- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,质量为M上下表面光滑的长木板放在水平面上静止,右端用细线拴在竖直墙上,左端固定有一根轻弹簧.质量为m的小铁块以初速度v0从木板右端向左滑上木板,并压缩弹簧.当小铁块的速度减小为初速度的一半时,弹簧的弹性势能为E,此时细线刚好被拉断.求:为使木板能获得最大动能,M与m的比值应该是多大?(不计任何摩擦)
正确答案
解:设小铁块初速度为v0,则:
由能量守恒定律得 E=mv02-
m•
v02=
mv02
要使木板能获得最大动能,则弹簧恢复原长时,铁块速度为0
细线拉断后,对于铁块和木板组成的系统,取向左为正方向,由动量守恒和能量关系得:
m×v0=Mv1
Mv12=
m×
v02+E
得:=
=0.25
答:为使木板能获得最大动能,M与m的比值应该是0.25.
解析
解:设小铁块初速度为v0,则:
由能量守恒定律得 E=mv02-
m•
v02=
mv02
要使木板能获得最大动能,则弹簧恢复原长时,铁块速度为0
细线拉断后,对于铁块和木板组成的系统,取向左为正方向,由动量守恒和能量关系得:
m×v0=Mv1
Mv12=
m×
v02+E
得:=
=0.25
答:为使木板能获得最大动能,M与m的比值应该是0.25.
如图所示,在光滑的水平面上有2015个完全相同的小球排成一条直线,均处于静止状态.现给第一个小球以初动能Ek,使它正对其它小球运动.若小球间的所有碰撞都是完全非弹性的,则整个碰撞过程中因为碰撞损失的机械能总量为( )
正确答案
解析
解:以第一个小球以初速度方向为正,对2015个小球组成的系统运用动量守恒得:
mv0=2015mv,
解得:v=,
则系统损失的机械能为:
=
.
故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
(2016•莆田模拟)如图所示,甲、乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏,甲和他的冰车的总质量M=40kg,乙和他的冰车的总质量也是40kg.游戏时,甲推着一个质量m=20kg的箱子,让箱子和他一起以v1=2m/s的速度滑行,乙以v2=1.75m/s的速度迎面向甲滑来.为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推向乙,箱子滑到乙处时,乙迅速把箱子接住.若不计冰面的摩擦,为避免与乙相撞,问:
(1)甲至少要以多大的速度(相对地面)将箱子推出?
(2)甲将箱子推出的过程中至少做了多少功?
正确答案
解:(1)在推出和抓住的过程中,小孩、冰车和箱子的总动量守恒.要想刚能避免相碰,
要求抓住后甲和乙的速度正好相等.此就可求得推出时的最小速度.
设箱子推出后其速度为v,甲孩的速度为v1′,以甲的初速度方向为正方向,
根据动量守恒可得:mv+Mv1′=(m+M)v1,
设乙孩抓住箱子后其速度为v2′以向右为正方向,
根据动量守恒可得:(m+M)v2′=mv-Mv2,
刚好不相碰的条件要求:v1′=v2′,
解得:v=5m/s,v1′=v2′=0.5m/s;
(2)设以最小速度推出时甲对箱子做功为W,
对箱子,由动能定理得:W=,
代入数值可得:W=135J;
答:(1)甲至少要以5m/s的速度(相对地面)将箱子推出;
(2)甲将箱子推出的过程中至少做了135J的功.
解析
解:(1)在推出和抓住的过程中,小孩、冰车和箱子的总动量守恒.要想刚能避免相碰,
要求抓住后甲和乙的速度正好相等.此就可求得推出时的最小速度.
设箱子推出后其速度为v,甲孩的速度为v1′,以甲的初速度方向为正方向,
根据动量守恒可得:mv+Mv1′=(m+M)v1,
设乙孩抓住箱子后其速度为v2′以向右为正方向,
根据动量守恒可得:(m+M)v2′=mv-Mv2,
刚好不相碰的条件要求:v1′=v2′,
解得:v=5m/s,v1′=v2′=0.5m/s;
(2)设以最小速度推出时甲对箱子做功为W,
对箱子,由动能定理得:W=,
代入数值可得:W=135J;
答:(1)甲至少要以5m/s的速度(相对地面)将箱子推出;
(2)甲将箱子推出的过程中至少做了135J的功.
一质量为M的平顶小车,以速度V0沿水平的光滑轨道作匀速直线运动.现将一质量为m的小物块无初速地放置在车顶前缘.已知物块和车顶之间的动摩擦系数为μ.
