- 动量守恒定律
- 共6910题
A.若两颗人造卫星A和B绕地球做匀速圆周运动,角速度之比为8:1,则A和B两颗卫星的轨道半径之比为______,运动的速率之比为______.
B.质量为m1=5kg的小球在光滑水平面上以v1=3m/s的速度向右撞击静止的木块,撞击后小球和木块一起以v2=1m/s的速度向右运动,以小球的运动方向为正方向,则小球动量的改变量为______kg•m/s,木块的质量为______kg.
正确答案
1:4
2:1
-10
10
解析
解:A、根据卫星的速度公式v=得,角速度为ω=
=
,地球的质量M一定,则得A和B两颗卫星的轨道半径之比为 rA:rB=
:
=1:4,速率之比这vA:vB=2:1
B、取向右方向为正方向,则小球的初动量P=m1v1=5×3kg•m/s=15kgm/s,末动量P′=m1v2=5×1kg•m/s=5kgm/s,故小球动量的改变量为△P=P′-P=-10kgm/s.
由m1v1=(m1+m2)v2,代入解得,m2=10kg.
故答案为:A、1:4,2:1;B、-10,10
如图所示,平板小车C静止在光滑的水平面上.现有A、B两个小物体(可视为质点),分别从小车C的两端同时水平滑上小车.初速度vA=3m/s,vB=1m/s.A、B两物体与小车C间的动摩擦因数都是μ=0.5.mA=mB=m,mC=2m.最后A、B两物体恰好相遇而未碰撞,且A、B两物体和小车以共同的速度运动.求:(g取10m/s2)
(1)A、B两物体和小车的共同速度v;
(2)B物体相对于地面向左运动的最大位移s;
(3)小车的长度L.
正确答案
解:(1)以A、B两物体及小车组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m•vA-mvB+0=4mv,
解得:v=0.5m/s,方向向右.
(2)B向左减速到0时向左的位移最大,对B由动能定理得:
解得:
(3)设小车的长度至少L,根据系统能量守恒得:
μmgL=
代入数据解得:L=0.9m
答:(1)A、B、C共同运动的速度为0.5m/s,方向向右;
(2)B物体相对于地向左运动的最大位移是0.1m;
(3)小车的长度至少是0.9m.
解析
解:(1)以A、B两物体及小车组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m•vA-mvB+0=4mv,
解得:v=0.5m/s,方向向右.
(2)B向左减速到0时向左的位移最大,对B由动能定理得:
解得:
(3)设小车的长度至少L,根据系统能量守恒得:
μmgL=
代入数据解得:L=0.9m
答:(1)A、B、C共同运动的速度为0.5m/s,方向向右;
(2)B物体相对于地向左运动的最大位移是0.1m;
(3)小车的长度至少是0.9m.
小孩和大人一起在水平冰面上以3m/s的速度向右匀速滑行,两人突然互推了一下,结果小孩以2m/s的速度向左滑行.已知小孩的质量为30kg,大人的质量为60kg,则互推后大人的速度变为______(填选项前的编号)
①2.5m/s
②3.5m/s
③4.5m/s
④5.5m/s.
正确答案
④
解析
解:取向右方向为正方向.根据动量守恒定律得:
(m大+m小)v0=-m小v小+m大v大
得,v大==
=5.5m/s.
故答案为:④.
2010年10月1日18时59分57秒,我国的“嫦娥二号”在西昌发射中心发射升空.开始了奔月之旅.假设登月舱的质量为m,接近月球时的速度为v0,而安全落在月球上的速度为v,为了保证其安全落在月球上,利用其向月球喷出气流达到减速的目的,经t时间顺利落在月球上.不考虑登月舱因喷出气体质量的变化和其他阻力,月球表面及附近的重力加速度为(g为地球表面的重力加速度),并且假设舱体的运动总是指向月球球心的.那么登月舱喷出的气体对舱体作用力的冲量为( )
正确答案
解析
解:根据动量定律得:
F合t=m(v0-v)
I气-=m(v0-v)
所以I气=m(v0-v)+
故选A
一置于桌面上质量为M的玩具炮,水平发射质量为m的炮弹.炮可在水平方向自由移动.当炮身上未放置其它重物时,炮弹可击中水平地面上的目标A;当炮身上固定一质量为M0的重物时,在原发射位置沿同一方向发射的炮弹可击中水平地面上的目标B.炮口离水平地面的高度为h.如果两次发射时“火药”提供的机械能相等,求B、A两目标与炮弹发射点之间的水平距离之比.
