- 动量守恒定律
- 共6910题
质量为ma=1kg,mb=2kg的小球在光滑的水平面上发生碰撞,碰撞前后两球的位移-时间图象如图所示,则可知碰撞属于( )
正确答案
解析
解:根据x-t图象可知:a球的初速度为:va==3m/s,b球的初的速度为vb=0,
碰撞后a球的速度为:va′=-=-1m/s
碰撞后b球的速度为:vb′==2m/s
两球碰撞过程中,动能变化量为:△Ek=mava2+0-
mava′2
=
×1×32-
×1×12-
×2×22=0
则知碰撞前后系统的总动能不变,此碰撞是弹性碰撞;
故选:A.
细线下吊一个质量为m0的沙袋,构成一个单摆,摆长为l,单摆原来静止;一颗质量为m的子弹水平射入沙袋并留在沙袋中,随沙袋一起摆动.已知沙袋摆动时摆线的最大偏角是θ,求子弹射入沙袋前的速度.
正确答案
解:子弹射入沙袋后,与沙袋一起从最低位置摆至最高位置的过程中,机械能守恒.设在最低位置时,子弹和沙袋的共同速度为v0,则由机械能守恒定律可得:
(m+m0)v
=(m+m0)g(l-lcosθ)
得:v0=
设射入沙袋前子弹速度为v,子弹和沙袋一起的瞬间速度为v0,
该过程中,系统动量守恒,选子弹的初速度方向为正,由动量守恒定律可得:mv=(m+m0)v0,
则得:v=
所以子弹射入沙袋前的速度为.
答:子弹射入沙袋前的速度为.
解析
解:子弹射入沙袋后,与沙袋一起从最低位置摆至最高位置的过程中,机械能守恒.设在最低位置时,子弹和沙袋的共同速度为v0,则由机械能守恒定律可得:
(m+m0)v
=(m+m0)g(l-lcosθ)
得:v0=
设射入沙袋前子弹速度为v,子弹和沙袋一起的瞬间速度为v0,
该过程中,系统动量守恒,选子弹的初速度方向为正,由动量守恒定律可得:mv=(m+m0)v0,
则得:v=
所以子弹射入沙袋前的速度为.
答:子弹射入沙袋前的速度为.
如图所示,光滑水平面上有大小相同的A、B两球,mA=1kg,mB=2kg,A、B两球有一被压缩弹簧,弹簧被细线锁定.现烧断细线解除锁定弹开小球,B球获得的动量大小为4kg•m/s,若规定向右为正方向,求
①A球的速度;
②烧断细线前弹簧的弹性势能.
正确答案
解:①烧断细线过程中,系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mBvB-mAvA=0,由题意知:mBvB=4kg•m/s,
代入数据解得:vA=4m/s,方向:水平向左;
②烧断细线过程弹簧的弹性势能转化为球的动能,
由能量守恒定律得:E=vAvA2+
vBvB2,
代入数据解得:E=24J;
答:①A球的速度大小为4m/s,方向:水平向左;
②烧断细线前弹簧的弹性势能为24J.
解析
解:①烧断细线过程中,系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mBvB-mAvA=0,由题意知:mBvB=4kg•m/s,
代入数据解得:vA=4m/s,方向:水平向左;
②烧断细线过程弹簧的弹性势能转化为球的动能,
由能量守恒定律得:E=vAvA2+
vBvB2,
代入数据解得:E=24J;
答:①A球的速度大小为4m/s,方向:水平向左;
②烧断细线前弹簧的弹性势能为24J.
将静置在地面上,质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空,在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体.忽略喷气过程重力和空气阻力的影响,则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是______.
