- 动量守恒定律
- 共6910题
质量为M=2kg的木板利用钉子固定在光滑的水平地面上,质量为m=0.04kg的子弹以速度v1=500m/s射入,射出时子弹速度v2=300m/s,如图所示.今将钉子拔掉,使子弹仍以v1射入,则子弹穿出木块后的速度多大?(设前后两次子弹和木块的作用力相同)
正确答案
解:木块固定木块时,系统克服摩擦力所做的功Wf,有:
Wf=mv12-
mv22,
以m 和M 组成系统为研究对象,系统在水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=MV+mv,
由能量守恒定律得:mv12=Wf+
MV 2+
mv2,
代入数据解得:v=298.5m/s;
答:将钉子拔掉,子弹穿出木块后的速度为298.5m/s
解析
解:木块固定木块时,系统克服摩擦力所做的功Wf,有:
Wf=mv12-
mv22,
以m 和M 组成系统为研究对象,系统在水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv1=MV+mv,
由能量守恒定律得:mv12=Wf+
MV 2+
mv2,
代入数据解得:v=298.5m/s;
答:将钉子拔掉,子弹穿出木块后的速度为298.5m/s
如图所示,小物块1、2的质量均为m,分别位于水平面上的A、B处,小物块1底面光滑,小物块2与水平面间的接触面粗糙.A、B间的距离及B与墙壁C间的距离均为s.小物块1以初速度v0从A点开始向左运动,在B点与小物块2发生弹性碰撞,设小物块2与墙壁的碰撞也为弹性碰撞,重力加速度大小为g.
(1)求小物块1、2弹性碰撞后瞬间2的速度v2;
(2)小物块1、2碰后在小物块1的左侧喷上粘合剂(粘合剂质量不计),小物块1、2再次碰撞后粘合在一起,最终静止在A点,求小物块2与水平面间的动摩擦因数μ.
正确答案
解:(1)设碰撞后物块1的速度为v1,以水平向左为正方向,由动量守恒定律有:
mv0=mv1+mv2,
由能量守恒定律有:mv02=
mv12+
mv22,
解得:v1=0,v2=v0;
(2)设物块2与墙壁碰撞后回到B点时的速度为v3,
(3)由动能定理有:-μ•2mgs=mv32-
mv22,
设物块1、2碰撞后速度为v4,碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律有:
mv3=2mv4,
由动能定理有:-μmgs=0-•2mv42,
解得:.
答:(1)小物块1、2弹性碰撞后瞬间2的速度v2为v0;
(2)小物块2与水平面间的动摩擦因数μ为.
解析
解:(1)设碰撞后物块1的速度为v1,以水平向左为正方向,由动量守恒定律有:
mv0=mv1+mv2,
由能量守恒定律有:mv02=
mv12+
mv22,
解得:v1=0,v2=v0;
(2)设物块2与墙壁碰撞后回到B点时的速度为v3,
(3)由动能定理有:-μ•2mgs=mv32-
mv22,
设物块1、2碰撞后速度为v4,碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律有:
mv3=2mv4,
由动能定理有:-μmgs=0-•2mv42,
解得:.
答:(1)小物块1、2弹性碰撞后瞬间2的速度v2为v0;
(2)小物块2与水平面间的动摩擦因数μ为.
在光滑水平面上静置有质量均为m的木板AB和滑块CD,木板AB上表面粗糙.动摩擦因数为μ,滑块CD上表面是光滑的
圆弧,其始端D点切线水平且在木板AB上表面内,它们紧靠在一起.如图所示,一可视为质点的物块P,质量也为m,从木板AB的右端以初速度v0滑上木板AB,过B点时速度为
,又滑上滑块CD,最终恰好能滑到滑块CD圆弧的最高点C处.求:
(1)物块滑到B处时木板的速度v;
(2)滑块CD圆弧的半径R.
正确答案
解:(1)由点A到点B过程中.在水平方向上合外力为零,动量守恒,取向左为正.有:
mv0=mvB+2m•vAB ,
又vB=,
解得:vAB=
(2)由点D到点C,滑块CD与物块水平方向动量守恒,
mv0+m
v0=2m•v共,
根据机械能守恒得:
mgR=m
+
m
-
×2m
解之得:v共=,R=
答:(1)物块滑到B处时木板的速度vAB=
(2)滑块CD圆弧的半径R=.