正确答案
解:由动量守恒定律得:0=mv1-Mv2,
由能量守恒定律得:,
解得炮弹速度为,
炮弹射出后做平抛,在竖直方向上:,
在水平方向:X=v1t,
解得目标A距炮口的水平距离为:
同理,目标B距炮口的水平距离为:
解得:;
答:B、A两目标与炮弹发射点之间的水平距离之比为.
解析
解:由动量守恒定律得:0=mv1-Mv2,
由能量守恒定律得:,
解得炮弹速度为,
炮弹射出后做平抛,在竖直方向上:,
在水平方向:X=v1t,
解得目标A距炮口的水平距离为:
同理,目标B距炮口的水平距离为:
解得:;
答:B、A两目标与炮弹发射点之间的水平距离之比为.
[物理-选修3-5]
(1)下列说法中正确的是______
A.光电效应实验证实了光具有粒子性
B.太阳辐射能量主要来自太阳内部的裂变反应
C.按照玻尔理论,电子沿某一轨道绕核运动,若其圆周运动的频率是v,则其发光频率也是v
D.质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2和m3,当一个质子和一个中子结合成一个氘核时,释放的能量是(m1+m2-m3)c2
(2)光滑水平面上,用弹簧相连接的质量均为2kg的A、B两物体都以v0=6m/s速度向右运动,弹簧处于原长.质量为4kg的物体C静止在前方,如图所示,B与C碰撞后粘合在一起运动,求:
①B、C碰撞刚结束时的瞬时速度;
②在以后的运动过程中,物体A是否会有速度等于零的时刻?试通过定量分析,说明理由.
正确答案
解:(1)A、光电效应现象是光具有粒子性的有力证据,故A正确;
B、太阳辐射能量主要来自太阳内部的聚变反应,故B错误;
C、按照玻尔理论,电子沿某一轨道绕核运动,能量量子化的,并不向外光子,是稳定的,故C错误;
D、根据质能方程可知:当一个质子和一个中子结合成一个氘核时,释放的能量是(m1+m2-m3)c2,故D正确.
故选AD.
(2)①设B、C碰撞后的瞬间速度为v1,根据动量守恒定律有:
mBv0=(mB+mc)v1,带入数据解得:v1=2m/s.
故B、C碰撞刚结束时的瞬时速度为:v1=2m/s.
②物体A会有速度等于零的时刻.
说明理由如下:
设当A的速度为零时,B、C整体的速度为vBC,根据动量守恒定律有:
mAv0+mBv0=(mB+mc)vBC
解得:vBC=4m/s
此时的弹性势能:
即当A的速度为零时,B、C整体速度为4m/s,此时弹簧正好处于原长.
解析
解:(1)A、光电效应现象是光具有粒子性的有力证据,故A正确;
B、太阳辐射能量主要来自太阳内部的聚变反应,故B错误;
C、按照玻尔理论,电子沿某一轨道绕核运动,能量量子化的,并不向外光子,是稳定的,故C错误;
D、根据质能方程可知:当一个质子和一个中子结合成一个氘核时,释放的能量是(m1+m2-m3)c2,故D正确.
故选AD.
(2)①设B、C碰撞后的瞬间速度为v1,根据动量守恒定律有:
mBv0=(mB+mc)v1,带入数据解得:v1=2m/s.
故B、C碰撞刚结束时的瞬时速度为:v1=2m/s.
②物体A会有速度等于零的时刻.
说明理由如下:
设当A的速度为零时,B、C整体的速度为vBC,根据动量守恒定律有:
mAv0+mBv0=(mB+mc)vBC
解得:vBC=4m/s
此时的弹性势能:
即当A的速度为零时,B、C整体速度为4m/s,此时弹簧正好处于原长.