(1)若要求物块不会从车顶后缘掉下,则该车顶最少要多长?
(2)若车顶长度符合(1)问中的要求,整个过程中摩擦力共做了多少功?
正确答案
解:(1)物块放到小车上以后,由于摩擦力的作用,当以地面为参考系时,物块将从静止开始加速运动,而小车将做减速运动,若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度,则物块就刚好不脱落.令v表示此时的速度,在这个过程中,若以物块和小车为系统,因为水平方向未受外力,所以此方向上动量守恒,即
Mv0=(m+M)v (1)
从能量来看,在上述过程中,物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功,即
(2)
其中s1为物块移动的距离.小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功,即
(3)
其中s2为小车移动的距离.用l表示车顶的最小长度,则
l=s2-s1 (4)
由以上四式,可解得
(5)
即车顶的长度至少应为.
(2)由功能关系可知,摩擦力所做的功等于系统动能的增量,即
(6)
由(1)、(6)式可得
故整个过程中摩擦力做的功为
解析
解:(1)物块放到小车上以后,由于摩擦力的作用,当以地面为参考系时,物块将从静止开始加速运动,而小车将做减速运动,若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度,则物块就刚好不脱落.令v表示此时的速度,在这个过程中,若以物块和小车为系统,因为水平方向未受外力,所以此方向上动量守恒,即
Mv0=(m+M)v (1)
从能量来看,在上述过程中,物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功,即
(2)
其中s1为物块移动的距离.小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功,即
(3)
其中s2为小车移动的距离.用l表示车顶的最小长度,则
l=s2-s1 (4)
由以上四式,可解得
(5)
即车顶的长度至少应为.
(2)由功能关系可知,摩擦力所做的功等于系统动能的增量,即
(6)
由(1)、(6)式可得
故整个过程中摩擦力做的功为
中国新型战机弹射系统基本达到世界最先进水平,为飞行员生命安全提供了有力保障,新型战机的弹射逃生装置原理可简化成如下力学模型,如图所示为某种弹射装置的示意图,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带长度L=4.25m,皮带轮沿顺时针方向转动,带动皮带恒定速率v=3.0m/s匀速传动,三个质量均为m=1.0kg的滑块A、B、C置于水平导轨上,开始时滑块B、C之间用细绳连接,其间有一压缩的轻弹簧,处于静止状态.滑块A以初速度=2.0m/s沿B、C连线方向向B运动,A与B碰撞后粘合在一起,碰撞时间极短,可认为A与B碰撞过程中滑块C的速度仍为零,因碰撞使连接B、C的细绳受扰动而突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离.滑块C脱离弹簧后以速度vc=2.0m/s滑上传送带,并从右端滑出落至地面上的P点,已知滑块C与传送带之间的动摩擦因数μ=0.20,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)滑块C在传送带上滑行的时间;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能Ep;
(3)若每次开始时弹簧的压缩情况相同,要使滑块C总能落至P点,则滑块A与滑块B碰撞前速度的最大值Vm是多少?(=5.1)
正确答案
解:(1)滑块C滑上传送带后先做匀加速直线运动,加速度的大小a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2,
匀加速运动的时间,
匀加速运动的位移,则匀速运动的时间
,
可知滑块C在传送带上滑行的时间t=t1+t2=0.5+1s=1.5s.
(2)设A、B碰撞后的速度为v1,A、B与C分离时的速度为v2,由动量守恒定律
mAv0=(mA+mB)v1
(mA+mB)v1=(mA+mB)v2+mCvC
AB碰撞后,弹簧伸开的过程系统能量守恒,有=
,
代入数据可解得:EP=1.0J
(3)在题设条件下,若滑块A在碰撞前速度有最大值,则碰撞后滑块C的速度有最大值,它减速运动到传送带右端时,速度应当恰好等于传递带的速度v.
设A与B碰撞后的速度为v1′,分离后A与B的速度为v2′,滑块C的速度为vc′,
根据动量守恒定律可得:
AB碰撞时:mAvm=(mA+mB)v1′,①
弹簧伸开时:(mA+mB)v1′=mCvC′+(mA+mB)v2′,②
在弹簧伸开的过程中,系统能量守恒:
则=
,③
因为C在传送带上做匀减速运动的末速度为v=3m/s,加速度大小为2m/s2
所以由运动学公式v2_vc′2=2(-a)L 得vC′=,
代入方程①②③,解得vm=7m/s.
