- 动量守恒定律
- 共6910题
在光滑水平面上有一辆平板车,质量分别为m1、m2的两人站在车的两端(如图所示),他们以对地速度v1、v2相向而行,则在下列三情况下,车的运动方向如何?
(1)m1=m2,v1=v2;
(2)m1≠m2,v1=v2;
(3)m1=m2,v1≠v2.
正确答案
(1)平板车不动.
(2)m2>m1时,平板车向右运动;
m2
(3)v2>v1时,平板车向右运动;
v2
以m1、m2和车为系统,规定v1方向为正方向、设车质量为M.由动量守恒,得
m1v1-m2v2+Mv=0
(1)当m1=m2、v1=v2时,得v=0,所以平板车不动.
(2)当v1=v2、m2>m1时,得v>0,所以平板车向右运动;
当v1=v2、m2
(3)当m1=m2、v2>v1时,得v>0,所以平板车向右运动;
当m1=m2、v2
如图所示,在光滑水平面上,依次有质量为m,2m,3m……10m的10个小球,排列成一直线,彼此间有一定的距离,开始时后面的九个小球是静止的,第一个小球以初速度V0向着第二个小球碰去,结果它们先后全部粘合到一起向前运动.出于连续的碰撞,求系统损失的机械能为多少?
正确答案
以系统为研究对象.
运用动量守恒,求一起向前运动的速度V
如图,A,B,C三个木块的质量均为m,置于光滑的水平面上,A,B间连接一根处于松弛状态的轻绳(绳受拉力不伸长),B,C间连接一根处于原长的轻弹簧,现A以初速度v0水平向右运动,当弹簧再一次处于原长时,A,B,C的速度各多大?
正确答案
绳绷紧瞬间A,B的速度为v1,绳绷紧过程中,A,B组成系统动量守恒,规定向右为正方向,有:mv0=2mv1…①
弹簧再一次恢复原长时,A,B速度为v2,C速度为v3,弹簧由开始的原长状态到再一次恢复原长的过程中A,B,C组成系统动量守恒,规定向右为正方向,有:
mv0=2mv2+mv3 …②
绳绷紧后,A,B,C,弹簧组成系统机械能守恒:×2m
=
×2m
+
m
…③
联①②③得:v2=v0,v3=0(舍去)
v2=v0,v3=
v0
即A,B的速度为v0,C的速度为
v0.
答:A,B的速度为v0,C的速度为
v0.
某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次,得到了如图所示的三个落地点.
(1)请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置._______________________.并在图中读出OP=_______________.
(2)已知mA∶mB=2∶1,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是__________球的落地点,P是__________球的落地点.
(3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式____________________.
正确答案
(1)用尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置17.5 cm
(2)B A
(3)mAOQ=mAOP+mBOR
因A、B小球都是从同一槽口平抛下落,故下落时间都一样,记为t(t=,h是槽口到水平面的高度);A单独抛出的动量mA·
,A碰B后,A、B分别抛出时的动量mA·
,mB·
;验证动量守恒只要验证mA·
=mA·
+mB·
,即mA·OQ=mA·OP+mBOR就行.
A.一个质量为50千克的人站立在静止于平静的水面上的质量为400千克船上,突然船上人以2米/秒的水平速度跳向岸,不计水的阻力,则船以_____ ___米/秒的速度后退,若该人向上跳起,以人船为系统,人船的动量_______ __。(填守恒或不守恒)
正确答案
0.25 ;不守恒
以人和船为研究对象,已知初动量为零,所以作用后人和船的动量大小相等,方向相反,所以有:,则船的速度
若该人向上跳起,以人船为系统,所受合外力不为零,所以人船的动量不守恒
故答案为:0.25 ,不守恒
(11分)如图(1)所示,在光滑的水平面上有甲、乙两辆小车,质量为30kg的小孩乘甲车以5m/s的速度水平向右匀速运动,甲车的质量为15kg,乙车静止于甲车滑行的前方,两车碰撞前后的位移随时间变化图象如图(2)所示。
求:(1)甲乙两车碰撞后的速度大小;
(2)乙车的质量;
(3)为了避免甲乙两车相撞,小孩至少以多大的水平速度从甲车跳到乙车上?