如图所示,质量为2m,长为L的木块置于光滑水平台面上,质量为m的子弹以初速度v0水平向右射向木块,穿过木块的过程中受到木块的恒定阻力为f=
的作用,试问子弹能否穿过木块?若能穿过求出子弹穿过木块后的速度;若不能穿过,求出子弹打入木块后的速度.
正确答案
解:假设子弹不能穿过木块,子弹与木块组成的系统动量守恒,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(2m+m)v,
由能量守恒定律得:mv02=
(2m+m)v2+fs,
解得:s=L>L,假设错误,子弹穿出木块,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=mv1+2mv,
由能量守恒定律得:mv02=
mv12+
•2mv2+fL,
解得:v1=v0,v=
v0,(v1=
v0,v=
v0,木块速度大于子弹速度,不符合实际情况,舍去);
答:子弹能穿过木块,子弹穿过木块后的速度为v0.
解析
解:假设子弹不能穿过木块,子弹与木块组成的系统动量守恒,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(2m+m)v,
由能量守恒定律得:mv02=
(2m+m)v2+fs,
解得:s=L>L,假设错误,子弹穿出木块,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=mv1+2mv,
由能量守恒定律得:mv02=
mv12+
•2mv2+fL,
解得:v1=v0,v=
v0,(v1=
v0,v=
v0,木块速度大于子弹速度,不符合实际情况,舍去);
答:子弹能穿过木块,子弹穿过木块后的速度为v0.
火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体,喷出气体相对地面的速度为v=1000m/s,设火箭质量M=300kg,发动机每秒喷出20次,在不考虑地球引力及空气阻力的情况下,求火箭发动机1s末的速度大小.
正确答案
解:1s末发动机喷出20次,共喷出的气体质量为m=20×0.2kg=4kg,设火箭的总质量为M,则M=300kg
根据动量守恒定律得:(M-m)V-mv=0
则得火箭1s末的速度大小为V==
m/s=13.5m/s
答:火箭1s末的速度大小为13.5m/s.
解析
解:1s末发动机喷出20次,共喷出的气体质量为m=20×0.2kg=4kg,设火箭的总质量为M,则M=300kg
根据动量守恒定律得:(M-m)V-mv=0
则得火箭1s末的速度大小为V==
m/s=13.5m/s
答:火箭1s末的速度大小为13.5m/s.
半径相等的两个小球甲和乙,在光滑水平面上沿同一直线相向运动.若甲球的质量大于乙球的质量,碰撞前两球的动能相等,则碰撞后两球的运动状态不可能是( )
正确答案
解析
解:A、物体的动量:p=,由题意知:EK甲=EK乙,m甲>m乙,则p甲>p乙.甲乙相向运动,故甲乙碰撞后总动量沿甲原来的方向,碰撞后甲的速度为零或继续沿原来的方向运动,乙必弹回.所以乙的速度不可能为零,故A正确.
B、因为乙必弹回,故速度不为零,故B错误
C、碰撞过程系统动量守恒,碰撞前系统总动量不为零,由动量守恒定律可知,碰撞后系统总动量不为零,因此碰撞后两球的速度可能均不为零,故C正确;
D、由A的分析可知,碰撞后系统总动量沿甲的初动量方向,甲不可能反向,故D错误;
本题选错误的,故选:BD.
光滑的水平面上,有两个形状相同、质量不同的物体A、B,若物体A以速度vA=4m/s与静止的B物体发生无能量损失的碰撞,则碰后B物体的速度不可能为( )
正确答案
解析
解:根据动量守恒和机械能守恒,得
mAvA=mAvA′+mBvB′
=
+
联立解得:vB′==
m/s
可见,碰后B物体的速度vB′<8m/s.
由于质量不同,vB′≠4m/s.故ABD正确.
故选ABD
如图所示,在足够大的光滑水平面上放有两物块A和B,已知mA>mB,A物块连接一个轻弹簧并处于静止状态,B物块以初速度v0向着A物块运动.在B物块与弹簧作用过程中,两物块始终在同一条直线上运动,下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B设弹簧恢复原长时,A、B的速度分别为vA和vB.
