- 动量守恒定律
- 共6910题
在光滑的水平面上,质量为2kg的甲球以速度v0与乙球发生正碰,碰撞后,乙球的动量减少了6kg•m/s,则碰后甲球的速度为( )
正确答案
解析
解:选取甲与乙为研究的系统,甲运动的运动为正方向,甲与乙碰撞过程中动量守恒,由动量守恒定律得:P初=P末
碰撞后,乙球的动量减少了6kg•m/s,所以碰后甲球的动量增加6kg•m/s
根据:P=mv得:
故选:B
在高速公路上发生一起交通事故,一辆质量为15000kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000kg向北行驶的卡车,碰后两车接在一起并停止,根据测速仪的测定,长途客车碰前以20m/s的速度行驶,由此可判断卡车碰前的行驶速率为______.
正确答案
100m/s
解析
解:两车碰撞过程系统动量守恒,以客车的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv-Mv′=0,
代入数据解得:v′==
=100m/s;
故答案为:100m/s.
质量M=3kg.足够长的平板车放在光滑的水平面上,在平板车的左端放有一质量m=1kg的小物块(可视为质点),小车左上方的天花板上固定一障碍物A,其下端略高于平板车上表面但能挡住物块,如图所示.初始时,平板车与物块一起以v0=2m/s的水平速度向左运动,此后每次物块与A发生碰撞后,速度均反向但大小保持不变,而小车可继续运动,已知物块与小车间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2,碰撞时间可忽略不计,求:
①与A第一次碰撞后,物块与平板车相对静止时的速率;
②从初始时刻到第二次碰撞后物块与平板车相对静止时,物块相对车发生的位移.
正确答案
解:①物块与障碍物碰后,物块和小车系统动量守恒,以小车的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv0-mv0=(M+m)v1,
代入数据解得:v1=1m/s;
②从开始到第二次碰撞后物块与平板车相对静止过程中系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:Mv1-mv1=(M+m)v2,
由动能定理得:-μmgL=(M+m)v22-
(M+m)v02,
代入数据解得:L=1.5m;
答:①与A第一次碰撞后,物块与平板车相对静止时的速率为1m/s;
②从初始时刻到第二次碰撞后物块与平板车相对静止时,物块相对车发生的位移为1.5m.
解析
解:①物块与障碍物碰后,物块和小车系统动量守恒,以小车的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv0-mv0=(M+m)v1,
代入数据解得:v1=1m/s;
②从开始到第二次碰撞后物块与平板车相对静止过程中系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:Mv1-mv1=(M+m)v2,
由动能定理得:-μmgL=(M+m)v22-
(M+m)v02,
代入数据解得:L=1.5m;
答:①与A第一次碰撞后,物块与平板车相对静止时的速率为1m/s;
②从初始时刻到第二次碰撞后物块与平板车相对静止时,物块相对车发生的位移为1.5m.
某小组在探究反冲运动时,将质量为m1一个小液化瓶固定在质量为m2的小球具船上,利用液化瓶向外喷射气体做为船的动力.现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开液化汽瓶后向外喷射气体的对地速度为v1,如果在△t的时间内向后喷射的气体的质量为△m,忽略水的阻力,则
(1)喷射出质量为△m的液体后,小船的速度是多少?
(2)喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用力的大小是多少?
正确答案
解:(1)由动量守恒定律得:(m1+m2-△m)v船-△mv1=0
得:v船=
(2)对喷射出的气体运用动量定理得:F△t=△mv1
解得:F=
由牛顿第三定律得,小船所受气体的平均作用力大小为F=
答:(1)喷射出质量为△m的液体后,小船的速度是;
(2)喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用力的大小是.
解析
解:(1)由动量守恒定律得:(m1+m2-△m)v船-△mv1=0
得:v船=
(2)对喷射出的气体运用动量定理得:F△t=△mv1
解得:F=
由牛顿第三定律得,小船所受气体的平均作用力大小为F=
答:(1)喷射出质量为△m的液体后,小船的速度是;
(2)喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用力的大小是.
