- 动量守恒定律
- 共6910题
如图9所示,竖直平面内放一直角杆,杆的水平部分粗糙,竖直部分光滑,两部分各套有质量分别为mA="2.0" kg和mB="1.0" kg的小球A和B,A球与水平杆间动摩擦因数μ=0.20,A、B间用不可伸长的轻绳相连,图示位置处OA="1.5" m,OB="2.0" m.g取10 m/s2.
图9
(1)若用水平力F1沿杆向右拉A,使A由图示位置向右极缓慢地移动0.5 m,则该过程中拉力F1做了多少功?
(2)若用水平力F2沿杆向右拉A,使B以1 m/s的速度匀速上升,则在B经过图示位置上升0.5 m的过程中,拉力F2做了多少功?
正确答案
(1)0.8 J (2)6.8 J
(1)A、B小球和细绳整体竖直方向处于平衡,A受到水平杆的弹力为
N=(mA+mB)g ①
则A受到的摩擦力为f=μ(mA+mB)g ②
由几何关系,sB="0.5" m ③
由能量关系,拉力F1做功为:
W1=fsA+mBgsB ④
得:W1="0.8" J ⑤
(2)设细绳与竖直方向的夹角为θ,因绳不可伸长,所以vBcosθ=vAsinθ ⑥
则=vBcotθ1=
m/s, ⑦
=vBcotθ2=
m/s ⑧
设拉力F2做功为W2,对系统由能量关系得W2-fsA-mBgsB=mAvA22-
mAvA21 ⑨
代入数据解得W2="6.8" J ⑩
如图8所示,半径分别为R和r(R>r)的甲、乙两光滑圆轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条光滑水平轨道CD相连,在水平轨道CD上一轻弹簧a、b被两小球夹住,同时释放两小球,a、b球恰好能通过各自的圆轨道的最高点.求:
图8
(1)两小球的质量比;
(2)若ma=mb=m,要求a、b还都能通过各自的最高点,弹簧释放前至少具有多少弹性势能?
正确答案
(1) (2)5mgR
(1)a、b球恰好能通过各自的圆轨道的最高点的速度分别为va′= ①
vb′= ②
由动量守恒定律mava=mbvb ③
由机械能守恒定律mava2=
mava′2+mag2R ④
mbvb2=
mbvb′2+mbg2r ⑤
联立①②③④⑤得. ⑥
(2)若ma=mb=m,由动量守恒定律得va=vb=v0 ⑦
当a球恰好能通过圆轨道的最高点时,E弹最小,E弹=(mgR+mg2R)×2="5mgR. " ⑧
[物理----选修3-5]
(1)如图1所示为氢原子的四个能级,其中E1为基态.有处于激发态E2的一群氡原子A.以及处于激发态E3的一群氢原子B,则下列说法正确的是.______
A.原子A可能辐射出3种频率的光子
B.原子B可能辐射出3种频率的光子
C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D、原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
(2)如图2,在水平面内有两条光滑轨道MN、PQ,其上放有两根静止的导体棒ab和cd,质量分别为m1、m2.设有一质量为M的永久磁铁,其重心在轨道平面的正上方高为h的地方,释放后当磁铁的重心下落到轨道和导体棒组成的平面内时磁铁的速度为υ,导体棒ab的动能为EK,此过程中两根导体棒、导体棒与磁铁之间没有发生碰撞,求
①磁铁在下落过程中受到的平均阻力?
②磁铁在下落过程中装置中产生的总热量?
正确答案
解;(1)根据氢原子能级与跃迁理论可知处于激发态E3的一群氢原子B能放出3种频率的光子,故B正确,原子吸收的能量应为从低能级跃迁到高能级的能量差,C、D错误.
故选B.
(2)①设磁铁在下落过程中受的平均阻力为F,根据动能定理有:(Mg-F)h=Mv2
得:F=Mg-
故磁铁在下落过程中受到的平均阻力为F=Mg-.
