- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,A、B两木块靠在一起放在光滑的水平面上,A、B的质量分别为mA=2.0kg和mB=1.5kg.一个质量为mc=0.5kg的小铁块C以v0=8m/s的速度滑到木块A上,离开木块A后最终与木块B一起匀速运动.若木块A在铁块C滑离后的速度为vA=0.8m/s,铁块C与木块A、B间存在摩擦,求:
①铁块C在滑离A时的速度.
②摩擦力对B做的功.
正确答案
解:①铁块C在滑离A的过程中,A、B、C系统动量守恒,以C的初速度方向我i正方向,由动量守恒定律得:
mCv0=(mA+mB)vA+mCvC,
代入数据解得:vC=2.4m/s;
②铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度,铁块C和B作用过程中动量守恒、能量守恒,以C达到初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mCvC+mBvA=(mC+mB)vB,
由动能定理得:W=mBvB2-
mBvA2,
代入数据解答:W=0.6J,
答:①铁块C在滑离A时的速度为2.4m/s.
②摩擦力对B做的功为0.6J.
解析
解:①铁块C在滑离A的过程中,A、B、C系统动量守恒,以C的初速度方向我i正方向,由动量守恒定律得:
mCv0=(mA+mB)vA+mCvC,
代入数据解得:vC=2.4m/s;
②铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度,铁块C和B作用过程中动量守恒、能量守恒,以C达到初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mCvC+mBvA=(mC+mB)vB,
由动能定理得:W=mBvB2-
mBvA2,
代入数据解答:W=0.6J,
答:①铁块C在滑离A时的速度为2.4m/s.
②摩擦力对B做的功为0.6J.
如图所示,质量mB的平板车B上表面水平,开始时静止在光滑水平面上,在平板车左端静止着一块质量mA的物块A,一颗质量m0的子弹以v0的水平初速度瞬间射穿A后,速度变为v.已知A与B之间的动摩擦因数不为零,且A与B最终达到相对静止,则系统产生的热量为多少?
正确答案
解:对于子弹、物块A相互作用过程系统动量守恒,
以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:m0v0=m0v+mAvA,
对于A、B相互作用过程中,以A的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mAvA=(mA+mB)v,
由能量守恒定律得,系统产生的热量:
△E=m0v02-
m0v2-
(mA+mB)v2,
解得:△E=m0v02-
m0v2-
;
答:系统产生的热量为:m0v02-
m0v2-
.
解析
解:对于子弹、物块A相互作用过程系统动量守恒,
以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:m0v0=m0v+mAvA,
对于A、B相互作用过程中,以A的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mAvA=(mA+mB)v,
由能量守恒定律得,系统产生的热量:
△E=m0v02-
m0v2-
(mA+mB)v2,
解得:△E=m0v02-
m0v2-
;
答:系统产生的热量为:m0v02-
m0v2-
.
质量为0.4kg的小球甲以速度3m/s沿光滑水平面向右运动,质量为4kg的小球乙以速度5m/s沿光滑水平面与甲在同一直线上向左运动,它们相碰后,甲球以速度8m/s被弹回,则此时乙球的速度大小为______m/s,方向______.
正确答案
3.9
水平向左
解析
解:A、取碰撞前甲的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:
m甲v甲-m乙v乙=-m甲v甲′+m乙v乙′
得:v乙′=(m甲v甲-m乙v乙+m甲v甲′)=
(0.4×3-4×5+0.4×8)m/s=-3.9m/s,即方向水平向左.
故答案为:3.9,水平向左
如图所示,一质量为M的平板车B放在光滑水平面上,在其右端放一质量为m的小木块A,M=5m,A、B间动摩擦因素为μ,现给A和B以大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向左运动,B开始向右运动,最后A不会滑离B,求:
(1)A、B最后的速度大小和方向.
(2)A在B上相对运动的时间.
(3)平板车的最小长度.