答:(1)滑块C在传送带上滑行的时间为1.5s;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能为1.0J;
(3)若每次开始时弹簧的压缩情况相同,要使滑块C总能落至P点,则滑块A与滑块B碰撞前速度的最大值Vm是7m/s.
解析
解:(1)滑块C滑上传送带后先做匀加速直线运动,加速度的大小a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2,
匀加速运动的时间,
匀加速运动的位移,则匀速运动的时间
,
可知滑块C在传送带上滑行的时间t=t1+t2=0.5+1s=1.5s.
(2)设A、B碰撞后的速度为v1,A、B与C分离时的速度为v2,由动量守恒定律
mAv0=(mA+mB)v1
(mA+mB)v1=(mA+mB)v2+mCvC
AB碰撞后,弹簧伸开的过程系统能量守恒,有=
,
代入数据可解得:EP=1.0J
(3)在题设条件下,若滑块A在碰撞前速度有最大值,则碰撞后滑块C的速度有最大值,它减速运动到传送带右端时,速度应当恰好等于传递带的速度v.
设A与B碰撞后的速度为v1′,分离后A与B的速度为v2′,滑块C的速度为vc′,
根据动量守恒定律可得:
AB碰撞时:mAvm=(mA+mB)v1′,①
弹簧伸开时:(mA+mB)v1′=mCvC′+(mA+mB)v2′,②
在弹簧伸开的过程中,系统能量守恒:
则=
,③
因为C在传送带上做匀减速运动的末速度为v=3m/s,加速度大小为2m/s2
所以由运动学公式v2_vc′2=2(-a)L 得vC′=,
代入方程①②③,解得vm=7m/s.
答:(1)滑块C在传送带上滑行的时间为1.5s;
(2)滑块B、C用细绳相连时弹簧的弹性势能为1.0J;
(3)若每次开始时弹簧的压缩情况相同,要使滑块C总能落至P点,则滑块A与滑块B碰撞前速度的最大值Vm是7m/s.
两个小球在光滑水平面上沿同一直线,同一方向运动,B球在前,A球在后,MA=1kg,MB=2kg,vA=6m/s,vB=2m/s,当A球与B球发生碰撞后,A、B两球速度可能为( )
正确答案
解析
解:两球碰撞过程系统动量守恒,以两球的初速度方向为正方向,如果两球发生完全非弹性碰撞,由动量守恒定律得:
MAvA+MBvB=(MA+MB)v,
代入数据解得:v=m/s,
如果两球发生完全弹性碰撞,有:MAvA+MBvB=MAvA′+MBvB′,
由机械能守恒定律得:MAvA2+
MBvB2=
MAvA′2+
MBvB′2,
代入数据解得:vA′=m/s,vB′=
m/s,
则碰撞后A、B的速度:m/s≤vA≤
m/s,
m/s≤vB≤
m/s,
故选:B.
如图所示,光滑曲面轨道的水平出口跟停在光滑水平面上的平板小车上表面相平,质量为m的小滑块从光滑轨道上某处由静止开始滑下并滑上小车,使得小车在光滑水平面上滑动.已知小滑块从高为H的位置由静止开始滑下,最终停到小车上.若小车的质量为M.g表示重力加速度,求:
(1)滑块滑上小车后,小车达到的最大速度v
(2)若滑块和车之间的动摩擦因数为μ,则车的长度至少为多少?
正确答案
解:(1)滑块由高处运动到轨道底端,由机械能守恒定律得:mgH=mv02,
解得:v0=,
滑块滑上平板车后,系统水平方向不受外力,动量守恒.小车最大速度为与滑块共速的速度.滑块与小车组成的系统为研究对象,以滑块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+M)v,
解得:v=;
(2)由能的转化与守恒定律可知,系统产生的内能等于系统损失的机械能,由能量守恒定律得:Q=mgH-(M+m)v2=
;
设小车的长度至少为L,对系统,克服阻力做功转化为内能:Q=μmgL,
解得:L=;
答:(1)滑块滑上小车后,小车达到的最大速度v为;
(2)若滑块和车之间的动摩擦因数为μ,则车的长度至少为.
