确的是______
A.只要外界对气体做功,气体内能一定增大
B.物体由气态变成液态的过程,分子势能减小
C.当分子间距离增大时,分子间引力增大,而分子间斥力减小
D.液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的分子势能
(2)如图所示,弹簧一端固定于水平面上,另一端与质量为m的活塞拴接在一起,开口向下、质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体.气缸和活塞均可与外界进行热交换.若外界环境的温度缓慢降低,则封闭气体的体积将______(填“增大”、“减小”或“不变”),同时将______(填“吸热”、“放热”或“既不吸热,也不放热”).
(3)某种油的密度为ρ,摩尔质量为M.取体积为V的油慢慢滴出,可滴n滴.将其中一滴滴在广阔水面上,形成面积为S的单分子油膜.试估算:①阿伏加德罗常数;②其中一滴油滴含有的分子数.
B.(选修模块3-4)
(1)以下说法中正确的是______
A.隐形战机表面涂料利用了干涉原理,对某些波段的电磁波,涂料膜前后表面反射波相互抵消
B.全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性
C.根据宇宙大爆炸学说,遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线
D.海市蜃楼是光的色散现象引起的
(2)有两个同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室,各自在那里利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了T2~L图象,如图甲所示.去北大的同学所测实验结果对应的图线是______(选填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同学还利用计算机绘制了其在实验室
得到的两个单摆的振动图象(如图乙),由图可知,两单摆摆长之比=______.
(3)如图所示,半圆玻璃砖的半径R=10cm,折射率为n=,直径AB与屏幕垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.求两个光斑之间的距离L.
C.(选修模块3-5)
(1)下列说法正确的有______
A.卢瑟福的α粒子散射实验可以估测原子核的大小
B.氢原子辐射出一个光子后,氢原子的电势能增大,核外电子的运动加速度增大
C.物质波是一种概率波,在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动
D.β衰变说明了β粒子(电子)是原子核的组成部分
(2)如图为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出多个能量不同的光子,其中频率最大的光子能量为______eV,若用此光照射逸出功为2.75V的光电管上,则加在该光电管上的反向遏止电压为______V
(3)查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子.
完成下列核反应方程:24He+49Be→______
通过在云室中让中子与静止的已知质量的核发生正碰的实验可以测定中子的质量,若已知被碰核氮核的质量为M,中子的入射速度大小为v,反弹速度大小为,氮核在碰撞中获得的速度大小为
,则中子的质量多大?
正确答案
解:A.3-3模块
(1)A、外界对气体做功,气体可能放出热量,故内能不一定增加,故A错误;
B、物体由气态变成液态的过程,体积减小,放出热量,故分子势能减小,故B正确;
C、当分子间距离增大时,分子间引力和分子间斥力同时减小,故C错误;
D、液体表面层的分子的分子间距较大,比液体内部的分子有更大的分子势能,故D正确;
故选 BD.
(2)由于外界温度逐渐降低,故气体会降温,放出热量,气体的压强不变,根据理想气体状态方程,,体积逐渐减小;
故答案为:减小,放热.
(3)①油分子的直径为:
一摩尔油的体积为:
所以阿伏加德罗常数为:(注:本题也可以用立方体模型求解)
②一滴油含有的分子数为:
B.3-4模块
(1)A、隐形战机表面涂料利用了光的干涉中的薄膜干涉的原理,从涂层前后两个表面反射的电磁波相干涉后使电磁波减弱,故A正确;
B、全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性,记录下了光的强弱、频率和相位,故B正确;
C、由于多普勒效应,根据宇宙大爆炸学说,遥远星球正在加速远离地球,发出的红光被地球接收到时频率减小,故可能是红外线,故C正确;
D、海市蜃楼是光的全反射现象,故D错误;
故选ABC.
(2)根据单板周期公式,有
由于北大处重力加速度大于南大处重力加速度,故由北大数据得出的T2-L图象的斜率较小,故B图是由北大数据得出的图象;
故选B.
由于单摆的周期的平方与摆长成正比,由图象,Tb=2s,故
故答案为.
(3)画出如图光路图,
设折射角为γ,
根据折射定律
解得 γ=60°
根据几何关系,两个光斑之间的距离为:L=PA+AQ=Rtan30°+2Rsin60°
解得
即两个光斑间的距离为23.1cm.
