- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,质量分别是m1、m2(m1>m2)的A、B两个木块,用轻质细线相连,在水平外力F的作用下在粗糙的水平地面上向右做匀速直线运动,某时刻剪断细线,到A停止运动以前,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、开始时系统匀速运动;故F=μ(mAg+mBg);剪断细线后,A的加速度为μg;B的加速度为
=μg;故两物体的加速度相同;故AB错误;
C、在剪断细线前,两木块在水平地面上向右做匀速直线运动,所受合力为零.剪断细线后,在A停止运动以前,两木块组成的系统的合力仍为零,则系统的总动量守恒.设原来两木块的速度大小为v,剪断细线后,在A停止运动以前,速度大小分别为v1,v2,由动量守恒得
(m1+m2)v=m1v1+m2v2
剪断细线前总动能为Ek==
剪断细线后总动能为Ek′=+
则有Ek′-Ek=,
由于v1≠v2,根据数学知识得到,Ek′-Ek>0,所以A、B系统的总动能增加.故C正确;
故选:C.
质量为2kg的物体在距地面高5m处由静止自由下落,正好落在以4.5m/s的速度沿光滑水平面匀速行驶的装有沙子的小车中,车和沙子的总质量为4kg,当物体与小车相对静止后,小车的速度为( )
正确答案
解析
解:小球和车作用过程中,两者组成的系统水平方向不受外力,水平方向系统的动量守恒.
已知两者作用前水平方向车的速度 v0=4.5m/s,小球水平方向速度v=0;
设当物体与小车相对静止后,小车的速度为v′,取原来车速度方向为正方向,则根据水平方向系统的动量守恒得:
mv+Mv0=(M+m)v′
解得:v′==
m/s=3m/s
故选:A
光滑水平面上用细线相连的A、B两物体,它们的质量分别为m1和m2,A以v0的速度向右滑动,如图所示,当细线拉直后,A、B一起运动的速度为______,绳子张力对A的冲量大小为______.
正确答案
解析
解:A、B组成的系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m1v0=(m1+m2)v,
解得:v=;
对A,由动量定理得:I=m1v-m1v0,
解得:I=-,负号表示方向,即绳子张力对A的冲量大小为
.
故答案为:;
如图所示,质量为M的木块放在光滑的水平面上且弹簧处于原长状态,质量为m的子弹以初速度v0快速击中木块而未穿出,则:
(1)击中木块瞬间二者的共同速度为多大?
(2)弹簧储存的最大弹性势能为多大?
(3)从子弹接触木块到弹簧压缩最短的过程中墙壁给弹簧的冲量是多少?
②若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL,则所得产品中重铬酸钾的纯度为(设整个过程中其它杂质不参加反应)(保留2位有效数字).
正确答案
解:(1)由于从子弹打入到与物块相对静止,时间非常短,弹簧未发生形变,且此过程中地面对物块摩擦力远小于内力(子弹与物块间作用力),故可认为此过程动量守恒,设向右为正方向:
mv0=(m+M)v ①
解得:v=v0
(2)m、M组成的系统一起压缩弹簧直到动能减小为零,此时弹簧的弹性势能最大,根据能量的转化与守恒:
EP=(m+M)v2 ②
解得:EP=
(3)取向右为正,对系统由动量定理:I=0-mv0
得:I=-mv0 方向向左
答:(1)击中木块瞬间二者的共同速度为v0;
(2)弹簧储存的最大弹性势能为;
(3)从子弹接触木块到弹簧压缩最短的过程中墙壁给弹簧的冲量是mv0,方向向左.
解析
解:(1)由于从子弹打入到与物块相对静止,时间非常短,弹簧未发生形变,且此过程中地面对物块摩擦力远小于内力(子弹与物块间作用力),故可认为此过程动量守恒,设向右为正方向:
mv0=(m+M)v ①
解得:v=v0
(2)m、M组成的系统一起压缩弹簧直到动能减小为零,此时弹簧的弹性势能最大,根据能量的转化与守恒:
EP=(m+M)v2 ②
解得:EP=
(3)取向右为正,对系统由动量定理:I=0-mv0
得:I=-mv0 方向向左
答:(1)击中木块瞬间二者的共同速度为v0;
(2)弹簧储存的最大弹性势能为;
(3)从子弹接触木块到弹簧压缩最短的过程中墙壁给弹簧的冲量是mv0,方向向左.