正确答案
解:(1)A、B系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)v,解得:v=v0,
将M=5m代入上式可得:v=v0,方向与平板车B初速度方向相同;
(2)对B车,由动量定理得:-μmgt=Mv-Mv0,解得:t=;
(3)由能量守恒定律的:μmgL=(M+m)v02-
(M+m)v2,解得:L=
;
答:(1)A、B最后的速度大小为:v0,方向与平板车B初速度方向相同.
(2)A在B上相对运动的时间为.
(3)平板车的最小长度为.
解析
解:(1)A、B系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:Mv0-mv0=(M+m)v,解得:v=v0,
将M=5m代入上式可得:v=v0,方向与平板车B初速度方向相同;
(2)对B车,由动量定理得:-μmgt=Mv-Mv0,解得:t=;
(3)由能量守恒定律的:μmgL=(M+m)v02-
(M+m)v2,解得:L=
;
答:(1)A、B最后的速度大小为:v0,方向与平板车B初速度方向相同.
(2)A在B上相对运动的时间为.
(3)平板车的最小长度为.
如图所示,小车上固定有一内壁光滑的弯管,弯管左、右两端管口在同一水平面上.弯管及小车的总质量为M,小车静止于光滑水平面上,质量为m=
M的小球以水平速度v0(未知)射入弯管,小球直径略小于弯管,弯管最高处到管口的竖直高度为h.设小球与弯管在相互作用过程中无机械能损失,小球离开小车时,速度仍是水平的.
(1)若小球恰好能到达弯管的最高点,试求v0的大小
(2)若小球恰好能到达弯管的最高点后,从右端离开小车,试求离开小车时小球的速度(用v0表示)
正确答案
解(1):小球到达最高点时恰与小车等速.这一过程系统水平方向动量守恒且系统机械能守恒,规定向右为正方向:
mv0=(m+M)v,
,
解得:.
(2)当小球将从右边离开小车时,设小球和车的末速度分别为v1、v2,规定向右为正方向,有
mv0=mv1+Mv2,
,
解出两组解,小球从左边离开的解是:,
(舍去)
对应于小球从右边离开的解是:v1=v0,v2=0.
答:(1)v0的大小为;
(2)离开小车时小球的速度为v0.
解析
解(1):小球到达最高点时恰与小车等速.这一过程系统水平方向动量守恒且系统机械能守恒,规定向右为正方向:
mv0=(m+M)v,
,
解得:.
(2)当小球将从右边离开小车时,设小球和车的末速度分别为v1、v2,规定向右为正方向,有
mv0=mv1+Mv2,
,
解出两组解,小球从左边离开的解是:,
(舍去)
对应于小球从右边离开的解是:v1=v0,v2=0.
答:(1)v0的大小为;
(2)离开小车时小球的速度为v0.
如图所示,长为L的细绳竖直悬挂着一质量为2m的小球A,恰好紧挨着放置在水平光滑桌面右端质量为m的物块B.现保持细绳绷直,把小球向左上方拉至细绳与竖直方向成600的位置,然后释放小球.小球到达最低点时恰好与物块发生碰撞,碰后小球向右摆动的最大高度为
,物块获得速度后向右离开光滑桌面.
(1)A球与B碰撞前后瞬间A球速度各是多大
(2)A球与B碰撞前对细绳的拉力是多大
(3)物块落地时距离桌面右端的水平距离是多少.
正确答案
解:(1)A球小球下摆至最低点的过程中,根据机械能守恒:
2mg(L-Lcos60°)= ①
得:v=
A球碰撞后在上摆过程中,根据机械能守恒:
=2mg
②
得:v1=
(2)在最低点对A球:T-2mg=2m
得:T=4mg
(3)小球A和物块碰撞瞬间分析,根据动量守恒:
2mv=2mv1+mv2 ③
得:v2=
对碰后物块分析,根据平抛运动规律有:
竖直方向有:h= ④
水平方向有:s=v2t ⑤
解得:s=
答:(1)A球与B碰撞前A球速度是,碰撞后瞬间速度是
.
(2)A球与B碰撞前对细绳的拉力是4mg.