C.(选修模块3-5)
(1)A、卢瑟福的α粒子散射实验中只有极少数的粒子发生大角度偏转,说明了原子内部有一个较小的核,可以估算出原子核的数量级为10-10m,故A正确;
B、氢原子辐射出一个光子后,氢原子核外电子从较高能级跃迁到较低能级,故轨道半径变小,动能变大,势能变小,故B错误;
C、物质波是一种概率波,在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动,故C正确;
D、β衰变说明了β粒子(电子)是由中子转变成一个质子和一个电子而来,故D错误;
古选AC.
(2)由第四能级向第一能级跃迁时,放出的光子的能量最大,为:E=(-0.85eV)-(-13.6eV)=12.75eV
照到逸出功为2.75eV的材料上时,根据爱因斯坦的光电效应方程,光电子的最大初动能为10eV,故反向遏制电压为10V时,光电流为零;
故答案为:12.75,10.
(3)根据质量数守恒、电荷数守恒,有:24He+49Be→+
根据动量守恒定律,有
解得
m=
即中子的质量为.
解析
解:A.3-3模块
(1)A、外界对气体做功,气体可能放出热量,故内能不一定增加,故A错误;
B、物体由气态变成液态的过程,体积减小,放出热量,故分子势能减小,故B正确;
C、当分子间距离增大时,分子间引力和分子间斥力同时减小,故C错误;
D、液体表面层的分子的分子间距较大,比液体内部的分子有更大的分子势能,故D正确;
故选 BD.
(2)由于外界温度逐渐降低,故气体会降温,放出热量,气体的压强不变,根据理想气体状态方程,,体积逐渐减小;
故答案为:减小,放热.
(3)①油分子的直径为:
一摩尔油的体积为:
所以阿伏加德罗常数为:(注:本题也可以用立方体模型求解)
②一滴油含有的分子数为:
B.3-4模块
(1)A、隐形战机表面涂料利用了光的干涉中的薄膜干涉的原理,从涂层前后两个表面反射的电磁波相干涉后使电磁波减弱,故A正确;
B、全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性,记录下了光的强弱、频率和相位,故B正确;
C、由于多普勒效应,根据宇宙大爆炸学说,遥远星球正在加速远离地球,发出的红光被地球接收到时频率减小,故可能是红外线,故C正确;
D、海市蜃楼是光的全反射现象,故D错误;
故选ABC.
(2)根据单板周期公式,有
由于北大处重力加速度大于南大处重力加速度,故由北大数据得出的T2-L图象的斜率较小,故B图是由北大数据得出的图象;
故选B.
由于单摆的周期的平方与摆长成正比,由图象,Tb=2s,故
故答案为.
(3)画出如图光路图,
设折射角为γ,
根据折射定律
解得 γ=60°
根据几何关系,两个光斑之间的距离为:L=PA+AQ=Rtan30°+2Rsin60°
解得
即两个光斑间的距离为23.1cm.
C.(选修模块3-5)
(1)A、卢瑟福的α粒子散射实验中只有极少数的粒子发生大角度偏转,说明了原子内部有一个较小的核,可以估算出原子核的数量级为10-10m,故A正确;
B、氢原子辐射出一个光子后,氢原子核外电子从较高能级跃迁到较低能级,故轨道半径变小,动能变大,势能变小,故B错误;
C、物质波是一种概率波,在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动,故C正确;
D、β衰变说明了β粒子(电子)是由中子转变成一个质子和一个电子而来,故D错误;
古选AC.
(2)由第四能级向第一能级跃迁时,放出的光子的能量最大,为:E=(-0.85eV)-(-13.6eV)=12.75eV
照到逸出功为2.75eV的材料上时,根据爱因斯坦的光电效应方程,光电子的最大初动能为10eV,故反向遏制电压为10V时,光电流为零;
故答案为:12.75,10.
(3)根据质量数守恒、电荷数守恒,有:24He+49Be→+
根据动量守恒定律,有
解得
m=
即中子的质量为.
质量m的滑块A静止在光滑水平地面上,滑块B以初动能E0向右运动,并与A发生碰撞.已知B的质量是A的K(K取正整数)倍.
(1)若滑块A、B发生完全非弹性碰撞,求B碰撞过程中损失的机械能;
(2)若滑块A、B发生完全弹性碰撞,求碰撞后A、B的速度.