原来静止的镭原子核Ra发生α衰变,放出α粒子和新核动量大小之比为______,它们的动能之比为______.
正确答案
1:1
111:2
解析
解:原子核衰变过程系统动量守恒,原子核原来静止,系统总动量为零,
原子核衰变后,由动量守恒定律可知,两新核的动量大小相等,方向相反,两新核的动量大小之比为:1:1;
新核的动能之比:=
=
=
=
;
故答案为:1:1,111:2.
质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A球的动量是7kg•m/s,B球的动量是5kg•m/s,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是( )
正确答案
解析
解:A、根据碰撞过程总动能不增加,则有+
≤
+
,
解得:mA≤mB,满足mA=mB,故A正确;
B、根据碰撞过程总动能不增加,则有+
≤
+
,解得:mA≤
mB,不满足mA=mB,故B错误;
C、根据碰撞过程总动能不增加,则有+
≤
+
,解得:mA≤
mB,不满足mA=mB,故C错误;
D、碰前系统动量是12kg•m/s,碰后系统动量为13kg•m/s,不满足系统动量守恒,故D错误,
故选:A.
如图所示,光滑水平面上一质量为M、长为L的木板右端靠竖直墙壁.质量为m的小滑块(可视为质点)以水平速度v0滑上木板的左端,滑到木板的右端时速 度恰好为零.
①求小滑块与木板间的摩擦力大小;
②现小滑块以某一速度v滑上木板的左端,滑到木板的右端时与竖直墙壁发生弹性碰 撞,然后向左运动,刚好能够滑到时木板左端而不从木板上落下,试求的值.
正确答案
解:①小滑块以水平速度0右滑时,根据动能定理得:
-fL=0-
解得:f=
②小滑块以速度滑上木板到运动至碰墙时速度为1,则有
-fL=-
滑块与墙碰后至向左运动到木板左端,此时滑块、木板的共同速度为2,则根据动量守恒和能量守恒有:
mv1=(m+M)v2,
fL=-
上述四式联立,解得:=
答:①小滑块与木板间的摩擦力大小为;
②现小滑块以某一速度v滑上木板的左端,滑到木板的右端时与竖直墙壁发生弹性碰撞,然后向左运动,刚好能够滑到时木板左端而不从木板上落下,的值为
.
解析
解:①小滑块以水平速度0右滑时,根据动能定理得:
-fL=0-
解得:f=
②小滑块以速度滑上木板到运动至碰墙时速度为1,则有
-fL=-
滑块与墙碰后至向左运动到木板左端,此时滑块、木板的共同速度为2,则根据动量守恒和能量守恒有:
mv1=(m+M)v2,
fL=-
上述四式联立,解得:=
答:①小滑块与木板间的摩擦力大小为;
②现小滑块以某一速度v滑上木板的左端,滑到木板的右端时与竖直墙壁发生弹性碰撞,然后向左运动,刚好能够滑到时木板左端而不从木板上落下,的值为
.