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后的方框涂满涂黑.如都作答,则按A、B两小题评分.
A.(选修模块3-3)B.(选修模块3-4)
(1)下列说法中正确的是______
A.照相机等的镜头涂有一层增透膜,其厚度应为入射光在真空中波长的;
B.调谐是电磁波发射应该经历的过程,调制是电磁波接收应该经历的过程
C.把调准的摆钟,由北京移至赤道,这个钟将变慢,若要重新调准,应增加摆长
D.振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越短
E.地面上的我们会发现:竖直向上高速运行的球在水平方向变窄
F.变化的磁场必定产生变化的电场.
(2)如图所示,O点为振源,OP=s,t=0时刻O点由平衡位置开始振动,产生向右沿直线传播的简谐波.图乙为从t=0时刻开始描绘的P点的振动图象.下列判断中正确的是______
A.该波的频率为1/( t2-t1 ) B.该波波长为st1/( t2-t1 ) C.t=0时刻,振源O的振动方向沿y轴正方向
D.t=t2时刻,P点的振动方向沿y轴负方向
(3)一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30°,斜边AB=a.棱镜材料的折射率为n=.在此截面所在的平面内,一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜,求射出点的位置(不考虑光线沿原来路返回的情况).
C.(选修模块3-5)
(1)下列物理实验中,能说明粒子具有波动性的是______
A.通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系,证明爱因斯坦方程光电效应方程的正确性
B.通过测试多种物质对X射线的散射,发现散射射线中有波长变大的成分
C.通过电子双缝实验,发现电子的干涉现象
D.利用晶体做电子束衍射实验,证实了电子的波动性
(2)氢原子的能级如图所示.有一群处于n=4能级的氢原子,这群氢原子能发出______种谱线,发出的光子照射某金属能产生光电效应现象,则该金属的逸出功应小于______eV.
(3)近年来,国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展,它利用的核反应方程是21H+31H→42He+10n.若21H和31H迎面碰撞,初速度大小分别为v1、v2,21H、31H、42He、10n的质量分别为m1、m2、m3、m4,反应后42He的速度大小为v3,方向与21H的运动方向相同,求中子10n的速度 (选取m的运动方向为正方向,不计释放的光子的动量,不考虑相对论效应).
正确答案
解:B.(选修模块3-4)
(1)A、照相机等的镜头涂有一层增透膜,其厚度应为入射光在该介质中波长的,故A错误;
B、调制是电磁波发射应该经历的过程,调谐是电磁波接收应该经历的过程,故B错误;
C、赤道上的重力加速度小于北京的,因此要若要重新调准,应缩短摆长,故C错误;
D、波传播一个波长时间为一个周期,波的频率越高,说明周期越小,所以波传播一个波长的距离所用的时间越短,故D正确;
E、根据相对论可知,地面上的我们会发现:竖直向上高速运行的球在水平方向变窄,故E正确
F、变化的磁场不一定产生的变化的电场,如均匀变化的磁场产生稳定的磁场,故F错误;
故选DE.
(2)由甲乙两图可知,该波的周期为:T=t2-t1 ①
所以频率为:
该波的波速为: ②
波速、周期、波长关系为: ③
联立①②③得,故A正确,B错误;
由乙图可知,波传到P点时,质点开始向上振动,因此波源的开始振动方向沿y轴正方向,故C正确;
t=t2时刻,P点的振动方向沿y轴正方向,故D错误.
故选AC.
(3)根据折射定律可知,,所以有
,所以r=30°,由几何关系可知,
,大于临界角,因此在AB年发生全反射,然后从BC面垂直射出.光路图如下所示:
由几何关系可知:,
,
所以:.
故光线将从BC边上距离B点的位置垂直射出.
C.(选修模块3-5)
(1)通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系,证明爱因斯坦方程光电效应方程的正确性,这句话正确,但是这证明了光的波动性,故A正确;
康普顿效应实验证明了光的粒子性,故B错误;
干涉、衍射现象是光特有的现象,因此双缝干涉以及衍射现象均说明了光的波动性,故CD正确;
故选CD.
(2)发射光的频率条数为:,这六中光中,能量最大的为从第4能级跃迁到第1能级的光子,其能量为E=E1-E2=12.75eV,因此该金属的逸出功小于12.75eV才能发生光电效应.