正确答案
解:(1)设滑块A碰B后的共同速度为v,AB碰撞过程中损失的机械能为△E,B的初速度为:v0=,
A、B碰撞过程系统动量守恒,以B的初速度方向为正方向,由动量守恒定律有:kmv0=(km+m)v,
由能量守恒定律有:△E=E0-(km+m)v2,
解得:△E=;
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,设向右为正方向,由于弹性碰撞,由动量守恒定律得:
kmv0=mvA+kmvB,
由能量守恒定律的:E0=mvA2+
kmvB2,
解得:vA=,
vB=;
答:(1)若滑块A、B发生完全非弹性碰撞,B碰撞过程中损失的机械能为;
(2)若滑块A、B发生完全弹性碰撞,碰撞后A、B的速度分别为、
.
解析
解:(1)设滑块A碰B后的共同速度为v,AB碰撞过程中损失的机械能为△E,B的初速度为:v0=,
A、B碰撞过程系统动量守恒,以B的初速度方向为正方向,由动量守恒定律有:kmv0=(km+m)v,
由能量守恒定律有:△E=E0-(km+m)v2,
解得:△E=;
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,设向右为正方向,由于弹性碰撞,由动量守恒定律得:
kmv0=mvA+kmvB,
由能量守恒定律的:E0=mvA2+
kmvB2,
解得:vA=,
vB=;
答:(1)若滑块A、B发生完全非弹性碰撞,B碰撞过程中损失的机械能为;
(2)若滑块A、B发生完全弹性碰撞,碰撞后A、B的速度分别为、
.
光滑水平面上静止放置质量M=3kg的小车C,其上部是一个光滑曲面,曲面下端与B车的光滑上表面等高.质量为m=lkg的小物块A(可看成质点)与相同质量的小车B以v0=2m/s的初速度一起向右运动,B与C相碰并粘合后,A沿C的曲面上滑.已知两小车的碰撞时间极短,取g=10m/s2,求物块A在C曲面上能达到的最大高度h.
正确答案
解:取向右方向为正.对于B和C碰撞过程,BC组成的系统动量守恒,则得:
mv0=(m+M)v1
BC碰撞后,对A、B、C组成的系统,水平方向不受外力,动量守恒,则有:
mv0+(m+M)v1=(2m+M)v2
根据系统的机械能守恒有:
mgh=+
(m+M)v
-
以上三个式子联立解得:h=0.09m
答:物块A在C曲面上能达到的最大高度h为0.09m.
解析
解:取向右方向为正.对于B和C碰撞过程,BC组成的系统动量守恒,则得:
mv0=(m+M)v1
BC碰撞后,对A、B、C组成的系统,水平方向不受外力,动量守恒,则有:
mv0+(m+M)v1=(2m+M)v2
根据系统的机械能守恒有:
mgh=+
(m+M)v
-
以上三个式子联立解得:h=0.09m
答:物块A在C曲面上能达到的最大高度h为0.09m.
如图,质量均为m,可视为质点的A、B两物体紧挨着静止在水平面上的O点,左边有竖直墙壁M,右边在N点与光滑的、半径为R的圆弧槽相连,MO=R,ON=3R,A物体与水平面间的摩擦力忽略不计,B物体与水平面间的动摩擦因数为0.5.现让A物体以初速度v0向左开始运动,设A与竖直墙壁、A与B均发生无机械能损失的碰撞.要使B物体第一次被A碰撞后,恰能上升至圆弧槽最高点P点,已知重力加速度为g,求:
(a)A物体的初速度v0?
(b)B物体最终停在何处?
正确答案
解析
解:a、因A、B相互作用时无机械能损失,有机械能守恒有:
…①
碰撞时动量也守恒,有:mv0=mv1+mv2…②
由①②两式解得:v2=v0…③
即A、B是一定在O点进行且速度互换.
要使B物体恰能上升至圆弧最高点P点,求A物体的初速度,即是求B物体在O点向右出发的速度.对B物体从O点至P点,由动能定理得:…④
由③④解之得:…⑤
b、若v0不变,设B物体在ON间运动的总路程为s,从P点开始,对B物体用动能定理:
mgR-μmgs=0-0…⑥
所以:s=2R…⑦
故B物体最终停在N点左侧2R处.
答:(a)A物体的初速度v0为;
(b)B物体最终停在N点左侧2R处.
如图甲所示,小车B静止在光滑水平上,一个质量为m的铁块A(可视为质点),以水平速度v0=4.0m/s滑上小车B的左端,然后与小车右挡板碰撞,最后恰好滑到小车的中点,已知,小车车面长L=1m.设A与挡板碰撞无机械能损失,碰撞时间可忽略不计,g取10m/s2,求:
(1)A、B最后速度的大小;
(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数;
(3)铁块A与小车B的挡板相碰撞前后小车B的速度,并在图乙坐标中画出A、B相对滑动过程中小车B相对地面的速度v-t图线.