(3)物块落地时距离桌面右端的水平距离是.
解析
解:(1)A球小球下摆至最低点的过程中,根据机械能守恒:
2mg(L-Lcos60°)= ①
得:v=
A球碰撞后在上摆过程中,根据机械能守恒:
=2mg
②
得:v1=
(2)在最低点对A球:T-2mg=2m
得:T=4mg
(3)小球A和物块碰撞瞬间分析,根据动量守恒:
2mv=2mv1+mv2 ③
得:v2=
对碰后物块分析,根据平抛运动规律有:
竖直方向有:h= ④
水平方向有:s=v2t ⑤
解得:s=
答:(1)A球与B碰撞前A球速度是,碰撞后瞬间速度是
.
(2)A球与B碰撞前对细绳的拉力是4mg.
(3)物块落地时距离桌面右端的水平距离是.
如图所示,甲木块的质量为m,以速度v沿光滑水平地面向前运动,正前方有一静止的、质量为2m的乙木块,乙上连有一轻质弹簧.甲木块与弹簧接触后( )
正确答案
解析
解:甲木块与弹簧接触后,由于弹簧弹力的作用,甲、乙的动量要发生变化,但对于甲、乙所组成的系统因所受合力的冲量为零,故甲乙系统动量守恒,
当甲乙速度相等时,弹簧被压缩到最短,乙甲的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:
mv=(m+2m)v′
解得:v
压缩过程中,甲、乙两木块和弹簧所组成的系统机械能守恒,则有弹簧被压缩到最短时弹性势能为:=
,故ACD正确,B错误
故选:ACD.
如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量mA=4kg,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计,可视为质点的物块B置于A的最右端,B的质量mB=2kg,现对A施加一个水平向右的恒力F=10N,A运动一段时间后,小车左端固定的挡板与B发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下继续运动,碰撞后经时间t=0.6s,二者的速度达到vt=2m/s,求
(1)A开始运动时加速度a的大小;
(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小;
(3)A的上表面长度l.
正确答案
解:(1)以A为研究对象,由牛顿第二定律得:
F=mAa,
代入数据得:a=2.5m/s2;
(2)A、B碰撞后共同运动过程中,选向右的方向为正,由动量定理得:
Ft=(mA+mB)vt-(mA+mB)v,
代入数据解得:v=1m/s;
(3)A、B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:
mAvA=(mA+mB)v,
A从开始运动到与B发生碰撞前,由动能定理得:
Fl=mAvA2-0,
联立并代入数据得:l=0.45m;
答:(1)A开始运动时加速度a的大小为2.5m/s2;
(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小为1m/s;
(3)A的上表面长度为0.45m.
解析
解:(1)以A为研究对象,由牛顿第二定律得:
F=mAa,
代入数据得:a=2.5m/s2;
(2)A、B碰撞后共同运动过程中,选向右的方向为正,由动量定理得:
Ft=(mA+mB)vt-(mA+mB)v,
代入数据解得:v=1m/s;
(3)A、B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:
mAvA=(mA+mB)v,
A从开始运动到与B发生碰撞前,由动能定理得:
Fl=mAvA2-0,
联立并代入数据得:l=0.45m;
答:(1)A开始运动时加速度a的大小为2.5m/s2;
(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小为1m/s;
(3)A的上表面长度为0.45m.
如图,光滑水平地面上静止放置三个滑块A,B,C,A和B的质量均为2m,C的质量为m.A,B之间用一根轻质弹簧粘连,B,C接触但不粘连,现给A施加一向右的瞬时冲量,使A获得一水平向右的初速度v0.在此后的运动过程中,求:
(1)C最终的速度大小;
(2)当弹簧第二次被压缩至最短时,弹簧储存的最大弹性势能.
