- 动量守恒定律
- 共6910题
光滑水平地面上停放着一辆质量m=2kg的平板车,质量M=4kg可视为质点的小滑块静放在车左端,滑块与平板车之间的动摩擦因数μ=0.3,车右端与墙相距s0=1m如图所示.一水平向右的推力F=24N作用在滑块M上0.5s撤去,平板车继续向右运动一段时间后与竖直墙壁发生碰撞,设碰撞时间极短且车以原速率反弹,滑块与平板之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,平板车足够长,以至滑块不会从平板车右端滑落,g取10m/s2.求:
(1)平板车第一次与墙壁碰前的速度多大?
(2)平板车第二次与墙壁碰前的速度多大,滑块不会从平板车滑落,平板车L至少多长?
(3)若平板车足够长,平板车第一次碰墙后通过的总路程?
正确答案
解:(1)m、M共同加速临界值满足:F0=(m+M)=(2+4)×
=36N,
F<F0 由动量定理得:Ft=(m+M)v0,
代入数据解得:v0=2m/s,
(2)以向右为正方向,第一次碰撞后,由动量守恒定律得:
Mv0-mv0=(M+m)v1,
代入数据解得:V1=m/s,
对系统,由动能定理得:,
代入数据解得:L=1m;
(3)第一次碰撞后:v1=2m/s,
由牛顿第二定律得:a==
=6m/s2,
路程:s=,
代入数据解得:s=;
答:(1)平板车第一次与墙壁碰前的速度为2m/s;
(2)平板车第二次与墙壁碰前的速度为m/s,滑块不会从平板车滑落,平板车L至少为1m.
(3)若平板车足够长,平板车第一次碰墙后通过的总路程为m.
解析
解:(1)m、M共同加速临界值满足:F0=(m+M)=(2+4)×
=36N,
F<F0 由动量定理得:Ft=(m+M)v0,
代入数据解得:v0=2m/s,
(2)以向右为正方向,第一次碰撞后,由动量守恒定律得:
Mv0-mv0=(M+m)v1,
代入数据解得:V1=m/s,
对系统,由动能定理得:,
代入数据解得:L=1m;
(3)第一次碰撞后:v1=2m/s,
由牛顿第二定律得:a==
=6m/s2,
路程:s=,
代入数据解得:s=;
答:(1)平板车第一次与墙壁碰前的速度为2m/s;
(2)平板车第二次与墙壁碰前的速度为m/s,滑块不会从平板车滑落,平板车L至少为1m.
(3)若平板车足够长,平板车第一次碰墙后通过的总路程为m.
如图所示,在某一足够大的真空室中,虚线PH的右侧是一磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,左侧是一场强为E、方向水平向左的匀强电场.在虚线PH上的点O处有一质量为M、电荷量为Q的镭核(88226Ra).某时刻原来静止的镭核水平向右放出一个质量为m、电荷量为q的α粒子而衰变为氡(Rn)核,设α粒子与氡核分离后它们之间的作用力忽略不计,涉及动量问题时,亏损的质量可不计.
(1)写出镭核衰变为氡核的核反应方程;
(2)经过一段时间α粒子刚好到达虚线PH上的A点,测得=L.求此时刻氡核的速率.
正确答案
解:(1)核反应方程为 88226Ra→86222Rn+24He.
(2)设衰变后,氡核的速度为 v0,α粒子速度为 vα,由动量守恒定律得(M一m)v0=mVα,
α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,到达A点需要的时间为t=,
氡核在电场中做匀加速直线运动,t时刻速度为v=v0+at,
氡核的加速度为 a=,
由以上各式解得
答:(1)核反应方程为 88226Ra→86222Rn+24He;
(2)此时刻氡核的速率为.
解析
解:(1)核反应方程为 88226Ra→86222Rn+24He.
(2)设衰变后,氡核的速度为 v0,α粒子速度为 vα,由动量守恒定律得(M一m)v0=mVα,
α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,到达A点需要的时间为t=,
氡核在电场中做匀加速直线运动,t时刻速度为v=v0+at,
氡核的加速度为 a=,
由以上各式解得
答:(1)核反应方程为 88226Ra→86222Rn+24He;
(2)此时刻氡核的速率为.