正确答案
解:(1)对A、B系统,由动量守恒定律得:
Mv0=(M+m)v,解得;
(2)A、B系统整个过程,由动能定理得:
μmg×1.5L=,
解得:;
(3)设A、B碰撞前速度分别为v10和v20,
对系统动量守恒 mv0=mv1+Mv2,
对系统能量转化和守恒定律得:
μmgL=
带入数据联立方程,解得v10=1+=2.732 m/s,(舍v10=1-
=-0.732m/s)
v20=1-=0.423m/s,
该过程小车B做匀加速运动,
由牛顿第二定律得:μmg=MaM,
解得:aM=m/s2,v20=aMt1,t1=0.317s,
A、B相碰,设A、B碰后A的速度为v1和 v2
A、B系统动量守恒:mv0=mv1+Mv2
对系统机械能守恒=
,
带入数据联立方程,解得v1=1-=-0.732 m/s,(舍v1=1+
m/s)
“-”说明方向向左;v2=1+=1.577m/s,
该过程小车B做匀减速运动,-μmg=MaM,解得aM=-m/s2,
到最终相对静止:v=v2+aMt2,t2=0.433s,
所以,运动的总时间为:t=t1+t2=0.75s,
小车B的v-t图如图所示;
答:(1)A、B最后速度的为1m/s;
(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数为0.4;
(3)小车B相对地面的速度v-t图线如图所示.
解析
解:(1)对A、B系统,由动量守恒定律得:
Mv0=(M+m)v,解得;
(2)A、B系统整个过程,由动能定理得:
μmg×1.5L=,
解得:;
(3)设A、B碰撞前速度分别为v10和v20,
对系统动量守恒 mv0=mv1+Mv2,
对系统能量转化和守恒定律得:
μmgL=
带入数据联立方程,解得v10=1+=2.732 m/s,(舍v10=1-
=-0.732m/s)
v20=1-=0.423m/s,
该过程小车B做匀加速运动,
由牛顿第二定律得:μmg=MaM,
解得:aM=m/s2,v20=aMt1,t1=0.317s,
A、B相碰,设A、B碰后A的速度为v1和 v2
A、B系统动量守恒:mv0=mv1+Mv2
对系统机械能守恒=
,
带入数据联立方程,解得v1=1-=-0.732 m/s,(舍v1=1+
m/s)
“-”说明方向向左;v2=1+=1.577m/s,
该过程小车B做匀减速运动,-μmg=MaM,解得aM=-m/s2,
到最终相对静止:v=v2+aMt2,t2=0.433s,
所以,运动的总时间为:t=t1+t2=0.75s,
小车B的v-t图如图所示;
答:(1)A、B最后速度的为1m/s;
(2)铁块A与小车B之间的动摩擦因数为0.4;
(3)小车B相对地面的速度v-t图线如图所示.
如图所示,A、B为两个大小可视为质点的小球,A的质量M=0.6kg,B的质量m=0.4kg,B球用长l=1.0m的轻质细绳吊起,当B球处于静止状态时,B球恰好与光滑弧形轨道PQ的末端点P(P端切线水平)接触但无作用力.现使A球从距轨道P端h=0.20m的Q点由静止释放,当A球运动到轨道P端时与B球碰撞,碰后两球粘在一起运动.若g取10m/s2,求两球粘在一起后,悬绳的最大拉力为多大?
正确答案
解:A球沿轨道下滑的过程中,机械能守恒,设其刚与B球碰撞时的速度大小为vA,
由机械能守恒定律得:Mgh=MvA2 ,
解得vA==2.0m/s;
两球相碰撞的过程,系统沿水平方向动量守恒,设碰撞后的共同速度大小为v,
由动量守恒定律得:MvA=(M+m)v,解得v=1.2m/s,
设两球碰撞后开始一起运动的瞬间所受细绳的拉力为T,
根据牛顿第二定律对两球碰撞后的瞬间有 T-(M+m)g=(M+m),
解得:T=11.44N,
根据牛顿第三定律可知,两球对细绳的拉力大小T′=11.44N;
答:两小球碰撞后开始一起运动的瞬间,两球对细绳的拉力为11.44N.