故答案为:6,12.75.
(3)解:设中子的速度为v,由动量守恒定律得:
m1v1-m2v2=m3v3+m4v
解得:.
故中子10n的速度为:.
解析
解:B.(选修模块3-4)
(1)A、照相机等的镜头涂有一层增透膜,其厚度应为入射光在该介质中波长的,故A错误;
B、调制是电磁波发射应该经历的过程,调谐是电磁波接收应该经历的过程,故B错误;
C、赤道上的重力加速度小于北京的,因此要若要重新调准,应缩短摆长,故C错误;
D、波传播一个波长时间为一个周期,波的频率越高,说明周期越小,所以波传播一个波长的距离所用的时间越短,故D正确;
E、根据相对论可知,地面上的我们会发现:竖直向上高速运行的球在水平方向变窄,故E正确
F、变化的磁场不一定产生的变化的电场,如均匀变化的磁场产生稳定的磁场,故F错误;
故选DE.
(2)由甲乙两图可知,该波的周期为:T=t2-t1 ①
所以频率为:
该波的波速为: ②
波速、周期、波长关系为: ③
联立①②③得,故A正确,B错误;
由乙图可知,波传到P点时,质点开始向上振动,因此波源的开始振动方向沿y轴正方向,故C正确;
t=t2时刻,P点的振动方向沿y轴正方向,故D错误.
故选AC.
(3)根据折射定律可知,,所以有
,所以r=30°,由几何关系可知,
,大于临界角,因此在AB年发生全反射,然后从BC面垂直射出.光路图如下所示:
由几何关系可知:,
,
所以:.
故光线将从BC边上距离B点的位置垂直射出.
C.(选修模块3-5)
(1)通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系,证明爱因斯坦方程光电效应方程的正确性,这句话正确,但是这证明了光的波动性,故A正确;
康普顿效应实验证明了光的粒子性,故B错误;
干涉、衍射现象是光特有的现象,因此双缝干涉以及衍射现象均说明了光的波动性,故CD正确;
故选CD.
(2)发射光的频率条数为:,这六中光中,能量最大的为从第4能级跃迁到第1能级的光子,其能量为E=E1-E2=12.75eV,因此该金属的逸出功小于12.75eV才能发生光电效应.
故答案为:6,12.75.
(3)解:设中子的速度为v,由动量守恒定律得:
m1v1-m2v2=m3v3+m4v
解得:.
故中子10n的速度为:.
如图所示,五块完全相同的长木板依次紧挨着放在水平地面上,每块木板的长度为L=0.5m,质量为M=0.6kg.在第一块长木板的最左端放置一质量为m=0.98kg的小物块.已知小物块与长木板间的动摩擦因数为μ1=0.2,长木板与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1,设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.一颗质量为m0=0.02kg的子弹以的υ0=150m/s水平速度击中小物块并立即与小物块一起在长木板表面滑行,重力加速度g取10m/s2.
(1)分析小物块滑至哪块长木板时,长木板才开始在地面上滑动.
(2)求物块在整个运动过程中相对出发点滑行的最大距离s.
正确答案
解:(1)由题意子弹、小物块、长木板的质量分别为m0、m、M,子弹的初速度为v0,子弹击中小物块后二者的共同速度为v1,由动量守恒定律得:
m0v0=(m+m0)v1 …①
子弹击中小物块后物块的质量为M′,且M′=m+m0.设当物块滑至第n块木板时,木板才开始运动,则满足:
μ1M′g>μ2[M′+(6-n)M]g…②
其中μ1、μ2分别表示物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数.
由②式解得n>4.3
即物块滑上第五块木板时,木板才开始在地面上滑动.
(2)设物块刚滑上第五块木板时的速度为v2,每块木板的长度为L,由动能定理
-μ1 M′g×4L=M′
-
…③
由①③式解得 v2=1m/s
物块在第五块木板表面做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,设经历时间t,物块与木板能获得相同的速度v3,由动量定理
-μ1 M′gt=M′v3-M′v2…⑤
〔μ1 M′g-μ2(M′+M)g〕t=Mv3…⑥
由⑤⑥式解得v3=0.25m/s
在此过程中,物块发生的位移为s1,由动能定理
-μ1 M′g s1=M′
-
M′
可解得s1=m<0.5m
即物块与木板获得0.25m/s的共同速度,之后整体向前匀减速运动s2后静止.