②对导体棒ab、cd组成的系统动量守恒,设磁铁的重心下落到轨道和导体棒组成的平面内时它们的速度分别为v1、v2有:m1v1=m2v2①
又导体棒ab的动能EK=m1
②
设磁铁在下落过程中在导体棒中产生的总热量为Q,由能量守恒有:Mgh-Mv2=
m1
+
m2
+Q ③
由①②③可得:Q=Mgh-Mv2-(
)EK
即磁铁在下落过程中装置中产生的总热量为Q=Mgh-Mv2-(
)EK
甲车的质量是2 kg,静止在光滑水平面上,上表面光滑,右端放一个质量为1 kg的小物体.乙车上表面粗糙,质量为4 kg,以5 m/s的速度向左运动,与甲车碰撞以后甲车获得8 m/s的速度,小物体滑到乙车上.若乙车足够长, 求:
(1) .乙车与甲车碰后瞬间乙车的速度?
(2) .小物体滑上乙车达到相对静止时二者的共同速度?
正确答案
v乙′="1" m/s v="0.8" m/s
乙与甲碰撞,对甲 乙系统应用动量守恒定律得:
m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′(3分)
v乙′="1" m/s (2分)
设小物体m在乙上滑动至有共同速度v,对小物体与乙车应用动量守恒定律得
m乙v乙′=(m+m乙)v (3分)
v="0.8" m/s (2分)
本题考查碰撞过程中系统动量守恒,判断前后两个状态,两车碰撞过程中物块没有参与碰撞,所以碰撞的系统只有两个小车,列式求出碰撞后乙车速度,再以乙车和物块为研究对象列式求解
如图5-2,有一水平轨道AB,在B点处与半径R=160m的光滑弧形轨道BC相切,一质量为M=0.99kg的木块静止于B处,现有一颗质量为的子弹以
的水平速度从左边射入木块且未穿出,如图所示,已知木块与该水平轨道的动摩擦因数
,
,试求子弹射入木块后,木块需经多长时间停止?
正确答案
,
子弹射入木块由动量守恒定律得子弹和木块的共同速度为
子弹和木块在光滑弧形轨道BC上的运动可看作简谐运动,,
,子弹在水平轨道上作匀减速运动加速度
,
,
一个质量为M的长木板静止在光滑的水平桌面上,一块质量为m的小滑块以水平速度v0从长木板的一端开始在木板上滑动,刚好滑到长木板另一端而未掉下来。若把此木板固定在水平桌面上,其他条件相同,求滑块离开木板时的速度v 。
正确答案
V=
由动量守恒定律,设m受到长木板的摩擦力为f,长度为L则
,当长木板静止不动时,对滑块应用动能定理
由以上式子联立可求得V=
如图所示,一质量为m的木块沿光滑的水平直轨道以速度v0=12m/s匀速运动,木块顶部边缘有一质量为m’的钢珠随它一起运动。木块与另一质量为m/3的静止木板发生碰撞,碰撞时间极短。碰后即合在一起运动。已知木块顶部距木板的高度为h=1.8m,要想使钢珠落在木板上,木板的长度至少多大?(取g=10m/s2)
正确答案
1.8m
木块与木板碰撞过程中总动量守恒,即m v0=(m+m/3)v,
解出 v=3 v0/4=9m/s。
碰后钢珠作平抛运动,初速度为v0=12m/s,而木板与木块一起作匀速运动,速度为v=9m/s。钢珠落到木板上所需的时间==0.6s,
钢珠落在木板上时与木块边缘的距离l= v0t- vt = 1.8m,即木板的长度至少为1.8m。
如图所示,甲、乙两完全一样的小车,质量都为M,乙车内用绳吊一质量为M的小球。当乙车静止时,甲车以速度v0与乙车相碰,碰后一起向右运动。
小题1:两车刚碰后的共同速度为__________;
小题2:小球相对小车摆至最高点时,小球和两车速度相等,大小为____________;
小题3:小球能够上升的最大高度为___________。
正确答案
小题1:
小题2:
小题3:
甲乙碰撞过程中,由动量守恒定律得,解得