解析
解:A球沿轨道下滑的过程中,机械能守恒,设其刚与B球碰撞时的速度大小为vA,
由机械能守恒定律得:Mgh=MvA2 ,
解得vA==2.0m/s;
两球相碰撞的过程,系统沿水平方向动量守恒,设碰撞后的共同速度大小为v,
由动量守恒定律得:MvA=(M+m)v,解得v=1.2m/s,
设两球碰撞后开始一起运动的瞬间所受细绳的拉力为T,
根据牛顿第二定律对两球碰撞后的瞬间有 T-(M+m)g=(M+m),
解得:T=11.44N,
根据牛顿第三定律可知,两球对细绳的拉力大小T′=11.44N;
答:两小球碰撞后开始一起运动的瞬间,两球对细绳的拉力为11.44N.
一根轻绳长L=1.6m,一端系在固定支架上,另一端悬挂一个质量为M=1kg的沙箱A,沙箱处于静止.质量为m=10g的子弹B以水平速度v0=500m/s射入沙箱,其后以水平速度v=100m/s从沙箱穿出(子弹与沙箱相互作用时间极短).g=10m/s2.求:
(1)子弹射出沙箱瞬间,沙箱的速度u的大小;
(2)沙箱和子弹作为一个系统共同损失的机械能E损;
(3)沙箱摆动后能上升的最大高度h.
正确答案
解:(1)子弹穿过沙箱的过程中动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=Mu+mv,代入数据求得:μ=4m/s.
(2)对系统,由能量守恒定律得,系统损失的机械能为:
E损=mv02-
mv2-
Mu2,代入数据解得:E损=1192J.
(3)沙箱摆动过程中,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:Mgh=Mu2,
代入数据解得:h=0.8m.
故沙箱摆动后能上升的最大高度h=0.8m.
答:(1)子弹射出沙箱瞬间,沙箱的速度u的大小为4m/s;
(2)沙箱和子弹作为一个系统共同损失的机械能E损为1192J;
(3)沙箱摆动后能上升的最大高度h为0.8m.
解析
解:(1)子弹穿过沙箱的过程中动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=Mu+mv,代入数据求得:μ=4m/s.
(2)对系统,由能量守恒定律得,系统损失的机械能为:
E损=mv02-
mv2-
Mu2,代入数据解得:E损=1192J.
(3)沙箱摆动过程中,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:Mgh=Mu2,
代入数据解得:h=0.8m.
故沙箱摆动后能上升的最大高度h=0.8m.
答:(1)子弹射出沙箱瞬间,沙箱的速度u的大小为4m/s;
(2)沙箱和子弹作为一个系统共同损失的机械能E损为1192J;
(3)沙箱摆动后能上升的最大高度h为0.8m.
如图所示,一长度L=3m,高h=0.8m,质量为M=1kg的物块A静止在水平面上.质量为m=0.49kg的物块B静止在A的最左端,物块B与A相比大小可忽略不计,它们之间的动摩擦因数μ1=0.5,物块A与地之间的动摩擦因数μ2=0.1.-个质量为m0=0.01kg可视为质点的子弹,以速度V0沿水平方向射中物块B,假设在任何情况下子弹均不能穿出.g=1O/s2,问:
(1 )子弹以v0=400m/s击中物块B后的瞬间,它们的速度为多少?
(2 )被击中的物块B在A上滑动的过程中,A、B的加速度各为多少?
(3)子弹速度为多少时,能使物块B落地瞬间A同时停下?
正确答案
解:(1)子弹击中B过程中,由动量守恒定律可得:
m0v0=(m0+m)v
解得:v=8m/s
(2)由牛顿第二定律可得:
对B:μ1(m0+m)g=(m0+m)aB
aB=5m/s2,方向水平向左
对A:μ1(m0+m)g-μ2(m0+m+M)g=MaA
aA=1m/s2 向水平向右
(3)子弹击中B过程中,由动量守恒定律可得:
m0v02=(m0+m)vB1
设B在A上运动的时间为t1,
则:SB-SA=L
(vB1t1-aB
)-
aA
=L
B做平抛运动时间,
h=gt2
a′A==1m/s2.
0=aAt1-a′At2
联立求解得:子弹速度v02=vm=435m/s
答:(1 )子弹以v0=400m/s击中物块B后的瞬间,它们的速度是8m/s
(2 )被击中的物块B在A上滑动的过程中,A、B的加速度各为1m/s2和5m/s2,
(3)子弹速度为435m/s时,能使物块B落地瞬间A同时停下.