正确答案
解析
解:取向上为正方向,由动量守恒定律得:
0=(M-m)v-mv0
则火箭速度v=
故答案为:
如图所示,在倾角θ=37°的绝缘粗糙斜面上,有一长为l=2m的绝缘轻杆连接两个完全相同、质量均为m的可视为质点的小球A和B,A球带电量为+q,B球不带电.开始时轻杆的中垂线与垂直于斜面的虚线MP重合,虚线NQ与MP平行且相距L=3m.在MP、NQ间加沿斜面向上、电场强度为E=8mg/5q的匀强电场后,AB球静止在斜面上恰好不往上滑.设下列各小题中各小球与斜面间的动摩擦因数均为μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2.求解下列问题:
(1)小球与斜面间的动摩擦因数μ;
(2)若让A球带电量为+4q,B球带电量为-4q,将AB球从开始位置由静止释放,求A 球运动到最上端时距虚线NQ的距离d;
(3)保持A球带电量为+q,B球不带电.若一质量为km、带电量为-k2q的C球沿斜面向上运动,与B球正碰后粘合在一起,为使A球刚好能到达虚线NQ的位置,问k取何值时,C与B碰撞前瞬间C球的速度最小?C球速度的最小值为多大?(结果可带根式)
正确答案
解:(1)A与B组成的系统处于平衡状态,由力的平衡可得,沿斜面向上的方向上:2mgsinθ+2μmgcosθ=qE
代入数据可解得:μ=0.25
(2)当A球到达NQ位置时,设系统的速度为v1,由动能定理得:
整理可得:m/s>0,物体继续向上运动,之后A离开电场,设能继续沿斜面上升d,有:
解得:d=0.4m.
(3)C与B碰撞的过程时间短,近似动量守恒,选取沿斜面向上为正方向则:kmv0=(2+k)mv
向上运动的过程中能量守恒,得:
联立并代入数据解得:
当,即
时,
答:(1)小球与斜面间的动摩擦因数是0.25;
(2)若让A球带电量为+4q,B球带电量为-4q,将AB球从开始位置由静止释放,A球运动到最上端时距虚线NQ的距离是0.4m;
(3)保持A球带电量为+q,B球不带电.若一质量为km、带电量为-k2q的C球沿斜面向上运动,与B球正碰后粘合在一起,为使A球刚好能到达虚线NQ的位置,k取时,C与B碰撞前瞬间C球的速度最小是
m/s.
解析
解:(1)A与B组成的系统处于平衡状态,由力的平衡可得,沿斜面向上的方向上:2mgsinθ+2μmgcosθ=qE
代入数据可解得:μ=0.25
(2)当A球到达NQ位置时,设系统的速度为v1,由动能定理得:
整理可得:m/s>0,物体继续向上运动,之后A离开电场,设能继续沿斜面上升d,有:
解得:d=0.4m.
(3)C与B碰撞的过程时间短,近似动量守恒,选取沿斜面向上为正方向则:kmv0=(2+k)mv
向上运动的过程中能量守恒,得:
联立并代入数据解得:
当,即
时,
答:(1)小球与斜面间的动摩擦因数是0.25;
(2)若让A球带电量为+4q,B球带电量为-4q,将AB球从开始位置由静止释放,A球运动到最上端时距虚线NQ的距离是0.4m;
(3)保持A球带电量为+q,B球不带电.若一质量为km、带电量为-k2q的C球沿斜面向上运动,与B球正碰后粘合在一起,为使A球刚好能到达虚线NQ的位置,k取时,C与B碰撞前瞬间C球的速度最小是
m/s.
如图所示,质量为m=1kg的滑块,以υ0=5m/s的水平初速度滑上静止在光滑水平面的平板小车,若小车质量M=4kg,平板小车足够长,滑块在平板小车上滑移1s后相对小车静止.求:(g取10m/s2 )
(1)滑块与平板小车之间的滑动摩擦系数μ;
(2)此时小车在地面上滑行的位移?
正确答案
解:(1)m滑上平板小车到与平板小车相对静止,速度为v1,设向左为正方向,根据动量守恒定律有:
mv0=(m+M)v1
对m,根据动量定理有:-μmgt=mv1-mv0
代入数据得:μ=0.4
(2)对M由动能定理有:
代入数据解得:S车=0.5m
答:(1)滑块与平板小车之间的滑动摩擦系数μ为0.4;
(2)此时小车在地面上滑行的位移为0.5m.
解析
解:(1)m滑上平板小车到与平板小车相对静止,速度为v1,设向左为正方向,根据动量守恒定律有:
mv0=(m+M)v1
对m,根据动量定理有:-μmgt=mv1-mv0
代入数据得:μ=0.4
(2)对M由动能定理有:
代入数据解得:S车=0.5m
答:(1)滑块与平板小车之间的滑动摩擦系数μ为0.4;
(2)此时小车在地面上滑行的位移为0.5m.
如图所示,质量均为m的小滑块P和Q都视作质点,与轻质弹簧相连的Q静止在光滑水平面上.P以某一初速度v向Q运动并与弹簧发生碰撞,在整个过程中,P、Q 的共同速度为______,弹簧具有的最大弹性势能等于______.