。对两车和小球组成的系统应用动量守恒定律得
,解得
。由系统机械能守恒得
,解得
如图所示,质量,长
的木板B静止在光滑水平地面上,其上表面正中央放置一个质量
的小滑块A,A与B之间的动摩擦因数为
。现同时给A、B瞬时冲量使二者获得水平向右的初速度,
、
;已知在B与墙壁碰撞前A没有滑离B,且A、B已经达到共同速度。设B与墙壁碰撞时间极短,且无机械能损失,重力加速度
。求:
(1)B与墙壁碰撞前,A、B的共同速度大小;
(2)在B与墙壁碰撞前的过程中,A相对于B滑行的距离;
(3)A在B上滑动的整个过程中,A、B系统因摩擦产生的热量。
正确答案
(1)有题可知,B与墙碰撞前A、B已达共同速度V,对A、B系 统有动量守恒定律 ----3分 得 V="3.6m/s " --------2分
(2)由功能关系 ---3分
得 A相对于B向左滑行 - ----2分
(3 )B与墙碰撞后,设A、B达到共同速度V/时,A仍在B上,
对A、B系统有动量守恒定律 ----2分
由功能关系 -----2分
得 A相对于B向右滑行
因 ----1分 所以在达共同速度前,A已从B右端滑出
故A、B系统因摩擦产生的热量为 ----2分
----1分
略
质量为2M(kg)的小船和质量M(kg)的乘客以6(m/s)的速度前进,水的阻力不计,若人对船以2(m/s)的速度从船头走到船尾,在这段时间内,船对岸的速度为多大?
正确答案
6.67m/s
(2M+M)=M(-2+v)+2Mv
为人和船的初速
(-2+v)为人对地的速度
v为船对地的速度
v=6.67m/s
(1)随着科技的发展,大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识,下列说法正确的是______
A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,从而揭示了原子核是有复杂结构的
B.卢瑟福通过a粒子轰击氮核实验的研究,发现了质子
C.普朗克通过对黑体辐射的研究,第一次提出了光子的概念
D.德布罗意首先提出了物质波的猜想,而电子衍射实验证实了他的猜想
E.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
(2)如图所示,木板A质量mA=1kg,足够长的木板B质量mB=4kg,质量为mC=4kg的木块C置于木板B上,水平地面光滑,B、C之间存在摩擦.开始时B、C均静止,现使A以v0=12m/s的初速度向右运动,与B碰撞后以4m/s速度弹回.g取10m/s2,求:
①B运动过程中的最大速率;
②碰撞后C在B上滑行距离d=2m,求B、C间动摩擦因数μ.
正确答案
(1)A、1896年汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,揭示了原子是有复杂结构的.故A错误.
B、卢瑟福通过a粒子轰击氮核实验的研究,发现了质子.故B正确.
C、普朗克通过对黑体辐射的研究,第一次提出了量子理论.故C错误.
D、德布罗意首先提出了物质波的猜想,而电子衍射实验证实了他的猜想.故D正确.
E、玻尔建立了量子理论,成功解释了氢原子发光现象.故E错误.
故选BD
(2)①A与B碰后瞬间,B速度最大.取向右为正方向,由A、B系统动量守恒,有:
mAv0+0=-mAvA+mBvB
代入数据得:vB=4m/s
②B与C达到共同速度后,由B、C系统动量守恒,有:
mBvB+0=(mB+mC)vC
代入数据得:vC=2m/s
根据能量守恒得
μmcgd=mB
-
(mB+mC)
代入解得:μ=0.5
答:①B运动过程中的最大速率为4m/s;
②B、C间动摩擦因数μ=0.5.