正确答案
解:(1)弹簧第一次压缩最短时弹性势能最大,此后第一次恢复原长时,C的速度达到最大值,设向右为正;由动量守恒定律可知:
2mv0=2mv1+3mv2
×2m×v02=
×2mv12+
×3m×v22
联立解得:
v1=-0.2v0,v2=0.8v0
C最终速度为0.8v0;
(2)弹簧第二次压缩到最短时,A、B速度相等,故:
2m•v1+2mv2=4mv
解得:
v=0.3v0
故弹簧的弹性势能为:
Epm=(2m)v12+
(2m)v22-
(4m)v2=
mv02;
解:(1)C最终的速度大小为0.8v0;
(2)当弹簧第二次被压缩至最短时,弹簧储存的最大弹性势能为mv02.
解析
解:(1)弹簧第一次压缩最短时弹性势能最大,此后第一次恢复原长时,C的速度达到最大值,设向右为正;由动量守恒定律可知:
2mv0=2mv1+3mv2
×2m×v02=
×2mv12+
×3m×v22
联立解得:
v1=-0.2v0,v2=0.8v0
C最终速度为0.8v0;
(2)弹簧第二次压缩到最短时,A、B速度相等,故:
2m•v1+2mv2=4mv
解得:
v=0.3v0
故弹簧的弹性势能为:
Epm=(2m)v12+
(2m)v22-
(4m)v2=
mv02;
解:(1)C最终的速度大小为0.8v0;
(2)当弹簧第二次被压缩至最短时,弹簧储存的最大弹性势能为mv02.
[物理选修3-5模块]
(1)下列说法中正确的是______.
A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H
B.铀核裂变的核反应是:92235U→56141Ba+3692Kr+201n
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是:(m1+m2-m3)c2
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
(2)如图所示,质量M=0.040kg的靶盒A静止在光滑水平导轨上的O点,水平轻质弹簧一端栓在固定挡板P上,另一端与靶盒A连接.Q处有一固定的发射器B,它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v0=50m/s,质量m=0.010kg的弹丸,当弹丸打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短.不计空气阻力.求弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为多少?
正确答案
解:(1)A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H,故A正确.
B.铀核裂变的核反应是:92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故B错误.
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,方程为:211H+201n→24He
释放的能量是:(2m1+2m2-m3)c2 ,故C错误.
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子,故D正确.
故选AD.
(2)解:(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得
mv0=(m+M)v
靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得
Ep=(m+M)v2
解得:Ep=v02
代入数值得 Ep=2.5J
故答案为:(1)AD.
(2)Ep=2.5J
解析
解:(1)A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H,故A正确.
B.铀核裂变的核反应是:92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故B错误.
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,方程为:211H+201n→24He
释放的能量是:(2m1+2m2-m3)c2 ,故C错误.
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子,故D正确.
故选AD.
(2)解:(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得
mv0=(m+M)v
靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得
Ep=(m+M)v2
解得:Ep=v02
代入数值得 Ep=2.5J
故答案为:(1)AD.
(2)Ep=2.5J
一质量为M的木块静止光滑的水平面上,一质量为m的子弹以初速度v0水平飞来打进木块并留在其中,设木块与子弹的相互作用力为f.试求:
(1)子弹、木块相对静止时的速度v?
(2)系统系统增加的内能为多少?
(3)子弹打进木块的深度L多少?
正确答案
解:(1)子弹与木块组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v,
解得:v=;
(2)对子弹与木块组成的系统,由能量守恒定律得:
mv02=
(M+m)v2+Q,
解得:Q=;
(3)系统损失的机械能:Q=fL,
解得子弹打进木块的深度:L=;
答:(1)子弹、木块相对静止时的速度v=;
(2)系统系统增加的内能为:;
(3)子弹打进木块的深度为.
解析
解:(1)子弹与木块组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v,
解得:v=;
(2)对子弹与木块组成的系统,由能量守恒定律得:
mv02=
(M+m)v2+Q,
解得:Q=;
(3)系统损失的机械能:Q=fL,
解得子弹打进木块的深度:L=;
答:(1)子弹、木块相对静止时的速度v=;
(2)系统系统增加的内能为:;
(3)子弹打进木块的深度为.