正确答案
v
mv2
解析
解:P、Q相互作用过程系统动量守恒,以P的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv=(m+m)v1,
解得:v1=v;
由能量守恒定律得:mv2=
(m+m)v12+EP,
解得:EP=mv2;
故答案为:v,
mv2.
用速度大小为v1的中子轰击静止的碳原子核12C,结果中子以速度大小v2反向弹回.认为质子、中子质量均为m,以v1的方向为正方向,则轰击前后中子的动量改变量为______;不计其它力的作用,碰后碳原子核获得的初速度为______.
正确答案
-m(v2+v1)
解析
解:根据△P=P2-P1得,△P=-mv2-mv1=-m(v2+v1).
根据动量守恒定律得,mv1=-mv2+Mv
解得v=.
因为中子的质量与碳原子的质量比为1:12.
所以v=.
故答案为:-m(v2+v1),.
如图所示,半径为R=0.4m内壁光滑的半圆形轨道固定在水平地面上,质量m=0.96kg的滑块停放在在距轨道最低点A为 L=8.0m的O点处,质量为m0=0.04kg的子弹以速度v0=250m/s从右方水平射入滑块,并留在其中.已知子弹与滑块的作用时间很短;取g=10m/s2,求:
(1)子弹刚留在滑块时二者的共同速度大小v
(2)若滑块与水平面的动摩擦因数μ=0.4,则滑块从O滑到A点的时间t是多少
(3)若水平面是光滑的,且v0未知,题干中其它已知条件不变.滑块从A点滑上轨道后通过最高点B落到水平面上C点,且A与C间的距离小于4R,试求v0取值范围.
正确答案
解:(1)子弹击中滑块过程动量守恒,
则:m0v0=(m+m0)v
代入数据解得:v=10m/s
(2)子弹击中滑块后与滑块一起在摩擦力的作用下向左作匀减速运动,设其加速度大小 为a,则:μ(m+m0)g=(m+m0)a①
由匀变速运动的规律得:②
由①②并代入数据得:t=1s,(t=4s舍去)③
(3)要使滑块能滑过最高点,则:④
⑤
滑块离开B点后做平抛运动,
飞行时间⑥
而vBt‘=SAC⑦
要使SAC<4R,⑧
由⑥⑦⑧得⑨
滑块碰后运动过程中机械能守恒:⑩
而:m0v0=(m+m0)v(11)
由⑤⑨⑩(11)得:(12)
答:(1)子弹刚留在滑块时二者的共同速度大小v为10m/s.
(2)滑块从O滑到A点的时间t是1s.
(3)v0取值范围为.
解析
解:(1)子弹击中滑块过程动量守恒,
则:m0v0=(m+m0)v
代入数据解得:v=10m/s
(2)子弹击中滑块后与滑块一起在摩擦力的作用下向左作匀减速运动,设其加速度大小 为a,则:μ(m+m0)g=(m+m0)a①
由匀变速运动的规律得:②
由①②并代入数据得:t=1s,(t=4s舍去)③
(3)要使滑块能滑过最高点,则:④
⑤
滑块离开B点后做平抛运动,
飞行时间⑥
而vBt‘=SAC⑦
要使SAC<4R,⑧
由⑥⑦⑧得⑨
滑块碰后运动过程中机械能守恒:⑩
而:m0v0=(m+m0)v(11)
由⑤⑨⑩(11)得:(12)
答:(1)子弹刚留在滑块时二者的共同速度大小v为10m/s.
(2)滑块从O滑到A点的时间t是1s.
(3)v0取值范围为.
如图所示,小车的质量为M=3kg,车的上表面左端为
光滑圆弧BC,右端为水平粗糙平面AB,二者相切于B点,AB的长为L=4m,一质量为m=1kg的小物块,放在车的最右端,小物块与车之间的动摩擦因数为μ=0.10.车和小物块一起以v0=4m/s的速度在光滑水平面上匀速向左运动,小车撞墙后瞬间速度变为零,但未与墙粘连.g取10m/s2,求:
(1)小物块沿圆弧上升的最大高度为多少?
(2)小物块从最高点返回后与车的速度相同时,小物块距B端多远.