如图所示,在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,Q点处为一竖直的墙壁.小球A与小球B发生弹性碰撞后两小球均向右运动,小球B与墙壁碰撞后原速率返回并与小球A在P点相遇,
=2
,则两小球质量之比m1:m2为( )
正确答案
解析
解:设A、B两个小球碰撞后的速度分别为v1、v2,由动量守恒定律有:
m1v0=m1v1+m2v2…①
由能量守恒定律有:=
②
两个小球碰撞后到再次相遇,其速度率不变,由运动学规律有:
v1:v2==1:5…③
联立①②③,代入数据解得:m1:m2=5:3
故选:D
如图所示,一根足够长的水平滑杆SS′上套有一质量为m的光滑金属圆环,在滑杆的正下方与其平行放置一足够长的光滑水平的绝缘轨道PP′,PP′穿过金属环的圆心.现使质量为M的条形磁铁以水平速度v0沿绝缘轨道向右运动,则( )
正确答案
解析
解:A磁铁在靠近金属环的过程中金属环的感应电流方向产生的磁场与原磁场的方向相反,所以磁铁受到阻力的作用,同理,在离开金属环的过程中金属环的感应电流方向产生的磁场与原磁场的方向相同,也是受到阻力的作用,但是由于不知道初速度以及环与磁铁的质量之间的关系,所以不能判断出磁铁是否能够会穿越滑环运动.故A错误;
B、选取磁铁与圆环组成的系统为研究的系统,系统在水平方向受到的合力为0,满足动量守恒;选取磁铁M运动的方向为正方向,则最终到达共同速度时二者相对静止,由动量守恒定律可知:
Mv0=(M+m)v
得:.故BC正确;
D、磁铁若能穿过金属环,运动的过程中系统的产生的热量等于系统损失的动能,即:.故D错误
故选:BC
如图所示,一质量M=3kg的小车左端放有一质量m=2kg的铁块,它们以v0=5m/s的共同速度沿光滑水平面向竖直墙运动,车与墙碰撞的时间极短,不计碰撞过程中机械能的损失.小车足够长,最终小车与铁块相对静止.求小车与铁块的共同速度v.
正确答案
解:车与墙碰后瞬间,小车的速度向左,大小是v0,而铁块的速度未变,仍是v0,方向向右.
铁块与小车组成的系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)v,
解得:v==
=1m/s,方向:水平向左;
答:小车与铁块的共同速度v大小为1m/s,方向:水平向左.
解析
解:车与墙碰后瞬间,小车的速度向左,大小是v0,而铁块的速度未变,仍是v0,方向向右.
铁块与小车组成的系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)v,
解得:v==
=1m/s,方向:水平向左;
答:小车与铁块的共同速度v大小为1m/s,方向:水平向左.
在光滑的水平面上一个质量M=80g的大球以5m/s的速度撞击一个静止在水平面上的质量为m=20g的小球.用V‘和v'表示碰撞后大球和小球的速度,下列几组数据中一定有可能发生的是( )
正确答案
解析
解:以M的初速度方向为正方向,碰撞前系统总动量:p=MV=0.08×5=0.4kg•m/s,系统总动能:EK=MV2=
×0.08×52=1J;
A、如果V′=3m/s、v′=8m/s,碰撞后系统总动量:p′=MV′+mv′=0.08×3+0.02×8=0.4kg•m/s,系统动量守恒,碰撞后的总动能:EK′=MV′2+
mv′2=
×0.08×32+
×0.02×82=1J,系统机械能不增加,故A正确;
B、如果V′=4m/s、v′=4m/s,碰撞后系统总动量:p′=MV′+mv′=0.08×4+0.02×4=0.4kg•m/s,系统动量守恒,碰撞后的总动能:EK′=MV′2+
mv′2=
×0.08×42+
×0.02×42=0.8J,系统机械能不增加,故B正确;
C、如果V′=4.5m/s、v′=2m/s,碰撞后M的速度大于m的速度,会发生二次碰撞,不符合实际情况,故C错误;
D、如果V′=2m/s、v′=12m/s,碰撞后系统总动量:p′=MV′+mv′=0.08×2+0.02×12=0.4kg•m/s,系统动量守恒,碰撞后的总动能:EK′=MV′2+
mv′2=
×0.08×22+
×0.02×122=1.6J,系统机械能增加,不符合实际,故D错误;
故选:AB.
如图所示,质量为mA=2kg的木板A静止在光滑水平面上,一质量为mB=1kg的小物块B以某一初速度v0从A的左端向右运动,当A向右运动的路程为L=0.5m时,B的速度为vB=4m/s,此时A的右端与固定竖直挡板相距x.已知木板A足够长(保证B始终不从A上掉下来),A与挡板碰撞无机械能损失,A、B之间的动摩擦因数为μ=0.2,g取10m/s2
(1)求B的初速度值v0;
(2)当x满足什么条件时,A与竖直挡板只能发生一次碰撞?