解析
解:(1)子弹击中B过程中,由动量守恒定律可得:
m0v0=(m0+m)v
解得:v=8m/s
(2)由牛顿第二定律可得:
对B:μ1(m0+m)g=(m0+m)aB
aB=5m/s2,方向水平向左
对A:μ1(m0+m)g-μ2(m0+m+M)g=MaA
aA=1m/s2 向水平向右
(3)子弹击中B过程中,由动量守恒定律可得:
m0v02=(m0+m)vB1
设B在A上运动的时间为t1,
则:SB-SA=L
(vB1t1-aB
)-
aA
=L
B做平抛运动时间,
h=gt2
a′A==1m/s2.
0=aAt1-a′At2
联立求解得:子弹速度v02=vm=435m/s
答:(1 )子弹以v0=400m/s击中物块B后的瞬间,它们的速度是8m/s
(2 )被击中的物块B在A上滑动的过程中,A、B的加速度各为1m/s2和5m/s2,
(3)子弹速度为435m/s时,能使物块B落地瞬间A同时停下.
如图所示,一足够长的传送带以v带=8m/s的速度顺时针匀速运动,在t=0时刻,把质量mA=0.3kg的小物块A由静止轻放在传送带中间位置,小物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.8.在A正前方距离为s处,有一质量mB=0.1kg的小球B,小球B通过长L=0.18m的细绳与固定点O相连,小物块A与小球B等高,且B始终不与传送带接触.1.5s后传送带突然停转,瞬间速度变为零.若A、B发生碰撞后两者将粘在一起绕O点在竖直平面内做圆周运动,并能通过O点正上方的最高点.A、B可视为质点,g=10m/s2,求:
(1)A、B碰撞后瞬间,细绳拉力的最小值.
(2)刚开始时,A与B的距离s应满足的关系.
正确答案
解:(1)设A、B粘在一起后恰好可以通过最高点,在最高点,对整体由牛顿第二定律可得:
(mA+mB)g=(mA+mB),
对整体由机械能守恒定律可得:
(mA+mB)v12=
(mA+mB)v2+(mA+mB)g•2L,
在最低点,对整体由牛顿第二定律可得:
T0-(mA+mB)g=(mA+mB)
联立并代入数据解得:T0=24 N,v1=3m/s,
则 A、B碰撞后瞬间,细绳拉力的最小值为24 N.
(2)对 A、B碰撞过程中,系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒可得:
mAv0=(mA+mB)v1,
代入数据解得:v0=4m/s,
对A,由牛顿第二定律可得:μmAg=mAa,a=8m/s2,
若A是在加速阶段与B碰撞,则有:smin==
=1m,
若A是在减速阶段与B碰撞,则A加速运动的时间:t1==
=1s,
A匀速运动的时间:t2=t-t1=0.5s,
A减速运动的最长时间t3==
=0.5 s,
各自对应的位移是:s1=4m,
s2=v带t2=4m,s3=•t3=3m,
总位移smax=s1+s2+s3=11m,
综上可得:A与B的距离s要满足的关系为1m≤s≤11m.
答:(1)A、B碰撞后瞬间,细绳拉力的最小值为24N.
(2)刚开始时,A与B的距离s应满足的关系是:1m≤s≤11m.
解析
解:(1)设A、B粘在一起后恰好可以通过最高点,在最高点,对整体由牛顿第二定律可得:
(mA+mB)g=(mA+mB),
对整体由机械能守恒定律可得:
(mA+mB)v12=
(mA+mB)v2+(mA+mB)g•2L,
在最低点,对整体由牛顿第二定律可得:
T0-(mA+mB)g=(mA+mB)
联立并代入数据解得:T0=24 N,v1=3m/s,
则 A、B碰撞后瞬间,细绳拉力的最小值为24 N.
(2)对 A、B碰撞过程中,系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒可得:
mAv0=(mA+mB)v1,
代入数据解得:v0=4m/s,
对A,由牛顿第二定律可得:μmAg=mAa,a=8m/s2,
若A是在加速阶段与B碰撞,则有:smin==
=1m,
若A是在减速阶段与B碰撞,则A加速运动的时间:t1==
=1s,
A匀速运动的时间:t2=t-t1=0.5s,
A减速运动的最长时间t3==
=0.5 s,
各自对应的位移是:s1=4m,
s2=v带t2=4m,s3=•t3=3m,
总位移smax=s1+s2+s3=11m,
综上可得:A与B的距离s要满足的关系为1m≤s≤11m.
答:(1)A、B碰撞后瞬间,细绳拉力的最小值为24N.
(2)刚开始时,A与B的距离s应满足的关系是:1m≤s≤11m.