如图所示,一不可伸长的轻质细绳,静止地悬挂着质量为M的木块,一质量为m的子弹,以水平速度v0击中木块,已知M=9m,不计空气阻力.问:
(1)如果子弹击中木块后未穿出(子弹进入木块时间极短),在木块上升的最高点比悬点O低的情况下,木块能上升的最大高度是多少?(设重力加速度为g)
(2)如果子弹以水平速度v0击中木块,在极短时间内又以水平速度穿出木块,则在这一过程中子弹、木块系统损失的机械能是多少?
正确答案
解:(1)因为子弹与木块作用时间极短,子弹与木块间的相互作用力远大于它们的重力,所以子弹与木块组成的系统水平方向动量守恒,
设子弹与木块开始上升时的速度为v1,设向右为正方向,
则mv0=(m+M)v1
因不计空气阻力,所以系统上升过程中机械能守恒,设木块上升的最大高度为h,
则(m+M)v12=(m+M)gh
得:h=
(2)子弹射穿木块前后,子弹与木块组成的系统水平方向动量守恒,设子弹穿出时木块速度为v2,设向右为正方向:
mv0=m()+Mv2
在这一过程中子弹、木块系统损失的机械能为
△E=mv02-
m(
)2-
Mv22=
mv02
答:(1)如果子弹击中木块后未穿出(子弹进入木块时间极短),在木块上升的最高点比悬点O低的情况下,木块能上升的最大高度是
(2)如果子弹以水平速度v0击中木块,在极短时间内又以水平速度穿出木块,则在这一过程中子弹、木块系统损失的机械能是
mv02.
解析
解:(1)因为子弹与木块作用时间极短,子弹与木块间的相互作用力远大于它们的重力,所以子弹与木块组成的系统水平方向动量守恒,
设子弹与木块开始上升时的速度为v1,设向右为正方向,
则mv0=(m+M)v1
因不计空气阻力,所以系统上升过程中机械能守恒,设木块上升的最大高度为h,
则(m+M)v12=(m+M)gh
得:h=
(2)子弹射穿木块前后,子弹与木块组成的系统水平方向动量守恒,设子弹穿出时木块速度为v2,设向右为正方向:
mv0=m()+Mv2
在这一过程中子弹、木块系统损失的机械能为
△E=mv02-
m(
)2-
Mv22=
mv02
答:(1)如果子弹击中木块后未穿出(子弹进入木块时间极短),在木块上升的最高点比悬点O低的情况下,木块能上升的最大高度是
(2)如果子弹以水平速度v0击中木块,在极短时间内又以水平速度穿出木块,则在这一过程中子弹、木块系统损失的机械能是
mv02.
如图所示,长木板静止在光滑的水平面上,长木板的左端固定一个档板,档板上固定一个长度为L的轻质弹簧,长木板与档板的总质量为M,在木板的右端有一质量为m的铁块.现给铁块一个水平向左的初速度v0,铁块向左滑行并与轻弹簧相碰,碰后返回恰好停在长木板的右端.根据以上条件可以求出的物理量是( )
正确答案
解析
解:A、设铁块与木板速度相同时,共同速度大小为v,铁块相对木板向左运动时,滑行的最大路程为s,摩擦力大小为f.根据能量守恒定律得:
铁块相对于木板向左运动过程:
铁块相对于木板运动的整个过程:
又根据系统动量守恒可知,mv0=(M+m)v
联立得到:Ep=fs=
故A正确.
B、,由于不知道弹簧的劲度系数,所以不能求出弹簧被压缩的最大长度.故B错误.
C、由于不知道弹簧的劲度系数k和长木板的长度(或是铁块滑行的最大路程s),所以求不出长木板运动速度的最大值.故C错误.
D、由A得分析可知,可以求出fs,但是不知道s,所以不知道f,因此求不出铁块与长木板间的动摩擦因数.故D错误.
故选A.
【物理--选修3-5】
(1)太阳能应用技术引领了世界.太阳能屋顶、太阳能汽车、太阳能动态景观…科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应,即在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(24He)和两个正电子(10e)并放出能量.已知质子质量mp=1.007 3u,α粒子的质量mα=4.001 5u,电子的质量me=0.000 5u,1u的质量相当于931MeV的能量.
①热核反应方程为______;
②一次这样的热核反应过程中释放出的能量______MeV(结果保留四位有效数字).