正确答案
解:(1)假设B的速度从v0减为vB=4m/s时,A一直加速到vA,以A为研究对象,
由动能定理 μmBgL= ①
代入数据解得:vA=1m/s<vB,故假设成立
在A向右运动路程L=0.5m的过程中,A、B系统动量守恒
mBv0=mAvA+mBvB ②
联立①②解得 v0=6m/s
(2)设A、B与挡板碰前瞬间的速度分别为vA1、vB1,由动量守恒定律:
mBv0=mAvA1+mBvB1 ③
以A为研究对象,由动能定理
μmBg(L+x)= ④
由于A与挡板碰撞无机械能损失,故A与挡板碰后瞬间的速度大小为vA1,碰后系统总动量不再向右时,A与竖直挡板只能发生一次碰撞,即
mAvA1≥mBvB1 ⑤
由③⑤得:mBv0≤2mAvA1 ⑥
解得vA1≥=
=1.5m/s⑦
由④⑦联立解得 x≥0.625m
答:
(1)B的初速度值v0为6m/s.
(2)当x≥0.625m时,A与竖直挡板只能发生一次碰撞.
解析
解:(1)假设B的速度从v0减为vB=4m/s时,A一直加速到vA,以A为研究对象,
由动能定理 μmBgL= ①
代入数据解得:vA=1m/s<vB,故假设成立
在A向右运动路程L=0.5m的过程中,A、B系统动量守恒
mBv0=mAvA+mBvB ②
联立①②解得 v0=6m/s
(2)设A、B与挡板碰前瞬间的速度分别为vA1、vB1,由动量守恒定律:
mBv0=mAvA1+mBvB1 ③
以A为研究对象,由动能定理
μmBg(L+x)= ④
由于A与挡板碰撞无机械能损失,故A与挡板碰后瞬间的速度大小为vA1,碰后系统总动量不再向右时,A与竖直挡板只能发生一次碰撞,即
mAvA1≥mBvB1 ⑤
由③⑤得:mBv0≤2mAvA1 ⑥
解得vA1≥=
=1.5m/s⑦
由④⑦联立解得 x≥0.625m
答:
(1)B的初速度值v0为6m/s.
(2)当x≥0.625m时,A与竖直挡板只能发生一次碰撞.
如图所示,在水平光滑直导轨上,静止着三个质量为m=1kg的相同小球A、B、C,现让A球以v0=2m/s的速度向着B球运动,A、B两球碰撞后粘合在一起,两球继续向右运动并跟
C球碰撞,C球的最终速度vC=1m/s.求:
(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度多大?
(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能?
正确答案
解:(1)A、B相碰满足动量守恒:mv0=2mv1
解得两球跟C球相碰前的速度v1=1 m/s
(2)两球与C碰撞同样满足动量守恒:
2mv1=mvC+2mv2
得两球碰后的速度v2=0.5 m/s,
两次碰撞损失的动能:|△Ek|=mv02-
•2mv22-
mvC2
解得|△Ek|=1.25 J
答:(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度为1 m/s;
(2)两次碰撞过程中一共损失了1.25J的动能.
解析
解:(1)A、B相碰满足动量守恒:mv0=2mv1
解得两球跟C球相碰前的速度v1=1 m/s
(2)两球与C碰撞同样满足动量守恒:
2mv1=mvC+2mv2
得两球碰后的速度v2=0.5 m/s,
两次碰撞损失的动能:|△Ek|=mv02-
•2mv22-
mvC2
解得|△Ek|=1.25 J
答:(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度为1 m/s;
(2)两次碰撞过程中一共损失了1.25J的动能.