解析
解:(1)由点A到点B过程中.在水平方向上合外力为零,动量守恒,取向左为正.有:
mv0=mvB+2m•vAB ,
又vB=,
解得:vAB=
(2)由点D到点C,滑块CD与物块水平方向动量守恒,
mv0+m
v0=2m•v共,
根据机械能守恒得:
mgR=m
+
m
-
×2m
解之得:v共=,R=
答:(1)物块滑到B处时木板的速度vAB=
(2)滑块CD圆弧的半径R=.
如图所示,光滑水平面上质量为m1的滑块以速度v0与带有轻质弹簧的质量为m2的静止滑块发生正碰,则碰撞过程中m1和m2的总动量为______,在弹簧被压缩到最短的时刻,m2的速度为______.
正确答案
m1v0
解析
解:在滑块m1、m2碰撞并压缩弹簧,在压缩弹簧的过程中,系统所受合外力为零,系统动量守恒,在任意时刻,m1、m2两个物体组成的系统的总动量都为m1v0,当滑块m1、m2的速度相同时,弹簧被压缩最短. 设质量为m1的滑块初速度方向为正方向,由系统动量守恒定律有:
m1v0=(m1+m2)v,
代入数据解得:v=.
故答案为:m1v0,.
如图所示,在光滑绝缘的水平面上的A、B两点分别放置质量为m和2m的两个点电荷QA和QB.将两个点电荷同时释放,已知刚释放时QA的加速度为a,经过一段时间后(两电荷未相遇),QB的加速度也为a,且此时QB的速度大小为v,问:
(1)此时QA的速度和加速度各多大?
(2)这段时间 内QA和QB构成的系统增加了多少动能?
正确答案
解:(1)两电荷间的库仑力为作用力与反作用力,大小相等,放相反,
由牛顿第二定律得:对QB:F=2maB=2ma,对QA:F=maA,解得:aA=2a,
两电荷组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,以QB的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:2mv-mvA=0,解得:vA=2v;
(2)QA和QB构成的系统增加的动能为:
EK=m(2v)2+
2m(v)2=3mv2;
答:(1)此时QA的速度为2v,加速度为2a;
(2)这段时间 内QA和QB构成的系统增加的动能为3mv2.
解析
解:(1)两电荷间的库仑力为作用力与反作用力,大小相等,放相反,
由牛顿第二定律得:对QB:F=2maB=2ma,对QA:F=maA,解得:aA=2a,
两电荷组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,以QB的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:2mv-mvA=0,解得:vA=2v;
(2)QA和QB构成的系统增加的动能为:
EK=m(2v)2+
2m(v)2=3mv2;
答:(1)此时QA的速度为2v,加速度为2a;
(2)这段时间 内QA和QB构成的系统增加的动能为3mv2.
如图所示,用长为L的绝缘细线悬挂一带电小球,小球的质量为m、电荷量为q.现加一水平向左的匀强电场,平衡时小球静止于M点,细线与竖直方向成θ角.
(1)求匀强电场的电场强度E的大小;
(2)在某一时刻细线断裂,同时质量也为m的不带电的一小块橡皮泥,以水平向左的速度v0击中小球并与小球结合成一体,求击中后瞬间复合体的速度大小;
(3)若原小球离地高为h,求复合体落地过程中的水平位移大小.
正确答案
解:(1)小球受力平衡时有 Eq=mgtanθ
得
(2)橡皮泥撞击小球的过程中,水平方向动量守恒,
mv0=(m+m)v
所以
(3)复合体水平方向的加速度为
复合体落地时间为
复合体在水平方向做匀加速直线运动,水平位移为
==
答:(1)匀强电场的电场强度E的大小是;
(2)击中后瞬间复合体的速度大小是;
(3)复合体落地过程中的水平位移大小为.
解析
解:(1)小球受力平衡时有 Eq=mgtanθ
得
(2)橡皮泥撞击小球的过程中,水平方向动量守恒,
mv0=(m+m)v
所以
(3)复合体水平方向的加速度为
复合体落地时间为
复合体在水平方向做匀加速直线运动,水平位移为
==
答:(1)匀强电场的电场强度E的大小是;
(2)击中后瞬间复合体的速度大小是;
(3)复合体落地过程中的水平位移大小为.