(2)如图所示,坡道顶端距水平面高度为h,质量为m1的小物块A从坡道顶端由静止滑下,进入水平面上的滑道时无机械能损失,为使A制动,将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上,另一端与质量为m2的档板B相连,弹簧处于原长时,B恰好位于滑道的末端O点.A与B碰撞时间极短,碰撞后结合在一起共同压缩弹簧.已知在OM段A、B与水平面间的动摩擦因数为μ,其余各处的摩擦不计,重力加速度为g,求:
①物块A在档板B碰撞前瞬间的速度v的大小;
②弹簧最大压缩量为d时的弹性势能.
正确答案
411H→24He+210e
24.86
解析
解:(1)①根据质量数守恒和电荷数守恒有:
411H→24He+210e
故该热核反应方程为:411H→24He+210e
②一次这样的热核反应过程中质量亏损为:
△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.0005u=0.0267 u
根据质能方程△E=△mc2得:△E=0.0267×931MeV≈24.86MeV
故一次这样的热核反应过程中释放出24.86 MeV的能量.
(2)物块A在坡道上下滑时,只有重力做功,由机械能守恒定律,有:
…①
得:…②
(2)A、B在碰撞的过程中内力远大于外力,由动量守恒,有:
m1v=(m1+m2)v′…③
A、B克服摩擦力所做有的功为:
W=μ(m1+m2)gd…④
由能量守恒定律,有:
=EP+μ(m1+m2)gd…⑤
联立解得:EP=-μ(m1+m2)gd
故答案为:
(1)411H→24He+210e,24.86 MeV.
(2)①物块A在档板B碰撞前瞬间的速度v的大小是;
②弹簧最大压缩量为d时的弹性势能是-μ(m1+m2)gd.
如图,长度L=0.5m,质量M=4.0kg的平板车A静止在光滑水平面上,一个质量m=1.0kg的玩具电动小汽车B从平板车A的左端由静止启动后向右端匀加速行驶,经t=1.0s从A的右端飞出,求在这段时间内两个小车获得的速度各是多大?
正确答案
解:令两小车获得的速度大小分别为vA和vB,则根据动量守恒有:
MvA-mvB=0 ①
平板车产生的位移大小 ②,
玩具汽车产生的位移大小 ③
两车分离时有:
L=xA+x2 ④
代入数据由①②③④式可解得:vA=0.2m/s,vB=0.8m/s
答:两小车获得的速度分别为A小车0.2m/s,B小车0.8m/s.
解析
解:令两小车获得的速度大小分别为vA和vB,则根据动量守恒有:
MvA-mvB=0 ①
平板车产生的位移大小 ②,
玩具汽车产生的位移大小 ③
两车分离时有:
L=xA+x2 ④
代入数据由①②③④式可解得:vA=0.2m/s,vB=0.8m/s
答:两小车获得的速度分别为A小车0.2m/s,B小车0.8m/s.
如图所示,物体A、B的质量分别为m、2m,物体B置于水平面上,B物体上部半圆型槽的半径为R,将物体A从圆槽的右侧最顶端由静止释放,一切摩擦均不计.则( )
正确答案
解析
解:A、设A到达左侧最高点的速度为v,根据动量守恒定律知,由于初动量为零,则末总动量为零,即v=0,根据能量守恒定律知,A能到达B圆槽左侧的最高点.故A错误.
B、设A到达最低点时的速度为v,根据动量守恒定律得:0=mv-2mv′,
解得:v,
根据能量守恒定律得:,
解得:v=.故B错误.
C、因为A和B组成的系统在水平方向上动量守恒,当A在水平方向上的速度向左时,B的速度向右,当A在水平方向上的速度向右时,则B的速度向左.故C错误.
D、因为A和B组成的系统在水平方向上动量守恒,当A运动到左侧最高点时,B向右运动的位移最大,设B向右的最大位移为x,根据动量守恒定律得:m(2R-x)=2mx,
解得:x=.故D正确.
故选:D.
质量为M、长L的木板静止在光滑水平面上,上表面中心O左侧光滑右侧粗糙.质量为m的滑块(可视为质点),在光滑恒力F作用下从木板的左端B由静止开始运动,到达O点时撤去F,最终B刚好停留在木板的右端点A,求:
(1)滑块的最大速度;
(2)滑块与木板右半段间的动摩擦因数.