对于两个质量相同的物体发生速度在同一直线上的弹性碰撞过程,可以简化为如下模型:在光滑水平面上,物体A的左边固定有轻质弹簧,与A质量相同的物体B以速度υ向A运动并与弹簧发生碰撞.A、B始终沿同一直线运动.设物体的质量均为m=2kg,开始时A静止在光滑水平面上某点,B以速度υ0=2.0m/s从远处沿核直线向A运动,如图所示,求:何时A、B组成的系统功能损失最大?此时损失的动能为多少?
正确答案
解:由运动分析可知当二者的速度相等时,弹簧的长度最短,弹性势能最大,动能损失最多,系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=2mv,
代入数据解得:v=1.0m/s,
则系统动能的减小量为:△EK=mv02-
(m+m)v2,
代入数据解得:△EK=2J;
答:当A、B速度相等时,系统动能损失最大,损失的动能为2J.
解析
解:由运动分析可知当二者的速度相等时,弹簧的长度最短,弹性势能最大,动能损失最多,系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=2mv,
代入数据解得:v=1.0m/s,
则系统动能的减小量为:△EK=mv02-
(m+m)v2,
代入数据解得:△EK=2J;
答:当A、B速度相等时,系统动能损失最大,损失的动能为2J.
如图所示,在同一竖直平面上,质量为2m的小球A静止在光滑斜面底部的压缩弹簧的顶端,此时小球距斜面顶端的高度为H=2L,解除弹簧的锁定后,小球沿斜面向上运动.离开斜面后,达到最高点时(此时A球的速度恰好水平)与静止悬挂在此处的小球B发生弹性碰撞,碰撞后球B刚好能摆到与悬点O同一高度,球A沿水平方向抛射落在水平面C上的P点,O点的投影O′与P的距离为
L.已知球B质量为m,悬绳长L,视两球为质点,重力加速度为g,不计空气阻力.求:
(1)球B在两球碰撞后瞬间受到悬绳拉力的大小;
(2)球A在两球碰撞前瞬间的速度大小;
(3)弹簧的弹力对球A所做的功.
正确答案
解:(1)设球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小为,
由动能定理得:-mgL=0-mvB2,解得:vB=
,
对B球,由牛顿第二定律得:T-mg=m,解得:T=3mg;
(2)设球A在两球碰撞前一瞬间的速度大小为v0,球A在两球碰撞后一瞬间的速度大小为vA,
两球碰撞过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:2mv0=2mvA+mvB,
由机械能守恒定律得:•2mv02=
•2mvA2+
mvB2,
解得:vA=,v0=
;
(3)碰后球A做平抛运动,设碰后一瞬间球A距O′的高度为h,
由平抛运动规律得:h=gt2,
=vAt,解得:h=L,
弹簧将球A弹起到A碰B的过程中,由能量守恒定律得:
W弹=2mg•3L+•2mv02,解得:W弹=
mgL;
答:(1)球B在两球碰撞后瞬间受到悬绳拉力的大小为3mg;
(2)球A在两球碰撞前瞬间的速度大小为;
(3)弹簧的弹力对球A所做的功为mgL.
解析
解:(1)设球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小为,
由动能定理得:-mgL=0-mvB2,解得:vB=
,
对B球,由牛顿第二定律得:T-mg=m,解得:T=3mg;
(2)设球A在两球碰撞前一瞬间的速度大小为v0,球A在两球碰撞后一瞬间的速度大小为vA,
两球碰撞过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:2mv0=2mvA+mvB,
由机械能守恒定律得:•2mv02=
•2mvA2+
mvB2,
解得:vA=,v0=
;
(3)碰后球A做平抛运动,设碰后一瞬间球A距O′的高度为h,
由平抛运动规律得:h=gt2,
=vAt,解得:h=L,
弹簧将球A弹起到A碰B的过程中,由能量守恒定律得:
W弹=2mg•3L+•2mv02,解得:W弹=
mgL;
答:(1)球B在两球碰撞后瞬间受到悬绳拉力的大小为3mg;
(2)球A在两球碰撞前瞬间的速度大小为;
(3)弹簧的弹力对球A所做的功为mgL.
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