系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mBv0=mAvA+mBvB,
由机械能守恒定律得:mBv02=
mAvA2+
mBvB2,
解得:vB=v0,
已知:mA>mB,则得到vB<0,说明弹簧恢复原长时,B物块的速度不为零,且方向向左.故AB错误.
在弹簧压缩过程中,B先向右减速,速度减至零向左加速,则B物块的动能先减小后增大.故C错误,D正确.
故选:D.
质量为m、速度为v的A球与质量为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,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=.碰撞后系统的总动能为Ek′=
+
=
+
>
,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′=+
=
+
<
,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,这时B获得的速度最大,所以vB=0.2v,是不可能的.故C错误.
D、若vB=v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•v,得vA=-,碰撞后系统的总动能必定大于碰撞前系统的总动能,违反了能量守恒定律,不可能.故D错误.
故选:B.
如图所示,水平地面上OP段是粗糙的,OP长为L=1.6m,滑块A、B与该段的动摩擦因数都为μ=0.5,水平地面的其余部分是光滑的.滑块B静止在O点,其质量mB=2kg.滑块A在O点左侧以v0=5m/s的水平初速度向右运动,并与B发生碰撞.A的质量是B的K(K取正整数)倍,滑块均可视为质点,取g=10m/s2.
(1)若滑块A与B发生完全非弹性碰撞,求A、B碰撞过程中损失的机械能;
(2)若滑块A、B构成的系统在碰撞过程中没有机械能损失,试讨论K在不同取值范围时滑块A克服摩擦力所做的功.
正确答案
解:(1)设滑块A碰B后的共同速度为v,AB碰撞过程中损失的机械能为△E
由动量守恒定律有 mAv0=(mA+mB)v ①
由能量守恒定律有△E=mAv2-
(mA+mB )v2 ②
联立①②式并代入数据解得 J ③
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,且设向右为正方向,由于弹性碰撞,则有:
mAv0=mAvA+mBvB ④
mAv02=
mAv
+
mBv
⑤
联立④⑤式并代入数据解得 m/s ⑥
m/s ⑦
假设滑块A、B都能在OP段滑动,滑块A、B在OP段的加速度(aA=aB=μg)相等,由⑥⑦式知在任意时刻vB>vA,滑块A、B不会再一次发生碰撞.
由题知,当滑块A刚好能够到达P点有 ⑧
代入数据解得K=9 ⑨
讨论:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0 ⑩
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J (11)
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ (12)
答:
(1)若滑块A与B发生完全非弹性碰撞,A、B碰撞过程中损失的机械能为;
(2)若滑块A、B构成的系统在碰撞过程中没有机械能损失,滑块A克服摩擦力所做的功情况有:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ
解析
解:(1)设滑块A碰B后的共同速度为v,AB碰撞过程中损失的机械能为△E
由动量守恒定律有 mAv0=(mA+mB)v ①
由能量守恒定律有△E=mAv2-
(mA+mB )v2 ②
联立①②式并代入数据解得 J ③
(2)设碰撞后A、B速度分别为vA、vB,且设向右为正方向,由于弹性碰撞,则有:
mAv0=mAvA+mBvB ④
mAv02=
mAv
+
mBv
⑤
联立④⑤式并代入数据解得 m/s ⑥
m/s ⑦
假设滑块A、B都能在OP段滑动,滑块A、B在OP段的加速度(aA=aB=μg)相等,由⑥⑦式知在任意时刻vB>vA,滑块A、B不会再一次发生碰撞.