由动能定理
-μ2 (M′+M)g s2=-(M′+m)
解得s2=m
所以物块总共发生的位移s=4L+s1+s2
解得s≈2.27m
答:(1)经分析小物块滑至第5块长木板时,长木板才开始在地面上滑动;
(2)物块在整个运动过程中相对出发点滑行的最大距离s=2.27m.
解析
解:(1)由题意子弹、小物块、长木板的质量分别为m0、m、M,子弹的初速度为v0,子弹击中小物块后二者的共同速度为v1,由动量守恒定律得:
m0v0=(m+m0)v1 …①
子弹击中小物块后物块的质量为M′,且M′=m+m0.设当物块滑至第n块木板时,木板才开始运动,则满足:
μ1M′g>μ2[M′+(6-n)M]g…②
其中μ1、μ2分别表示物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数.
由②式解得n>4.3
即物块滑上第五块木板时,木板才开始在地面上滑动.
(2)设物块刚滑上第五块木板时的速度为v2,每块木板的长度为L,由动能定理
-μ1 M′g×4L=M′
-
…③
由①③式解得 v2=1m/s
物块在第五块木板表面做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动,设经历时间t,物块与木板能获得相同的速度v3,由动量定理
-μ1 M′gt=M′v3-M′v2…⑤
〔μ1 M′g-μ2(M′+M)g〕t=Mv3…⑥
由⑤⑥式解得v3=0.25m/s
在此过程中,物块发生的位移为s1,由动能定理
-μ1 M′g s1=M′
-
M′
可解得s1=m<0.5m
即物块与木板获得0.25m/s的共同速度,之后整体向前匀减速运动s2后静止.
由动能定理
-μ2 (M′+M)g s2=-(M′+m)
解得s2=m
所以物块总共发生的位移s=4L+s1+s2
解得s≈2.27m
答:(1)经分析小物块滑至第5块长木板时,长木板才开始在地面上滑动;
(2)物块在整个运动过程中相对出发点滑行的最大距离s=2.27m.
如图质量M=0.2kg的木块放在水平台面上,台面比水平地面高出h=0.20m,木块离台的右端L=1.7m.质量为m=0.10M的子弹以v0=180m/s的速度水平射向木块,当子弹以v=90m/s的速度水平射出时,木块的速度为v1=9m/s(此过程作用时间极短,可认为木块的位移为零).若木块落到水平地面时的落地点到台面右端的水平距离为l=1.6m,求:
(1)木块对子弹所做的功W1和子弹对木块所做的功W2;
(2)木块与台面间的动摩擦因数μ.
正确答案
解:(1)对子弹:从开始到射出木块,由动能定理得:
W1=mv2-
mv02,
代入数据解得:W1=-243J,
对木块:由动能定理得,子弹对木块所做的功:W2=Mv12,
代入数据解得:W2=8.1J;
(2)设木块离开台面时速度为v2,木块在台面上滑行阶段对木块由动能定理得:
-μMgL=Mv22-
Mv12,
木块离开台面后平抛,由平抛规律得:h=gt2,l=v2t,
代入数据解得:μ=0.50;
答:(1)木块对子弹所做的功W1为-243J,子弹对木块所做的功W2为8.1J;
(2)木块与台面间的动摩擦因数μ为0.50.
解析
解:(1)对子弹:从开始到射出木块,由动能定理得:
W1=mv2-
mv02,
代入数据解得:W1=-243J,
对木块:由动能定理得,子弹对木块所做的功:W2=Mv12,
代入数据解得:W2=8.1J;
(2)设木块离开台面时速度为v2,木块在台面上滑行阶段对木块由动能定理得:
-μMgL=Mv22-
Mv12,
木块离开台面后平抛,由平抛规律得:h=gt2,l=v2t,
代入数据解得:μ=0.50;
答:(1)木块对子弹所做的功W1为-243J,子弹对木块所做的功W2为8.1J;
(2)木块与台面间的动摩擦因数μ为0.50.
质量为m、速度为v的A球与质量为m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,因此,碰撞后B球的速度可能有不同的值.碰撞后B球的速度大小可能是( )
正确答案
解析
解:A、若碰后B的速度为0.6v,根据动量守恒定律得,mv=0.6mv+mv′,解得A球的速度v′=0.4v,因为,不违背能量守恒,是可能的,故A正确.