(2016•虹口区一模)质量为40kg的某同学推着质量为10kg的冰车,在水平冰面上以2.0m/s的速度一起向前滑行,不计冰面摩擦.若该同学突然以对地5.0m/s的速度将冰车向前推出,则他的速度变为______m/s,此过程他对冰车所做的功为______J.
正确答案
1.25
105
解析
解:以小孩与冰车组成的系统为研究对象,以初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:(M+m)v0=Mv孩+mv车,
即:(40+10)×2=40×v孩+10×5,解得:v孩=1.25m/s;
由动能定理可得,小孩对冰车所做的功W=mv车2-
mv02=105J;
故答案为:1.25;105
一段凹槽倒扣在水平长木板C上,槽内有一小物块B,它到槽两内侧的距离均为
,如图所示.木板位于光滑水平的桌面上,槽与木板间的摩擦不计,小物块与木板间的摩擦系数为μ.A、B、C三者质量相等,原来都静止.现使槽A以大小为v0的初速向右运动,已知v0<
.当A和B发生碰撞时,两者速度互换.求:从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内,木板C运动的路程.
正确答案
解:A、B第一次发生碰撞后,互换速度,A速度变为零,B以速度v0向右运动,
B向右运动过程中受到向左的摩擦力,B向右做匀减速运动,C向右做匀加速运动,
设B、C达到共同速度v1时,B的位移为s1,设A、B、C的质量都是m,
以B、C组成的系统为研究对象,系统动量守恒,以槽的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=(m+m)v1,
由能量守恒定律得:μmgs1=mv02-
(m+m)v12,
解得:s1=,
已知:v0<,
则s1<l,
由此可知,在B、C达到相同速度v1时,B与A没有发生第二次碰撞,然后B与C一起向右做匀速直线运动一端距离l-s1后,B与A发生第二次碰撞,设C的速度从零变到v1的过程中,C的路程为s2,对C,由动能定理得:
μmgs2=mv12-0,解得:s2=
,
从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内,木板C运动的路程:
s=s2+l-s1=l-.
答:从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内,木板C运动的路程为l-.
解析
解:A、B第一次发生碰撞后,互换速度,A速度变为零,B以速度v0向右运动,
B向右运动过程中受到向左的摩擦力,B向右做匀减速运动,C向右做匀加速运动,
设B、C达到共同速度v1时,B的位移为s1,设A、B、C的质量都是m,
以B、C组成的系统为研究对象,系统动量守恒,以槽的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=(m+m)v1,
由能量守恒定律得:μmgs1=mv02-
(m+m)v12,
解得:s1=,
已知:v0<,
则s1<l,
由此可知,在B、C达到相同速度v1时,B与A没有发生第二次碰撞,然后B与C一起向右做匀速直线运动一端距离l-s1后,B与A发生第二次碰撞,设C的速度从零变到v1的过程中,C的路程为s2,对C,由动能定理得:
μmgs2=mv12-0,解得:s2=
,
从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内,木板C运动的路程:
s=s2+l-s1=l-.
答:从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内,木板C运动的路程为l-.
一炮弹质量为m,以一定的倾角斜向上发射,达到最高点时速度大小为v,方向水平.炮弹在最高点爆炸成两块,其中一块恰好做自由落体运动,质量为,则爆炸后另一块瞬时速度大小为( )
正确答案
解析
解:爆炸过程系统动量守恒,爆炸前动量为mv,设爆炸后另一块瞬时速度大小为v′,
取炮弹到最高点未爆炸前的速度方向为正方向,爆炸过程动量守恒,则有:mv=m•v′,解得:v′=
v;
故选:C.
在水平面上有两个物体A和B,质量分别为mA=2kg,mB=1kg,A与B相距s=9.5m,A以υA=10m/s的初速度向静止的B运动,与B发生碰撞后分开仍沿原来方向运动.已知A从开始到碰后停止共运动了6s钟,问碰后B运动多少时间停止?(已知两物体与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.1,g=10m/s2)
正确答案
解:根据牛顿第二定律得:A物体碰撞前后做匀减速直线运动的加速度:aA==μg=1m/s2,
B物体碰撞后做匀减速直线运动的加速度:aB==μg=1m/s2,
设物体A与B碰撞前的速度为v1,碰撞后的速度为v2,碰撞后B的速度为v3,
根据运动学基本公式得:v12-vA2=2aAxAB,解得:v1=9m/s,
运动的时间为:t1==1s,
则碰撞后A物体运动的时间为t2=t-t1=6-1=5s,
即A物体碰撞后经过5s停止运动,则有:v2=0-aAt2=5m/s,
在碰撞过程中,系统动量守恒,设A的速度为正,
根据动量守恒定律得:mAv1=mAv2+mBv3,且mA=2mB,
解得:v3=8m/s,
碰撞后B做匀减速直线运动,则碰撞后B运动的时间:tB==8s.