正确答案
解:(1)小物块从开始到上升到最高点的过程中,
由能量守恒定律得:,
解得:h=0.4m;
(2)物块从开始返回B点过程,
由动能定理得:-μmgL=mv12-
mv02,
解得:v1=2m/s,
物块从B向右滑行过程中,
由动量守恒定律得:mv1=(M+m)v2,
解得v2=m/s,
由能量守恒定律得:mv12-
(M+m)v22=μmgL1,
解得:L1=3m.
答:(1)小物块沿圆弧上升的最大高度为0.4m.
(2)小物块从最高点返回后与车的速度相同时,小物块距B端3m.
解析
解:(1)小物块从开始到上升到最高点的过程中,
由能量守恒定律得:,
解得:h=0.4m;
(2)物块从开始返回B点过程,
由动能定理得:-μmgL=mv12-
mv02,
解得:v1=2m/s,
物块从B向右滑行过程中,
由动量守恒定律得:mv1=(M+m)v2,
解得v2=m/s,
由能量守恒定律得:mv12-
(M+m)v22=μmgL1,
解得:L1=3m.
答:(1)小物块沿圆弧上升的最大高度为0.4m.
(2)小物块从最高点返回后与车的速度相同时,小物块距B端3m.
质量为m的炮弹沿水平方向飞行,其动能为Ek,突然在空中爆炸成质量相同的两块,其中一块向后飞去,动能为,另一块向前飞去,则向前的这块的动能为( )
正确答案
解析
解:炸弹开始动能,解得v=
.
其中一块动能为=
,解得
根据动量守恒定律得,mv=-
解得.则动能
.故B正确,A、C、D错误.
故选B.
(1)在光电效应的实验中,某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压的关系曲线,如图所示.下列判断正确的是______.
A.甲光的频率大于乙光的频率
B.乙光的波长大于丙光的波长
C.若更换不同的光电管,对应的截止频率也将不同
D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
E.甲光的光强大于乙光的光强
(2)在足够长的光滑固定水平杆上,套有一个质量为m=0.5kg的光滑圆环.一根长尾L=1m的轻绳,一端拴在环上,另一端系着一个质量为M=2kg的木块,如图所示.现有一质量为m0=20g的子弹以v0=1000m/s的水平速度射入木块,子弹穿出木块时的速度为u=200m/s,子弹与木块作用的时间极短,取g=10m/s2.求
①当子弹射穿木块时,轻绳的拉力大小F;
②当子弹射穿木块后,木块向右摆动的最大高度h.
正确答案
解:(1)光电流恰为零,此时光电管两端加的电压为截止电压,对应的光的频率为截止频率,可知,乙光对应的截止频率小于丙光的截止频率;
根据eU截=mvm2=hγ-W,入射光的频率越高,对应的截止电压U截越大.甲光、乙光的截止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等;
丙光的截止电压大于乙光的截止电压,
所以丙光的频率大于乙光的频率,则乙光的波长大于丙光的波长;丙光的截止电压大于甲光的截止电压,
所以甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能.更换不同的光电管,对应的截止频率也将不同,
由图可知,甲的饱和电流大于乙的饱和电流,而光的频率相等,所以甲光的光强大于乙光的光强
故A、D错误,BCE正确.
故选BCE.
(2)设子弹从木块穿过后木块获得的速度为v,根据动量守恒得
m0v0=m0u+Mv
代入解得v=8m/s
对木板,根据向心力公式得:
F-Mg=M
解得F=148N
木块与圆环一起向右摆动的过程中,由水平方向动量守恒和机械能守恒得
Mv=(M+m)v1
Mv2=
(M+m)v12+(M+m)gh
解得h=0.64m
答:①当子弹射穿木块时,轻绳的拉力大小为148N;
②当子弹射穿木块后,木块向右摆动的最大高度为0.64m.
解析
解:(1)光电流恰为零,此时光电管两端加的电压为截止电压,对应的光的频率为截止频率,可知,乙光对应的截止频率小于丙光的截止频率;
根据eU截=mvm2=hγ-W,入射光的频率越高,对应的截止电压U截越大.甲光、乙光的截止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等;
丙光的截止电压大于乙光的截止电压,
所以丙光的频率大于乙光的频率,则乙光的波长大于丙光的波长;丙光的截止电压大于甲光的截止电压,
所以甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能.更换不同的光电管,对应的截止频率也将不同,
由图可知,甲的饱和电流大于乙的饱和电流,而光的频率相等,所以甲光的光强大于乙光的光强
故A、D错误,BCE正确.