解析
解:(1)滑块由高处运动到轨道底端,由机械能守恒定律得:mgH=mv02,
解得:v0=,
滑块滑上平板车后,系统水平方向不受外力,动量守恒.小车最大速度为与滑块共速的速度.滑块与小车组成的系统为研究对象,以滑块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+M)v,
解得:v=;
(2)由能的转化与守恒定律可知,系统产生的内能等于系统损失的机械能,由能量守恒定律得:Q=mgH-(M+m)v2=
;
设小车的长度至少为L,对系统,克服阻力做功转化为内能:Q=μmgL,
解得:L=;
答:(1)滑块滑上小车后,小车达到的最大速度v为;
(2)若滑块和车之间的动摩擦因数为μ,则车的长度至少为.
天然放射性铀(U)发生衰变后产生钍(
Th)和另一种原子核.
(1)请写出衰变方程;
(2)若衰变前铀(U)核的速度为v,衰变产生的钍(
Th)核速度为
,且与铀核速度方向相同,求产生的另一种新核的速度.
正确答案
解:(1)另一种原子核的质量数:m=238-234=4,电荷数:z=92-90=2,可知新核为氦核,所以核反应方程为:
(2)设另一新核的速度为v′,原子单位质量为m,选取v的方向为正方向,由动量守恒定律得:
得:
答:(1)衰变方程为;(2)产生的另一种新核的速度为
.
解析
解:(1)另一种原子核的质量数:m=238-234=4,电荷数:z=92-90=2,可知新核为氦核,所以核反应方程为:
(2)设另一新核的速度为v′,原子单位质量为m,选取v的方向为正方向,由动量守恒定律得:
得:
答:(1)衰变方程为;(2)产生的另一种新核的速度为
.
质量为2m的物体A以一定速度沿光滑的水平面运动,与一个静止的物体B碰撞后粘在一起,共同速度为碰前的,则B物体的质量为______.
正确答案
m
解析
解:取碰撞前A物体的速度方向为正方向.由动量守恒定律得:
2mv=(2m+mB)v
解得:mB=m
故答案为:m
在气垫导轨上,一个质量为600g的滑块以0.2m/s的速度与另一个质量为m=400g、速度为0.3m/s的滑块迎面相撞,碰撞后两个滑块并在一起,则此过程中损失的机械能为多少?
正确答案
解:取碰撞前质量为600g的滑块速度方向为正方向.
对于碰撞过程,根据动量守恒得
m1v1-m2v2=(m1+m2)v
则得碰撞后共同速度为v=m/s=0
故此过程中损失的机械能为△E==
0.6×0.22+
=0.03J
答:此过程中损失的机械能为0.03J.
解析
解:取碰撞前质量为600g的滑块速度方向为正方向.
对于碰撞过程,根据动量守恒得
m1v1-m2v2=(m1+m2)v
则得碰撞后共同速度为v=m/s=0
故此过程中损失的机械能为△E==
0.6×0.22+
=0.03J
答:此过程中损失的机械能为0.03J.
如图,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m,速度大小为2v0,方向向右,滑块B的质量为2m,速度大小为v0,方向向左,求两滑块发生弹性碰撞后的速度.
正确答案
解:规定向右为正方向,设碰后A、B的速度为vA、vB,A、B两滑块组成系统动量守恒,有:
m•2v0-2m•v0=mvA+2mvB
又系统机械能守恒有:
=
联立以上方程可解得:
vA=-2v0,vB=v0
则碰后A滑块速度水平向左,B滑块速度水平向右
答:两滑块弹性碰撞后的速度分别为2v0、方向向左,v0、方向向右.
解析
解:规定向右为正方向,设碰后A、B的速度为vA、vB,A、B两滑块组成系统动量守恒,有:
m•2v0-2m•v0=mvA+2mvB
又系统机械能守恒有:
=
联立以上方程可解得:
vA=-2v0,vB=v0
则碰后A滑块速度水平向左,B滑块速度水平向右
答:两滑块弹性碰撞后的速度分别为2v0、方向向左,v0、方向向右.
两块小木块A和B中间夹着一轻质弹簧,用细线捆在一起,放在光滑的水平台面上,将细线烧断,木块A、B被弹簧弹出,最后落在水平地面上,落地点与平台边缘的水平距离分别为lA=1m,lB=2m,如图所示,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、两个木块被弹出离开桌面后做平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,因为下落的高度相等,所以运动的时间相等,
水平方向上根据公式x=v0t及lA=1m,lB=2m,得:
vA:vB=lA:lB=1:2,故A错误;
B、弹簧弹开两个物体的过程,对两个木块组成的系统,取向左为正方向,根据动量守恒定律得:mAvA-mBvB=0,
所以得:mA:mB=vB:vA=2:1,故B正确;
C、由mA:mB=vB:vA=2:1,根据动能的表达式Ek=
得:EkA:EkB=1:2,故C正确;
D、根据动量定理得:IA:IB=mAvA:mBvB=1:1,故D错误.