答:碰后B运动8s停止.
解析
解:根据牛顿第二定律得:A物体碰撞前后做匀减速直线运动的加速度:aA==μg=1m/s2,
B物体碰撞后做匀减速直线运动的加速度:aB==μg=1m/s2,
设物体A与B碰撞前的速度为v1,碰撞后的速度为v2,碰撞后B的速度为v3,
根据运动学基本公式得:v12-vA2=2aAxAB,解得:v1=9m/s,
运动的时间为:t1==1s,
则碰撞后A物体运动的时间为t2=t-t1=6-1=5s,
即A物体碰撞后经过5s停止运动,则有:v2=0-aAt2=5m/s,
在碰撞过程中,系统动量守恒,设A的速度为正,
根据动量守恒定律得:mAv1=mAv2+mBv3,且mA=2mB,
解得:v3=8m/s,
碰撞后B做匀减速直线运动,则碰撞后B运动的时间:tB==8s.
答:碰后B运动8s停止.
如图所示,质量为M的小球用长为R=0.45m的细绳固定于O点,从A(与O点等高)处由静止释放,与O点正下方B点处质量为
的物块弹性正碰.重力加速度g=10m/s2
1)求小球碰后能上升的高度h
2)已知粗糙水平地面BC及传送带的动摩擦因数均为μ=0.2,传送带长为l=0.5m,顺时针匀速转动,速度大小为υ=2m/s,DE、EF、FH的长度均为S=0.4m.若要保证物块碰后能落入FH间的沙坑内,求BC间的长度L.
正确答案
解:(1)小球摆至B点碰前速度为υ0,由机械能守恒得:①
代人数据解得:②
小球与物块弹性正碰,设碰后速度分别为有υ1、υ2,
有:③
④
联立②③④解得:v1=1m/s,v2=4m/s,
有:
代人数据解得:h=0.05m
(2)设物块从D点以速度υD做平抛落入沙坑,时间为t,水平位移为x,有:
由题知:0.4m≤x≤0.8m
可解得:
讨论:Ⅰ)当,物块在传送带上一定做匀减速运动,此时C点速度最大为v3,
由
得:
Ⅱ)当,物块在传送带上一定做匀加速运动,此时C点速度最小为v4,
由得:v4=0
物块要滑上传送带,则vC>0,故 ⑤
物块从B到C,由动能定理得: ⑥
联立⑤⑥得:1.5m≤L<4m
答:(1)求小球碰后能上升的高度为0.05m;
(2)BC间的长度L的范围为1.5m≤L<4m.
解析
解:(1)小球摆至B点碰前速度为υ0,由机械能守恒得:①
代人数据解得:②
小球与物块弹性正碰,设碰后速度分别为有υ1、υ2,
有:③
④
联立②③④解得:v1=1m/s,v2=4m/s,
有:
代人数据解得:h=0.05m
(2)设物块从D点以速度υD做平抛落入沙坑,时间为t,水平位移为x,有:
由题知:0.4m≤x≤0.8m
可解得:
讨论:Ⅰ)当,物块在传送带上一定做匀减速运动,此时C点速度最大为v3,
由
得:
Ⅱ)当,物块在传送带上一定做匀加速运动,此时C点速度最小为v4,
由得:v4=0
物块要滑上传送带,则vC>0,故 ⑤
物块从B到C,由动能定理得: ⑥
联立⑤⑥得:1.5m≤L<4m
答:(1)求小球碰后能上升的高度为0.05m;
(2)BC间的长度L的范围为1.5m≤L<4m.
如图所示,一个倾角为α的直角斜面体静置于光滑水平面上,斜面体质量为M,顶端高度为h.今有一质量为m的小物体,沿光滑斜面下滑,当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时,斜面体在水平面上移动的距离是( )
正确答案
解析
解:物体与斜面在水平方向上动量守恒,设物块的速度方向为正方向,则有:
mv1-Mv2=0
运动时间相等,则有:
ms1-Ms2=0
由题意可知,s1+s2=
联立解得:
s2=
故选:C
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