在光滑水平面上,一质量为m,速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后,A球的速度方向与碰撞前反,则碰撞后B球的速度大小可能是( )
正确答案
解析
解:AB两球在水平方向上合外力为零,A球和B球碰撞的过程中动量守恒,设AB两球碰撞后的速度分别为V1、V2,
选A原来的运动方向为正方向,由动量守恒定律有
mv=-mv1+2mv2…①
假设碰后A球静止,即v1=0,可得v2=0.5v
由题意知球A被反弹,∴球B的速度有v2>0.5v…②
AB两球碰撞过程能量可能有损失,由能量关系有
…③
①③两式联立得:…④
由②④两式可得:
符合条件的只有0.6v,所以选项A正确,BCD错误
故答案为A.
用不可伸长的细线悬挂一质量为M的小木块,木块静止,如图所示.现有一质量为m的子弹自左方水平地射向木块并停留在木块中,子弹初速度为v0,求:
(1)子弹射入木块瞬间子弹和木块的速度大小;
(2)子弹与木块上升的最大高度.
正确答案
解:(1)子弹射入木块瞬间系统动量守恒
mv0=(M+m)v
解得 v=.
即子弹射入木块瞬间子弹和木块的速度大小为 .
(2)子弹和木块一起上升过程中,只有重力做功,机械能守恒
解得 .
即子弹与木块上升的最大高度为.
解析
解:(1)子弹射入木块瞬间系统动量守恒
mv0=(M+m)v
解得 v=.
即子弹射入木块瞬间子弹和木块的速度大小为 .
(2)子弹和木块一起上升过程中,只有重力做功,机械能守恒
解得 .
即子弹与木块上升的最大高度为.
A.如图所示,弧面体M置于光滑水平地面上,其光滑的四分之一圆弧面上有一小物块m从顶端由静止下滑.在小物块下滑过程中,小物块m和弧面体M的总动量______(填“守恒”或“不守恒”),机械能______ (填“守恒”或“不守恒”).
B.2011年11月3日1时43分,中国自行研制的神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器在距地球343公里的轨道实现自动对接.当神舟八号飞船从远地点330km的椭圆轨道变为330km的近圆轨道时,神舟八号的速度应______(填“增大”或“减小”);在最后的30m平移靠拢阶段,天宫一号和神舟八号在同一轨道上一前一后,以每秒7.8公里的速度高速飞行,但二者的相对速度并不大.假设此阶段中它们的发动机已经关闭,那么此时“神舟八号”的加速度______“天宫一号”的加速度(填“大于”、“小于”或“等于”).
正确答案
不守恒
守恒
增大
等于
解析
解:A.在小物块下滑过程中,小物块m有竖直向上的分加速度,存在超重现象,小物块和弧面体M的合力不为零,总动量不守恒.对系统,只有物块的重力做功,机械能守恒.
B、神舟八号飞船从远地点330km的椭圆轨道变为330km的近圆轨道时,神舟八号的速度应增大,使之做离心运动才能实现.在同一轨道上运动时,由线速度公式v=分析得知天宫一号和神舟八号速度大小相等,由a=
得知两者的加速度大小相等.
故答案为:A、不守恒,守恒.B.增大,等于
在光滑的水平桌面上,质量m1=1Kg的物块A具有动能E=60J.物块A与原来静止的质量m2=2Kg的物块B发生碰撞,碰撞后两者粘合在了一起.则在碰撞过程中,损失的机械能是______ J.
正确答案
40
解析
解:选取两个物体组成的系统为研究的对象,A运动的方向为正方向,m1、m2碰时动量守恒,得:m1v=(m1+m2)v′
两球碰撞后粘在一起的速度为
系统损失的动能△Ek==
=
由于质量m1=1Kg的物块A具有动能E=60J,即,所以:
J
故答案为:40
如图所示,竖直平面内有一光滑的
圆弧形轨道AB,半径R=0.45m,末端水平,且末端B高出水平地面0.8m,O点在B点的正下方.将质量m=0.1kg的滑块从A点由静止释放,求:
(1)滑至B点时圆弧轨道对滑块的支持力.
(2)在B端接一长为1.0m的木板MN,滑块从A点释放后正好落在N端正下方的P点(图中未标出),求木板与滑块的动摩擦因数.