正确答案
解:(1)滑块到达O点时速度最大,设为v1,根据动能定理得:
F×=
m
整理得:v1=
(2)设滑块和木板最终共同运动的速度为v2,规定向右为正方向,根据动量守恒定律得:
mv1=(m+M)v2,
根据能量守恒定律有:
μmg=
m
-
(m+M)
整理得:μ=.
答:(1)滑块的最大速度是;
(2)滑块与木板右半段间的动摩擦因数是.
解析
解:(1)滑块到达O点时速度最大,设为v1,根据动能定理得:
F×=
m
整理得:v1=
(2)设滑块和木板最终共同运动的速度为v2,规定向右为正方向,根据动量守恒定律得:
mv1=(m+M)v2,
根据能量守恒定律有:
μmg=
m
-
(m+M)
整理得:μ=.
答:(1)滑块的最大速度是;
(2)滑块与木板右半段间的动摩擦因数是.
船和人的总质量为M,原来静止在水面上,质量为m的人从船头水平跳出后,船获得的反冲速度为v,则人跳出去时的速度为( )
正确答案
解析
解:人跳出船的过程系统动量守恒,以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv人-(M-m)v=0,
解得:v人=;
故选:B.
(2015春•宜春校级月考)A、B两条船静止在水面上,它们的质量均为M.质量为的人以对地速度v从A船跳上B船,再从B船跳回A船,经过几次后人停在B船上.不计水的阻力,则( )
正确答案
解析
解:以两船及人组成的系统为研究对象,系统在水平方向上所受合外力为零,系统动量守恒,
以人的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:-MvA+(M+)vB=0,
解得:vA:vB=3:2;
故选:B.
某同学采用下列方法研究碰撞现象:如图所示,将质量为M=2.0kg的木板静置于足够大的水平地面上,板上左端停放着质量为m=3.0kg的玩具电动小车,小车右端与木板右端固定挡板相距L=1.5m,小车上搭载了电子计时装置.某一时刻通电使小车由静止开始以a=2.0m/s2的加速度向右做匀加速运动,同时计时器开始T作,经一段时间小车与挡板相撞,相撞后车与挡板粘合在一起,碰撞时间极短且碰后自动切断小车的电源.计时器停止计时.计时器显示小车相对于木板的运动时间为t=1.0s,经测量得知木板在整个运动过程中向左移动的位移大小为x=0.10m.试求:(计算中取最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10m/s2.)
(1)木板与地面之间的动摩擦因数μ;
(2)通过定量计算说明小车与木板碰撞瞬间是否动量守恒定律.
正确答案
解析
解:(1)由位移公式:x=
1s内小车的位移:m
所以在1s内木板的位移:x2=L-x1=1.5-1=0.5m,方向水平向左
则木板的加速度:
小车向右运动时,受到的摩擦力:f=ma=3.0×2=6.0N
所以小车对木板的反作用力F′=F=6.0N方向水平向左
乙木板为研究的对象,由牛顿第二定律得:F′-μ(M+m)g=Ma′
代入数据得:μ=0.08
(2)小车与木板碰撞前的速度的大小:v1=at=2.0×1=2m/s,方向水平向右;
木板的速度:v2=a′t=1×1=1m/s,方向水平向左
所以偏转前小车与木板的总动量:P1=mv1-Mv2=3.0×2-2.0×1=4.0kg•m/s,方向水平向左
由于碰撞前木板的位移是0.5m,方向水平向左,所以偏转后木板的位移:x2′=x2-x=0.5-0.4=0.1m,方向向右.
碰撞后木板与小车的加速度:
则碰撞后瞬间,木板的速度:m/s
则碰撞后系统的总动量:P2=(m+M)v共=(3.0+2.0)×0.80=4.0kg•m/s方向水平向右,与初动量是相等的,所以小车与木板碰撞瞬间满足动量守恒定律.
答:(1)木板与地面之间的动摩擦因数μ是0.08;
(2)通过定量计算可得小车与木板碰撞瞬间满足动量守恒定律.