在光滑水平地面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车,一个质量为m的小铁块以速度V0沿水平槽口滑去,如图所示,求:
①铁块能滑至弧形槽内的最大高度:(设m不会从左端滑离M)
②小车的最大速度;
③若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作什么运动?
正确答案
解:(1)铁块滑至最高处时,有共同速度V,
由动量守恒定律得:mV0=(M+m)V ①
由能量守恒定律得:②
由①②解得:
(2)铁块从小车右端滑离小车时,小车的速度最大为V1,此时铁块速度为V2,
由动量守恒定律得:mv=MV1 +mV2 ③
由能量守恒定律得:④
由③④解得:
(3)由上面③④解得:⑤
由已知当M=m时,由⑤得:V2=0
又因铁块滑离小车后只受重力,所以做自由落体运动.
答:①铁块能滑至弧形槽内的最大高度是
②小车的最大速度是;
③若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作自由落体运动.
解析
解:(1)铁块滑至最高处时,有共同速度V,
由动量守恒定律得:mV0=(M+m)V ①
由能量守恒定律得:②
由①②解得:
(2)铁块从小车右端滑离小车时,小车的速度最大为V1,此时铁块速度为V2,
由动量守恒定律得:mv=MV1 +mV2 ③
由能量守恒定律得:④
由③④解得:
(3)由上面③④解得:⑤
由已知当M=m时,由⑤得:V2=0
又因铁块滑离小车后只受重力,所以做自由落体运动.
答:①铁块能滑至弧形槽内的最大高度是
②小车的最大速度是;
③若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作自由落体运动.
质量为m、速度为v的A球跟质量为3m的静止B球发生正碰,碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,碰后B球的速度可能是( )
正确答案
解析
解:A、若vB=0.6v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.6v,得vA=-0.8v,碰撞前系统的总动能为Ek=mv2.
碰撞后系统的总动能为Ek′=mvA2+
•3m•vB2=
m(0.8v)2+
3mvB2>
mv2,违反了能量守恒定律,不可能.故A错误.
B、若vB=0.4v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.4v,得vA=-0.2v,
碰撞后系统的总动能为Ek′=mvA2+
•3m•vB2=
m(-0.2v)2+
×3m(0.4v)2>
mv2,不违反能量守恒定律,是可能的.故B正确.
C、A、B发生完全非弹性碰撞,则有:mv=(m+3m)vB,vB=0.25v,这是B获得的最小速度,所以vB=0.2v,是不可能的.故C错误D正确.
故选:BD.
两球A、B在光滑水平面上沿同一直线同一方向运动,mA=1kg,mB=2kg,vA=4m/s,vB=2m/s.当A追上B并发生碰撞后,两球A、B速度的可能值是( )
正确答案
解析
解:碰前系统总动量为:P总=4×1+2×2=8kg•m/s,碰前总动能为:Ek总=×1×42+
×2×22=12J;
A、如果vA′=3 m/s,vB′=2.5 m/s,则碰后A的速度大于B的速度,不符合实际,故A错误;
B、如果vA′=0 m/s,vB′=4 m/s,系统动量守恒,碰后总动能为E′k总=×1×02+
×2×42=16J,系统动能增加,不符合实际,故B错误;
C、如果vA′=2 m/s,vB′=3 m/s,系统动量守恒,碰后总动能为E″k总=×1×22+
×2×32=11J,故C正确;
D、如果vA′=4 m/s,vB′=-2 m/s,碰后B反向,这是不可能的,故D错误;
故选:C.
质量为m的人站在质量为M、长为L的静止小船的右端,小船的左端靠在岸边(如图所示),当他向左走到船的左端时,船左端离岸的距离是( )
正确答案
解析
解:人、船系统动量守恒,总动量始终为零,所以人、船动量大小始终相等.
从图中可以看出,人、船的位移大小之和等于L.设人、船位移大小分别为l1、l2,
以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv1=Mv2,
两边同乘时间t得:mv1t=Mv2t,即:ml1=Ml2,
而l1+l2=L,解得:l2=L;
故选:D.
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