(3)若将木板右端截去长为△L的一段,仍从A端释放滑块,请通过计算判断最终的落点在P点左侧还是右侧?(要求写出计算过程)
正确答案
解:(1)滑块从光滑圆弧下滑过程中,根据机械能守恒定律得
mgR=
解得,vB==
m/s=3m/s
在B点,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
N-mg=m
解得:N=3mg=3N;
(2)由题意,要使滑块落在N端正下方说明它到N点的速度刚好为0,从M到N,根据动能定理得:
-μmgL=0-
解得,μ==
=0.45
(3)若将木板右端截去长为△L的一段后,设滑块滑到木板最右端时速度为v,由动能定理得
-μmg(L-△L)=mv2-
则得,v=
=3
滑块离开木板后做平抛运动,高度决定运动时间,则得:
h=
得,t==
s=0.4s
所以水平位移为 x=vt=3×0.4m=1.2
因为=
=
因△L<1,则得>1
可知,滑块最终的落点在P点右侧.
答:
(1)滑至B点时圆弧轨道对滑块的支持力是3N.
(2)木板与滑块的动摩擦因数是0.45.
(3)若将木板右端截去长为△L的一段,仍从A端释放滑块,滑块最终的落点在P点右侧.
解析
解:(1)滑块从光滑圆弧下滑过程中,根据机械能守恒定律得
mgR=
解得,vB==
m/s=3m/s
在B点,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
N-mg=m
解得:N=3mg=3N;
(2)由题意,要使滑块落在N端正下方说明它到N点的速度刚好为0,从M到N,根据动能定理得:
-μmgL=0-
解得,μ==
=0.45
(3)若将木板右端截去长为△L的一段后,设滑块滑到木板最右端时速度为v,由动能定理得
-μmg(L-△L)=mv2-
则得,v=
=3
滑块离开木板后做平抛运动,高度决定运动时间,则得:
h=
得,t==
s=0.4s
所以水平位移为 x=vt=3×0.4m=1.2
因为=
=
因△L<1,则得>1
可知,滑块最终的落点在P点右侧.
答:
(1)滑至B点时圆弧轨道对滑块的支持力是3N.
(2)木板与滑块的动摩擦因数是0.45.
(3)若将木板右端截去长为△L的一段,仍从A端释放滑块,滑块最终的落点在P点右侧.
如图所示,一平板小车静止在光滑的水平面上,可看做质点的质量均为m的物体A、B分别以2v和v的初速度,沿同一直线同时从小车两端相向水平滑上小车.设两物体与小车间的动摩擦因数均为μ,小车质量也为m,最终物体A、B都停在小车上.求:
①要想使物体A、B不相碰,平板车的长度至少为多长;
②在第①问的情形中B物体与车相对滑的动的时间为多长.
正确答案
解:①设A、B及小车组成的系统最终达到共同速度v共,系统所受合外力为0,满足动量守恒定律,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
m•2v-mv=3mv共,
解得:v共=v,
要使A、B恰好不相碰,则A、B及小车共速时A、B刚好相遇,设车长为L,由能量守恒定律得:
μmgL=m(2v)2+
mv2-
×3m(
v)2,
解得:L=;
②A、B均在小车上滑动时,小车所受合外力为0,小车不动.
当B向左滑动到速度为0时,B与小车相对静止,一起向右加速运动,
A、B及小车组成的系统最终达到共同速度.
故只有B向左滑动到速度为0时才有B物体在车上滑行,
设B物体与车相对滑的动的时间为t,由动量定理得:
-μmgt=0-mv,
解得:t=;
答:①要想使物体A、B不相碰,平板车的长度至少为;
②在第①问的情形中B物体与车相对滑的动的时间为.
解析
解:①设A、B及小车组成的系统最终达到共同速度v共,系统所受合外力为0,满足动量守恒定律,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
m•2v-mv=3mv共,
解得:v共=v,
要使A、B恰好不相碰,则A、B及小车共速时A、B刚好相遇,设车长为L,由能量守恒定律得:
μmgL=m(2v)2+
mv2-
×3m(
v)2,
解得:L=;
②A、B均在小车上滑动时,小车所受合外力为0,小车不动.
当B向左滑动到速度为0时,B与小车相对静止,一起向右加速运动,
A、B及小车组成的系统最终达到共同速度.