如图所示,光滑水平面上有一辆质量为=1kg的小车,小车的上表面有一个质量为
=0.9kg的滑块,在滑块与小车的挡板间用轻弹簧相连接,滑块与小车上表面间的动摩擦因数为μ=0.2,整个系统一起以
=10m/s的速度向右做匀速直线运动,此时弹簧长度恰好为原长.现在用一质量为
=0.1kg的子弹,以
=50m./s的速度向左射入滑块且不穿出,所用时间极短,当弹簧压缩到最短时,弹簧被锁定,测得此时弹簧的压缩量为
=0.50m, g =10m/s2.求:
(1)子弹射入滑块后的瞬间,子弹与滑块共同速度的大小和方向;
(2)弹簧压缩到最短时,小车的速度和弹簧的弹性势能的大小.
正确答案
(1)v2= 4m/s,方向水平向右; (2)8 J
⑴ 子弹射入滑块后的共同速度大为v2,设向右为正方向,对子弹与滑块组成的系统应用动量守恒定律得
mv1—mv0= (m+m0) v2 (4分)
v2= 4m/s,方向水平向右; (2分)
⑵子弹,滑块与小车,三者的共同速度为v3,当三者达到共同速度时弹簧压缩量最大,弹性势能最大.由动量守恒定律得
Mv1+(m+m0)v2 = (M+m+m0)v3 (3分)
v3=7m/s,方向水平向右. (2分)
设最大弹性势能为防Epmax对三个物体组成的系统应用能量守恒定律
+
(m+m0)v22 =" " EPmax +
(M+m+m0) v32+μ(m+m0)gd (3分)
EPmax=" 8" J (2分)
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
B.-10,10
由两物体动量守恒可求出m2=10kg,小球动量改变量
kg·m/s
如图所示,两个质量都是M=0.4Kg的沙箱A、B并排放在光滑的水平面上,一颗质量为m=0.1Kg的子弹以v0=200m/s的水平速度射向A,射穿A后,进入B并最终一起运动,已知子弹恰好射穿A时,子弹的速度v1=100m/s,求沙箱A、B的最终速度.
正确答案
vA=12.5m/s vB="30m/" s(1分)
子弹在沙箱A内运动过程中,动量守恒,mv0=mv1+2MvA (1分)
子弹在沙箱B内运动过程中,动量守恒,mv1+MvA=(M+m)vB (2分)
由以上各式可得:vA=12.5m/s (1分), vB="30m/" s(1分)
[选修3-5]
(1)已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出10种不同频率的光,下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是
(2)在实验室内较精准地测量到的双β衰变事例是在1987年公布的,在进行了7960小时的实验后,以68%的置信度认出Se发生的36个双β衰变事例,已知静止的
Se发生双β衰变时,将释放出两个电子和两个中微子(中微子的质量数和电荷数都为零),同时转变成一个新核X,则X核的中子数为______;若衰变过程释放的核能是E,真空中的光速为c,则衰变过程的质量亏损是______.
(3)质量为m的小球A在光滑水平面上以速度v0与质量为2m的静止小球B发生正碰后,以v0的速率反弹,试通过计算判断发生的是不是弹性碰撞.
正确答案
(1)由图示可知,在A所示能级跃迁中释放光子的能量最小,辐射光波的波长越长.
(2)Se中有82-34=48个中子,发生双β衰变时有两个中子释放出电子而变为质子,则衰变后中子数为46个;
由质能方程可得,衰变过程中质量亏损△m=.
(3)以两球组成的系统为研究对象,系统动量守恒,
以A球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=m(-v0)+2mvB,解得:vB=
v0,
碰后系统的总动能E=m(-
mv0)2+
×2m(
v0)2=
mv02,
则碰撞前后系统机械能没有损失,则碰撞为弹性碰撞.
故答案为:(1)A;(2)46;;(3)碰撞为弹性碰撞.
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