B、若碰后B的速度为0.4v,根据动量守恒定律得,mv=0.4mv+mv′,解得A球的速度v′=0.6v,将发生二次碰撞,违背实际规律,是不可能的,故B错误.
C、若碰后B的速度为0.3v,根据动量守恒定律得,mv=0.3mv+mv′,解得A球的速度v′=0.7v,将发生二次碰撞,违背实际规律,是不可能的,故C错误.
D、若碰后B的速度为v,根据动量守恒定律得,mv=mv+mv′,解得A球的速度v′=0,则碰撞前的总动能等于碰撞后的总动能,即发生的弹性碰撞,故D正确.
故选:AD.
如图所示,甲车的质量是2kg,静止在光滑水平面上,上表面光滑,右端放一个质量为1kg的小物体.乙车质量为4kg,以5m/s的速度向左运动,与甲车碰撞以后甲车获得8m/s的速度,物体滑到乙车上.若乙车足够长,上表面与物体的动摩擦因数为0.2,则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止?(g取10m/s2)
正确答案
解:乙与甲碰撞动量守恒:
m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′
小物体m在乙上滑动至有共同速度v,对小物体与乙车运用动量守恒定律得
m乙v乙′=(m+m乙)v
对小物体应用牛顿第二定律得a=μg
所以t=
代入数据得t=0.4 s
答:物体在乙车上表面滑行0.4s时间相对乙车静止.
解析
解:乙与甲碰撞动量守恒:
m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′
小物体m在乙上滑动至有共同速度v,对小物体与乙车运用动量守恒定律得
m乙v乙′=(m+m乙)v
对小物体应用牛顿第二定律得a=μg
所以t=
代入数据得t=0.4 s
答:物体在乙车上表面滑行0.4s时间相对乙车静止.
选修模块3-5
(1)下列说法中正确的是______
A.天然放射现象的发现,说明了原子核是有内部结构的
B.汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构
C.可以通过加热的方法改变原子核的半衰期
D.B衰变所释放的电子是原子核内的中字转化成质子和电子所产生的
(2)现有一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁,能辐射出______ 种的不同频率的光子.
(3)自由的中子的质量为m1,自由的质子的质量为m2,126C原 子核的质量为m3,真空中的光速为c,则126C原子核的比结合能为______.
正确答案
AD
6
解析
解:(1)A、天然放射现象的发现,说明了原子核是有内部结构的,故A正确;
B、α粒子散射实验说明原子的核式结构,电子是汤姆生发现,但是不能说明原子的核式结构,故B错误;
C、放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的,与原子所处的温度无关.故C错误;
D、β衰变的实质是放射性原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子,故D正确.
故选AD
(2)根据=6,知氢原子向低能级跃迁,能辐射出6种不同频率的光子.
(3)6个中子和6个质子结合成一个126C原子核,发生反应的质量亏损为:△m=6(m1+m2)-m3,释放的能量为:E=△mc2
所以126C原子核的比结合能为=
故答案为:(1)AD;(2)6;(3)
如图所示,竖直平面内的光滑水平轨道的左边有一墙壁,右边与一个足够高的光滑圆弧轨道平滑相连,木块A、B静置于光滑水平轨道上,A、B的质量分别为1.5kg和0.5kg.现让A以6m/s的速度水平向左运动,之后与墙壁碰撞,碰撞的时间为0.3s,碰后的速度大小变为4m/s.若A与B碰撞后会立即粘在一起运动,g取10m/s2,求:
(1)在A与墙壁碰撞的过程中,墙壁对A的平均作用力的大小.
(2)A、B滑上圆弧轨道的最大高度.
正确答案
解:(1)设水平向右为正方向,当A与墙壁碰撞时,
由动量定理得:Ft=mAv′1-mA•(-v1),
解得:F=50N.
(2)设碰撞后A、B的共同速度为v,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mAv′1=(mA+mB)v,
A、B在光滑圆形轨道上滑动时,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:(mA+mB)v2=(mA+mB)gh,
解得:h=0.45m;
答:(1)在A与墙壁碰撞的过程中,墙壁对A的平均作用力的大小为50N;
(2)A、B滑上圆弧轨道的最大高度为0.45m
解析
解:(1)设水平向右为正方向,当A与墙壁碰撞时,
由动量定理得:Ft=mAv′1-mA•(-v1),
解得:F=50N.