故只有B向左滑动到速度为0时才有B物体在车上滑行,
设B物体与车相对滑的动的时间为t,由动量定理得:
-μmgt=0-mv,
解得:t=;
答:①要想使物体A、B不相碰,平板车的长度至少为;
②在第①问的情形中B物体与车相对滑的动的时间为.
光滑水平面上静置两个小木块A和B,其质量分别为mA=150g、mB=200g,它们中间用一根轻质弹簧相连,弹簧处于原长状态.一颗水平飞行的子弹质量为m=50g,以v0=400m/s的速度在极短时间内打入木块A并镶嵌在其中,求系统运动过程中弹簧的最大弹性势能.
正确答案
解:子弹与A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=(m+mA)v1 ①
系统初动能:EK1=(m+mA)v12 ②
子弹与A、B组成的系统动量守恒,三者速度相等时,其弹性势能EP最大,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(m+mA+mB)v2 ③
系统机械能守恒,由机械能守恒定律得:
(m+mA)v12=
(m+mA+mB)v22+EP ④
联立①②③④代入数据解得:EP=500J.
答:系统运动过程中弹簧的最大弹性势能为500J.
解析
解:子弹与A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=(m+mA)v1 ①
系统初动能:EK1=(m+mA)v12 ②
子弹与A、B组成的系统动量守恒,三者速度相等时,其弹性势能EP最大,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(m+mA+mB)v2 ③
系统机械能守恒,由机械能守恒定律得:
(m+mA)v12=
(m+mA+mB)v22+EP ④
联立①②③④代入数据解得:EP=500J.
答:系统运动过程中弹簧的最大弹性势能为500J.
相隔一定距离的A、B两球,质量相等,假定它们之间存在着恒定的斥力作用.原来两球被按住,处在静止状态.现突然松开,同时给A球以初速度v0,使之沿两球连线射向B球,B球初速度为零.若两球间的距离从最小值(两球未接触)到刚恢复到原始值所经历的时间为t0,求B球在斥力作用下的加速度.
正确答案
解:以m表示每个球的质量,F表示恒定的斥力,l表示两球间的原始距离,松手后,A球做初速度为v0的匀减速直线运动,B球做初速度为零的匀加速直线运动.设在两球间的距离由l减小恢复到l的过程中,A球的路程为l1,B球的路程为l2,刚恢复到原始长度时,A球的速度为v1,B球的速度为v2.由动量守恒定律有:
mv0=mv1+mv2
由功能关系得,
由于初状态和末状态两球之间的距离相等,故有l1=l2
由以上解得v2=v0
当两球速度相等时,距离最小,设此时球的速度为v,则由动量守恒得,
mv0=(m+m)v
设B的加速度为a,有v2=v+at0
解得.
答:B球在斥力作用下的加速度为.
解析
解:以m表示每个球的质量,F表示恒定的斥力,l表示两球间的原始距离,松手后,A球做初速度为v0的匀减速直线运动,B球做初速度为零的匀加速直线运动.设在两球间的距离由l减小恢复到l的过程中,A球的路程为l1,B球的路程为l2,刚恢复到原始长度时,A球的速度为v1,B球的速度为v2.由动量守恒定律有:
mv0=mv1+mv2
由功能关系得,
由于初状态和末状态两球之间的距离相等,故有l1=l2
由以上解得v2=v0
当两球速度相等时,距离最小,设此时球的速度为v,则由动量守恒得,
mv0=(m+m)v
设B的加速度为a,有v2=v+at0
解得.
答:B球在斥力作用下的加速度为.
图中线段a、b、c分别表示沿光滑水平面上同一条直线运动的滑块Ⅰ、Ⅱ和它们发生正碰后共同运动的位移图线.由图象给出的信息可以判定( )
正确答案
解析
解:A、碰撞前后系统动量守恒,由于碰撞后动量为正,故碰撞前总动量也为正,故碰撞前滑块I动量大于滑块II的动量,故A正确;
B、碰撞前滑块I速度为:v1=0.8m/s,滑块II速度为v2=-2m/s;碰撞后的共同速度为0.4m/s;
CD、根据动量守恒定律,有:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′代入数据,有:0.8m1-2m2=0.4(m1+m2)联立解得:=6,
碰撞前滑块I、II的动能之比为=0.96<1,故BC错误;D正确
故选:AD.
扫码查看完整答案与解析