正确答案
(1)甲车的速度大小为,乙车的速度大小为v2=3m/s
(2)
(3)
(1)由图可知,碰撞后甲车的速度大小为 (1分)
乙车的速度大小为v2="3m/s " (1分)
(2)在碰撞过程中,三者组成的系统满足动量守恒。
(2分)
解得: (1分)
(3)设人跳向乙车的速度为v人,由动量守恒定律得
人跳离甲车: (1分)
人跳至乙车: (1分)
为使二车避免相撞,应满足 (2分)
取“=”时,人跳离甲车的速度最小, (2分)
如图所示,一砂袋用无弹性轻细绳悬于O点.开始时砂袋处于静止状态,此后用弹丸以水平速度击中砂袋后均未穿出.第一次弹丸的速度为v0,打入砂袋后二者共同摆动的最大摆角为θ(θ<90°),当其第一次返回图示位置时,第二粒弹丸以另一水平速度v又击中砂袋,使砂袋向右摆动且最大摆角仍为θ.若弹丸质量均为m,砂袋质量为5m,弹丸和砂袋形状大小忽略不计,求两粒弹丸的水平速度之比v0/v为多少?
正确答案
弹丸击中砂袋瞬间,系统水平方向不受外力,动量守恒,设碰后弹丸和砂袋的共同速度为v1,细绳长为L,根据动量守恒定律有mv0=(m+5m)v1,
砂袋摆动过程中只有重力做功,机械能守恒,所以
•6m
=6mgL(1-cosθ)
设第二粒弹丸击中砂袋后弹丸和砂袋的共同速度为v2,同理有:mv-(m+5m)v1=(m+6m)v2
•7m
=7mgL(1-cosθ),
联解上述方程得=
答:两粒弹丸的水平速度之比为
.
如图16-2-4所示,质量为m、长为a的汽车由静止开始从质量为M、长为b的平板车一端行至另一端时,汽车发生的位移大小为_____________,平板车发生的位移大小为_____________(水平面光滑).
图16-2-4
正确答案
系统动量守恒,设汽车位移大小为x,则平板车位移大小为b-a-x.列方程为mx=M(b-a-x),得x=,b-a-x=
.
如图8-8-4所示,长为L、质量为m1的小船停在静水中.一个质量为m2的人立在船头,若不计水的阻力,当人从船头走到船尾的过程中,船对地面的位移是________,人对地面的位移是________.
图8-8-4
正确答案
人和船组成的系统,人从船头走到船尾的过程中,在水平方向不受外力作用,所以水平方向动量守恒.人起步前系统的总动量为零,当人起步加速前进时,船同时向后加速运动;当人匀速前进时,船同时向后匀速运动;当人停下来时,船也停下来.设某一时刻人对地的速度为v2,船对地的速度为v1,选人前进的方向为正方向,根据动量守恒定律有:
m2v2-m1v1=0,即
人从船头走到船尾的整个过程中,每一时刻系统都满足动量守恒定律,所以每一时刻人的速度与船的速度之比,都与它们的质量成反比.从而可以作出判断:在人从船头走到船尾的过程中,人的位移s2与船的位移s1之比,也应等于它们的质量的反比,即
由图可以看出s1+s2=L,与上式联立得:s1= s2=
.
如图,质量分别为m和3m的物块A、B用一根轻弹簧相连,置于光滑的水平面上,物块A刚好与墙壁接触.先用外力缓慢向左推物块B使弹簧压缩,此过程中外力做的功为W,然后突然撤去外力.求:
①物块A刚离开墙壁时物块B的速度;
②在物块A离开墙壁后的运动过程中,物块A、B各自的最小速度.
正确答案
①设物块A刚离开墙壁时物块B的速度为v,撤去外力后,以弹簧和物块B组成的系统为研究对象,
由机械能守恒定律可得:W=•3mv2,解得:v=
;
②A离开墙壁后,以后B减速、A加速,直到弹簧再次恢复原长,B的速度最小;
然后B加速、A减速直到弹簧又一次恢复原长,此时系统完成一次周期性的运动,A的速度最小.
以对A、B及弹簧组成的系统为研究对象,以B的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:3mv=mvA+3mvB,
由机械能能守恒定律得:•3mv2=
m
+
•3m
,
解得:vA=v=
,vB=
=
;或vA=0,vB=v=
,
物块A、B的最小速度分别为vA=0,vB=;
答:①物块A刚离开墙壁时物块B的速度为v=;
②在物块A离开墙壁后的运动过程中,物块A、B的最小速度分别为vA=0,vB=.
如图所示,水平传送带AB长L=8.3m,质量为M=1kg的木块随传送带一起以v1=2m/s的速度向左匀速运动(传送带的传送速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5.当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以v0=300m/s水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出时速度u=50m/s,以后每隔1s就有一颗同样的子弹射向木块,设子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同,木块的质量保持不变,g取10m/s2.求:
(1)在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A点的最大距离?
(2)从第一颗子弹射中木块到木块刚要被第二颗子弹击中的过程中,子弹、木块和传送带这一系统产生的热能是多少?