(2)设碰撞后A、B的共同速度为v,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mAv′1=(mA+mB)v,
A、B在光滑圆形轨道上滑动时,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:(mA+mB)v2=(mA+mB)gh,
解得:h=0.45m;
答:(1)在A与墙壁碰撞的过程中,墙壁对A的平均作用力的大小为50N;
(2)A、B滑上圆弧轨道的最大高度为0.45m
如图,在光滑的水平长轨道上,质量为m的小球P1和质量M的小球P2分别置于A、C两点,从某时刻起,P1始终受到向右的大小恒定为F的力作用而向右运动,到C点时与P2发生水平对心正碰(碰撞时间很短,可忽略不计),碰后瞬间P1速度变为零.已知AC、BC间距离分别为LAC=2L,LCB=L,M=3m.试求:
(1)碰后瞬间P2的速度大小.
(2)两球第二次碰撞前的最大距离dm.
正确答案
解(1)P1从A到C过程中,由动能定理得:,
解得:,
两球碰撞过程内力远大于外力,系统动量守恒,以P1的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=0+Mv2,
由题意可知:M=3m,
解得:;
(2)P1做初速度为零的匀加速运动,P2做匀速直线运动,当两者速度相等时,两球间的距离最大,对P1,由牛顿第二定律得:
,
P1的速度:v1=at,
当两球的速度相等时,两球间的距离最大,v1=v,
P1的位移:,
P2的位移:x2=vt,
两球间的最大距离:dm=x2-x1,
解得:;
答:(1)碰后瞬间P2的速度大小为.
(2)两球第二次碰撞前的最大距离dm为L.
解析
解(1)P1从A到C过程中,由动能定理得:,
解得:,
两球碰撞过程内力远大于外力,系统动量守恒,以P1的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=0+Mv2,
由题意可知:M=3m,
解得:;
(2)P1做初速度为零的匀加速运动,P2做匀速直线运动,当两者速度相等时,两球间的距离最大,对P1,由牛顿第二定律得:
,
P1的速度:v1=at,
当两球的速度相等时,两球间的距离最大,v1=v,
P1的位移:,
P2的位移:x2=vt,
两球间的最大距离:dm=x2-x1,
解得:;
答:(1)碰后瞬间P2的速度大小为.
(2)两球第二次碰撞前的最大距离dm为L.
如图,质量为M、长为L的长木板放在光滑水平地面上,一个质量也是M的小滑块(可视为质点)以速度v0从左端冲上长木板,如果长木板固定,小滑块恰好滑到木板右端.试求:
Ⅰ.小滑块与长木板之间的动摩擦因数;
Ⅱ.如果长木板不固定,小滑块在长木板上滑行过程中产生的热量.
正确答案
解:Ⅰ.对小滑块有根据动能定理得:,
解得:
Ⅱ.长木板不固定时,设系统的最终速度为v,对系统,根据动量守恒定律得:
Mv0=2Mv
解得:
由能量守恒定律,产生的热量为:
Q=
答:Ⅰ.小滑块与长木板之间的动摩擦因数为;
Ⅱ.如果长木板不固定,小滑块在长木板上滑行过程中产生的热量为.
解析
解:Ⅰ.对小滑块有根据动能定理得:,
解得:
Ⅱ.长木板不固定时,设系统的最终速度为v,对系统,根据动量守恒定律得:
Mv0=2Mv
解得:
由能量守恒定律,产生的热量为:
Q=
答:Ⅰ.小滑块与长木板之间的动摩擦因数为;
Ⅱ.如果长木板不固定,小滑块在长木板上滑行过程中产生的热量为.
如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的平板车,车的上表面是一段长L=1.0m的粗糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径R=0.25m的
光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在O′点相切.车右端固定一个尺寸可以忽略、处于锁定状态的压缩弹簧,一质量m=1.0kg的小物块紧靠弹簧放置,小物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.5.整个装置处于静止状态.现将弹簧解除锁定,小物块被弹出,恰能到达圆弧轨道的最高点A.取g=10m/s2.求:
(1)解除锁定前弹簧的弹性势能;
(2)小物块第二次经过O′点时的速度大小;
(3)小物块与车最终相对静止时距O′点的距离.