故选BCE.
(2)设子弹从木块穿过后木块获得的速度为v,根据动量守恒得
m0v0=m0u+Mv
代入解得v=8m/s
对木板,根据向心力公式得:
F-Mg=M
解得F=148N
木块与圆环一起向右摆动的过程中,由水平方向动量守恒和机械能守恒得
Mv=(M+m)v1
Mv2=
(M+m)v12+(M+m)gh
解得h=0.64m
答:①当子弹射穿木块时,轻绳的拉力大小为148N;
②当子弹射穿木块后,木块向右摆动的最大高度为0.64m.
如图所示,细绳上端固定于水平轴O,下端系一质量m=1.0kg的小球,组成一摆长为L=0.2m的摆.摆原来处于静止状态,且小球与光滑平台的边缘接触,但对平台无压力,平台高h=0.8m.一个质量为M=2.0kg的滑块,以速度v0沿平台水平向右运动与小球发生正碰.碰后小球在绳的约束下运动,经四分之一个圆弧到达A点速度减为零,滑块M落在水平地面的C点,C点距平台边缘的水平距离x=1.2m.取g=10m/s2.求:
(1)碰后滑块的速度大小v;
(2)碰后小球的速度大小vm;
(3)碰后系统损失的机械能△E.
正确答案
解:(1)碰后滑块做平抛运动,根据平抛运动规律得:
竖直方向 h=
水平方向 x=vt
解得:v=3m/s;
(2)碰后小球从平台边缘处摆到A点,根据机械能守恒定律
=mgL
解得:vm=2m/s;
(3)以两个小球为研究对象,取水平向右为正方向,根据动量守恒定律
得:Mv0=Mv+mvm
根据能量守恒定律得:
△E=-
-
解得:△E=5J;
答:
(1)碰后滑块的速度大小v为3m/s;
(2)碰后小球的速度大小vm为2m/s;
(3)碰后系统损失的机械能△E为5J.
解析
解:(1)碰后滑块做平抛运动,根据平抛运动规律得:
竖直方向 h=
水平方向 x=vt
解得:v=3m/s;
(2)碰后小球从平台边缘处摆到A点,根据机械能守恒定律
=mgL
解得:vm=2m/s;
(3)以两个小球为研究对象,取水平向右为正方向,根据动量守恒定律
得:Mv0=Mv+mvm
根据能量守恒定律得:
△E=-
-
解得:△E=5J;
答:
(1)碰后滑块的速度大小v为3m/s;
(2)碰后小球的速度大小vm为2m/s;
(3)碰后系统损失的机械能△E为5J.
动能相等的两物体A、B在光滑水平面上沿同一直线相向而行,它们的速度大小之比vA:vB=4:1,则动量之比PA:PB=______;两者碰后粘在一起运动,其总动量大小与A原来动量大小之比P:PA=______.
B.
正确答案
解:根据知,动能相等,A、B的速度大小之比为4:1,则质量之比为1:16,
根据P=知,
.
由于A、B相向而行,规定B的方向为正方向,则碰前总动量P=PB-PA=3PA,
碰撞前后动量守恒,则碰撞总动量的大小为3PA,其总动量大小与A原来动量大小之比P:PA=3:1.
故答案为:1:4,3:1.
解析
解:根据知,动能相等,A、B的速度大小之比为4:1,则质量之比为1:16,
根据P=知,
.
由于A、B相向而行,规定B的方向为正方向,则碰前总动量P=PB-PA=3PA,
碰撞前后动量守恒,则碰撞总动量的大小为3PA,其总动量大小与A原来动量大小之比P:PA=3:1.
故答案为:1:4,3:1.
如图所示,有两个大小相等、质量不同的小球A和B,B球静止在光滑圆弧的底端,A球质量为m,从顶端释放,若两球发生弹性碰撞后,它们的落点离平台边缘的水平距离之比为1:3,则B球的质量可能是( )
①m ②
m ③
m ④
m.
正确答案
解析
解:A、B两球离开轨道后都做平抛运动,由于抛出点的高度相同,它们在空中的运动时间t相等,有:=
=
=
,
即:vB=3vA,
两球发生弹性碰撞,碰撞过程动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv=mvA+mBvB,
由机械能守恒定律得:mv2=
mvA2+
mBvB2,
解得:mB=m 或mB=
m,故D正确;
故选:D.
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