由题知,当滑块A刚好能够到达P点有 ⑧
代入数据解得K=9 ⑨
讨论:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0 ⑩
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J (11)
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ (12)
答:
(1)若滑块A与B发生完全非弹性碰撞,A、B碰撞过程中损失的机械能为;
(2)若滑块A、B构成的系统在碰撞过程中没有机械能损失,滑块A克服摩擦力所做的功情况有:
(1)当K=1 时,vA=0,滑块A停在O点,A克服摩擦力所做的功为WfA=0
(2)当1<K≤9时,滑块A停在OP之间,A克服摩擦力所做的功为J
(3)当K>9时,滑块A从OP段右侧离开,A克服摩擦力所做的功为WfA=μmAgL=16KJ
物理-选修3-5
(1)如图为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是______
A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃到n=1能级产生的
B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C.这些氢原子总共可辐射出六种不同频率的光子,其频率关系为ν1>ν2>ν3>ν4>ν5>ν6.则ν1=ν2+ν6
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
(2)动量分别为5kgm/s和6kgm/s的小球A、B沿光滑平面上的同一条直线同向运动,A追上B并发生碰撞后.若已知碰撞后A的动量减小了2kgm/s,而方向不变,那么A、B质量之比的可能范围是什么?
正确答案
解:(1)A、B光波的波长越长,最容易表现出衍射现象.根据玻尔理论分析得知n=4能级跃到n=1能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最短,最不容易产生衍射.故AB均错误.
C、大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时是随机的,氢原子总共可辐射出C=6种不同频率的光子.由玻尔理论可知,产初末能级差越大,产生的光子频率越大,则ν1>ν2>ν3>ν4>ν5>ν6.而且有
E4-E1=hν1,E3-E1=hν2,E4-E3=hν6,
则由三式得 ν1=ν2+ν6 ,故C正确.
D、由能级图得,n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为(-3.4)eV-(-13.6)eV=10.2eV,大于金属的逸出功6.34eV,故产生光电效应.故D正确.
故选CD
(2)根据动量守恒定律得:碰撞后B的动量为PB′=6kgm/s+2kgm/s=8kgm/s.
由题,碰撞前,A能追上B,则有 vA>vB,即有 ;
碰后A的速度不大于B的速度,则有 ;
碰撞过程总动能不增加,则有 +
≥
+
由以上不等式解得
故答案为:(1)CD;(2)A、B质量之比的可能范围是 .
解析
解:(1)A、B光波的波长越长,最容易表现出衍射现象.根据玻尔理论分析得知n=4能级跃到n=1能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最短,最不容易产生衍射.故AB均错误.
C、大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时是随机的,氢原子总共可辐射出C=6种不同频率的光子.由玻尔理论可知,产初末能级差越大,产生的光子频率越大,则ν1>ν2>ν3>ν4>ν5>ν6.而且有
E4-E1=hν1,E3-E1=hν2,E4-E3=hν6,
则由三式得 ν1=ν2+ν6 ,故C正确.
D、由能级图得,n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为(-3.4)eV-(-13.6)eV=10.2eV,大于金属的逸出功6.34eV,故产生光电效应.故D正确.
故选CD
(2)根据动量守恒定律得:碰撞后B的动量为PB′=6kgm/s+2kgm/s=8kgm/s.
由题,碰撞前,A能追上B,则有 vA>vB,即有 ;
碰后A的速度不大于B的速度,则有 ;
碰撞过程总动能不增加,则有 +
≥
+
由以上不等式解得
故答案为:(1)CD;(2)A、B质量之比的可能范围是 .
如图甲所示,在光滑水平面上的两小球发生正碰,小球的质量分别为m1和m2.图乙为它们碰撞前后的x-t(位移-时间)图象.已知m1=0.1kg.由此可以判断( )
正确答案
解析
解:A、由图读出,碰后m2的速度为正方向,说明向右运动,m1的速度为负方向,说明向左运动,故A错误.
B、由图乙所示图象可知,碰前,m2位移不随时间变化,m2静止,m1位移随时间增加,速度不为零,向右运动,故B正确;
C、由图乙所示图象可知,v1==
=4m/s,由图求出碰后m2和m1的速度分别为v2′=2m/s,v1′=-2m/s,根据动量守恒定律得,m1v1=m2v2′+m1v1′,代入解得,m2=0.3kg.故C正确.
D、碰撞过程中系统损失的机械能为△E=m1v12-
m1v1′2-
m2v2′2,代入解得,△E=0.594J,故D错误.
故选:BC.
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