正确答案
解:(1)平板车和小物块组成的系统,水平方向动量守恒,解除锁定前,总动量为零,故小物块到达圆弧最高点A时,二者的共同速度v共=0
设弹簧解除锁定前的弹性势能为Ep,上述过程中系统能量守恒,则有
Ep=mgR+μmgL
代入数据解得 Ep=7.5J
(2)设小物块第二次经过O‘时的速度大小为vm,此时平板车的速度大小为vM,研究小物块在平板车圆弧面上的下滑过程,由系统动量守恒和机械能守恒有
0=mvm-MvM
代入数据解得 vm=2.0m/s
(3)最终平板车和小物块相对静止时,二者的共同速度为0.
设小物块相对平板车滑动的路程为S,对系统由能量守恒有
Ep=μmgS
代入数据解得S=1.5m
则距O'点的距离x=S-L=0.5m
答:
(1)解除锁定前弹簧的弹性势能是7.5J;
(2)小物块第二次经过O′点时的速度大小是2m/s;
(3)小物块与车最终相对静止时距O′点的距离是0.5m.
解析
解:(1)平板车和小物块组成的系统,水平方向动量守恒,解除锁定前,总动量为零,故小物块到达圆弧最高点A时,二者的共同速度v共=0
设弹簧解除锁定前的弹性势能为Ep,上述过程中系统能量守恒,则有
Ep=mgR+μmgL
代入数据解得 Ep=7.5J
(2)设小物块第二次经过O‘时的速度大小为vm,此时平板车的速度大小为vM,研究小物块在平板车圆弧面上的下滑过程,由系统动量守恒和机械能守恒有
0=mvm-MvM
代入数据解得 vm=2.0m/s
(3)最终平板车和小物块相对静止时,二者的共同速度为0.
设小物块相对平板车滑动的路程为S,对系统由能量守恒有
Ep=μmgS
代入数据解得S=1.5m
则距O'点的距离x=S-L=0.5m
答:
(1)解除锁定前弹簧的弹性势能是7.5J;
(2)小物块第二次经过O′点时的速度大小是2m/s;
(3)小物块与车最终相对静止时距O′点的距离是0.5m.
如图所示,在光滑水平地面上有一固定的挡板,挡板左端固定一个轻弹簧.现有一质量M=3kg,长L=4m的小车AB(其中O为小车的中点,AO部分粗糙,OB部分光滑)一质量为m=1kg的小物块(可视为质点),放在车的最左端,车和小物块一起以v0=4m/s的速度在水平面上向右匀速运动,车撞到挡板后瞬间速度变为零,但未与挡板粘连.已知车OB部分的长度大于弹簧的自然长度,弹簧始终处于弹性限度内,小物块与车AO部分之间的动摩擦因数为μ=0.3,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量;
(2)小物块最终运动的速度.
正确答案
解:(1)以小物块为研究对象,从A到O过程,由动能定理得:
-μmg=
m
-
m
,
代入数据解得:v=2m/s,
对小物块,压缩弹簧过程中,由动量定理得:I=-mv1-mv,
代入数据解得:I=4kgm/s,弹簧对小物块的冲量大小为4m/s,方向水平向左;
(3)小物块滑过点和小车相互作用,由于mv2=2J<μmg
=6J,
所以物块不会从小车上滑下来,最终小物块和小车具有共同速度v2,
以物块与小车组成的系统为研究对象,以向左为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=(m+M)v2,
代入数据解得:v2=0.5m/s,方向向左;
答:(1)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量大小为4m/s,方向水平向左;
(2)小物块最终运动的速度大小为0.5m/s,方向向左.
解析
解:(1)以小物块为研究对象,从A到O过程,由动能定理得:
-μmg=
m
-
m
,
代入数据解得:v=2m/s,
对小物块,压缩弹簧过程中,由动量定理得:I=-mv1-mv,
代入数据解得:I=4kgm/s,弹簧对小物块的冲量大小为4m/s,方向水平向左;
(3)小物块滑过点和小车相互作用,由于mv2=2J<μmg
=6J,
所以物块不会从小车上滑下来,最终小物块和小车具有共同速度v2,
以物块与小车组成的系统为研究对象,以向左为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=(m+M)v2,
代入数据解得:v2=0.5m/s,方向向左;
答:(1)小物块和弹簧相互作用的过程中,弹簧对小物块的冲量大小为4m/s,方向水平向左;
(2)小物块最终运动的速度大小为0.5m/s,方向向左.
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