质量为2m的物体B静止在光滑水平面上.质量为m的物体A以水平速度v0向右运动,物体A与物体B发生碰撞.物体B碰后冲上一半径为R的光滑圆轨道,并恰好通过圆轨道的最高点.已知v0=2
.求:
(1)碰撞后物体B的速度大小;
(2)碰撞后物体A的速度大小.
正确答案
解:(1)设物体A与物体B碰撞后B的速度vB,物体B通过轨道最高点时速度为v,由题意可得
由机械能守恒定律得
,
解得,.
(2)物体A与物体B发生碰撞,物体A的速度为vA,规定A的初速度方向为正方向,对A、B组成的系统,由动量守恒和能量守恒定律得
mv0=mvA+2mvB
代入数据解得vA=0.
答:(1)碰撞后物体B的速度大小为;
(2)碰撞后物体A的速度大小为0.
解析
解:(1)设物体A与物体B碰撞后B的速度vB,物体B通过轨道最高点时速度为v,由题意可得
由机械能守恒定律得
,
解得,.
(2)物体A与物体B发生碰撞,物体A的速度为vA,规定A的初速度方向为正方向,对A、B组成的系统,由动量守恒和能量守恒定律得
mv0=mvA+2mvB
代入数据解得vA=0.
答:(1)碰撞后物体B的速度大小为;
(2)碰撞后物体A的速度大小为0.
如图所示,光滑的水平台子离地面的高度为h,质量为m的小球以一定的速度在高台上运动,从边缘D水平射出,落地点为A,水平射程为s.如果在台子边缘D处放一质量为M的橡皮泥,再让小球以刚才的速度在水平高台上运动,在边缘D处打中橡皮泥并同时落地,落地点为B.求AB间的距离.
正确答案
解:小球离开水平台后做平抛运动,
水平方向:s=v0t,
竖直方向:h=gt2,
小球击中橡皮泥过程系统动量守恒,以小球的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,
小球与橡皮泥离开水平台后做平抛运动,
水平位移:s′=vt,
AB间的距离:d=s-s′,
解得:d=;
答:AB间的距离为.
解析
解:小球离开水平台后做平抛运动,
水平方向:s=v0t,
竖直方向:h=gt2,
小球击中橡皮泥过程系统动量守恒,以小球的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,
小球与橡皮泥离开水平台后做平抛运动,
水平位移:s′=vt,
AB间的距离:d=s-s′,
解得:d=;
答:AB间的距离为.
在光滑水平桌面上停放着A、B小车,其质量mA=2mB,两车中间有一根用细线缚住的被压缩弹簧,当烧断细线弹簧弹开时,A车的动量变化量和B车的动量变化量之比为______.
正确答案
1:1
解析
解:桌面光滑,两车组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,
以A的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:pA-pB=0,
动量变化量大小之比:=
=
;
故答案为:1:1.
如图所示,阴极材料由铝制成.已知铝的逸出功为W0,现用波长为λ的光照射铝的表面,使之产生光电效应.已知电子的电量为e,普朗克常量为h,真空中光速为c.求:
(1)光电子的最大初动能;
(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零;
(3)若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰,则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少?
正确答案
解:(1)最大初动能Ek=h-W0
(2)电压表示数至少为eUc=Ek=h-W0
解得:Uc=-
(3)要使电势能最大,即二者为完全非弹性碰撞.
设碰前为v,碰后二者共速为v′.则:
mv2=h-W0①
mv+0=2mv′②
mv2+0=E电+
2mv′2③
由①②③解得:E电=(
-W0).
答:(1)光电子的最大初动能为h-W0.
(2)当光电管两极间反向电压增加到时-
,光电流恰好为零.
(3)碰撞中两电子电势能增加的最大值是E电=(
-W0).
解析
解:(1)最大初动能Ek=h-W0
(2)电压表示数至少为eUc=Ek=h-W0
解得:Uc=-
(3)要使电势能最大,即二者为完全非弹性碰撞.
设碰前为v,碰后二者共速为v′.则:
mv2=h-W0①
mv+0=2mv′②
mv2+0=E电+
2mv′2③
由①②③解得:E电=(
-W0).
答:(1)光电子的最大初动能为h-W0.
(2)当光电管两极间反向电压增加到时-
,光电流恰好为零.
(3)碰撞中两电子电势能增加的最大值是E电=(
-W0).
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