故选:BC.
质量为m的人站在质量为M的车的一端,车相对于光滑地面静止,则( )
正确答案
解析
解:对于人和车组成的系统,所受的合外力为零,系统的动量守恒,根据动量守恒定律得:
m人v人+M车v车=0
得:=-
可见,人由一端走到另一端的过程中,速度方向相反,而且速度大小成正比,人快车也快;人在车上行走时,v人≠0,v车≠0,人在车上走动时,若人相对车突然静止,根据系统动量为零,车也同时停止运动,故BC错误,AD正确;
故选:AD
如图所示,光滑水平面上有质量均为2m的小滑块A、B,A静止,B以速度
水平向左运动,质量为m的子弹以水平向右的速度v0射入木块A,穿出A后,又射入木块B而未穿出,A、B最终以相同的速度向右运动.若B与A始终未相碰,求:
(1)子弹对A的冲量;
(2)子弹与B相互作用过程中二者生热Q.
正确答案
解:(1)以A、B、子弹组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0-2m=(m+2m+2m)v,解得:v=
,
子弹穿过A的过程,由动量定理得:I=2mv-0,
解得,子弹对A的冲量I=mv0;
(2)设子弹击中B前的速度为v1,以子弹与B组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1-2m=(m+2m)v,解得:v1=
,
由能量守恒定律得:Q=mv12+
•2m(
)2-
(m+2m)v2,
解得:Q=mv02;
答:(1)子弹对A的冲量mv0;
(2)子弹与B相互作用过程中二者生热Q=mv02.
解析
解:(1)以A、B、子弹组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0-2m=(m+2m+2m)v,解得:v=
,
子弹穿过A的过程,由动量定理得:I=2mv-0,
解得,子弹对A的冲量I=mv0;
(2)设子弹击中B前的速度为v1,以子弹与B组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1-2m=(m+2m)v,解得:v1=
,
由能量守恒定律得:Q=mv12+
•2m(
)2-
(m+2m)v2,
解得:Q=mv02;
答:(1)子弹对A的冲量mv0;
(2)子弹与B相互作用过程中二者生热Q=mv02.
在足够长的水平光滑直导轨上,静止放着三个大小相同的小球A、B、C,质量分别为mA=3kg、mB=mc=1kg.现让A球以v0=2m/s的速度正对着B球运动,A、B两球发生弹性正碰后,B球向右运动并与C球发生正碰,C球的最终速度vc=2m/s.求:
(ⅰ)B球与C球相碰前,A、B球各自的速度多大?
(ⅱ)三球还会发生第三次碰撞吗?B、C碰撞过程中损失了多少动能?
正确答案
解:(ⅰ)设B球与C球相碰前,A、B球的速度分别为vA、vB,A、B两球发生弹性正碰,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mAv0=mAvA+mBvB…①
碰撞过程无机械能损失,由机械能守恒定律得:
…②
解得:vA=1m/s,vB=3m/s;
(ⅱ)B、C两球发生正碰的过程动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mBvB=mBv‘B+mCvC…③
解得:v'B=1m/s,由于vA=v'B<vC,所以三球不会发生第三次碰撞.B、C碰撞过程中损失的动能:
…④
解得:△Ek=2J;
答:(ⅰ)B球与C球相碰前,A、B球各自的速度分别为:1m/s、3m/s.
(ⅱ)三球不会发生第三次碰撞;B、C碰撞过程中损失了2J的动能.
解析
解:(ⅰ)设B球与C球相碰前,A、B球的速度分别为vA、vB,A、B两球发生弹性正碰,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mAv0=mAvA+mBvB…①
碰撞过程无机械能损失,由机械能守恒定律得:
…②
解得:vA=1m/s,vB=3m/s;
(ⅱ)B、C两球发生正碰的过程动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mBvB=mBv‘B+mCvC…③
解得:v'B=1m/s,由于vA=v'B<vC,所以三球不会发生第三次碰撞.B、C碰撞过程中损失的动能:
…④
解得:△Ek=2J;
答:(ⅰ)B球与C球相碰前,A、B球各自的速度分别为:1m/s、3m/s.
(ⅱ)三球不会发生第三次碰撞;B、C碰撞过程中损失了2J的动能.
扫码查看完整答案与解析