正确答案
(1)第一颗子弹射入木块过程中动量守恒
解得:="3m/s "
木块向右作减速运动的加速度大小为m/s2
木块速度减小为零所用时间 解得t1="0.6s<1s "
所以木块在被第二颗子弹击中前向右运动离A点最远时,速度为零,移动距离为
解得s1=0.9m.
(2)第一颗子弹击穿木块过程中产生的热能为
="872.5J"
木块向右减速运动过程中相对传送带的位移为S2=V1t1 +s1 ="2.1m "
产生的热能为 Q2=μMg S2=10.5J
在第二颗子弹射中木块前,木块再向左作加速运动,时间t2=1s-0.6s="0.4s "
速度增大到v2=at2=2m/s(恰与传送带同速)
向左移动的位移为 s3=at22=0.4m
木块向左加速运动过程中相对传送带的位移为S4=V1t2-s3="0.4m "
产生的热能为 Q3=μMg S4=2J
所求过程中产生的热能为Q=Q1+Q2+Q3=872.5J+10.5J+2J=885J
略
在“碰撞中的动量守恒”实验中,半径相同的两个小球A、B,其质量之比为mA∶mB=3∶8,按正确的操作步骤得实验结果如图所示.图中M、P、N为小球落点,且在同一直线上,O点是斜槽末端所装重垂线的投影点,则O′点为______________(填“A”或“B”)球球心的投影点,碰后两球的动量大小之比为pA′∶pB′=________________.
正确答案
A 9∶11
mA<mB,所以A是被碰小球.
如图2-1所示,水平传送带AB长L=8.3m,质量为M=1kg的木块随传送带一起以v1=2m/s的速度向左匀速运动(传送带的传送速度恒定),木块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5.当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以v0=300m/s水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出速度v=50m/s,以后每隔1s就有一颗子弹射中木块,设子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同,g取10m/s2.
(1)第一颗子弹射入木块并穿出时,木块速度多大?
(2)求在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A点的最大距离.
(3)木块在传送带上最多能被多少颗子弹击中?
正确答案
(1)3m/s,(2)0.9m,(3)16次
(1)设子弹第一次射穿木块后的速度为v'(方向向右),则在第一次射穿木块的过程中,对木块和子弹整体由动量守恒定律(取向右方向为正)得:mv0-Mv1=mv+Mv',可解得v'=3m/s,其方向应向右.
(2)木块向右滑动中加速度大小为a=μg=5m/s2,以速度v'=3m/s向右滑行速度减为零时,所用时间为t1==0.6s,显然这之前第二颗子弹仍未射出,所以木块向右运动离A点的最大距离Sm==0.9m.
(3)木块向右运动到离A点的最大距离之后,经0.4s木块向左作匀加速直线运动,并获得速度v”,v''=a×0.4=2m/s,即恰好在与皮带速度相等时第二颗子弹将要射入.注意到这一过程中(即第一个1秒内)木块离A点S1=Sm-=0.5m.第二次射入一颗子弹使得木块运动的情况与第一次运动的情况完全相同,即在每一秒的时间里,有一颗子弹击中木块,使木块向右运动0.9m,又向左移动S'=×a×0.42=0.4m,每一次木块向右离开A点的距离是0.5m.显然,第16颗子弹恰击中木块时,木块离A端的距离是S2=15×0.5m=7.5m,第16颗子弹击中木块后,木块再向右运动L-S2=8.3m-7.5m=0.8m<0.9m,木块就从右端B滑出.
由此推算,在经过16次子弹射击后木块应从B点滑出。
一个人站在静止于光滑平直轨道的平板车上,人和车的总质量为M。现在让此人手中拿一个质量为m的铅球先后以两种方式顺着轨道方向水平掷出铅球:第一次掷出后,铅球相对地面的速度大小为v;第二次掷出后,铅球相对平板车的速度大小为v。求先后两种方式掷出铅球后平板车获得的速度大小之比。
正确答案
第一次掷出后铅球相对地面的速度大小为v,根据系统动量守恒,有:
(4分)
第二次掷出后铅球相对平板车的速度大小为v,根据系统动量守恒和相对速度的知识,有:
(4分)
联立解得两种方式掷出铅球后平板车获得的速度大小之比为:
(4分
如图所示,光滑水平面上A、B两小球沿同一方向运动,A球的动量pA=4kg•m/s,B球的质量mB=1kg,速度vB=6m/s,已知两球相碰后,A球的动量减为原来的一半,方向与原方向一致.求
(1)碰撞后B球的速度大小;
(2)A球的质量范围.
正确答案
解析:(1)由题意,p'A=2kg•m/s,根据动量守恒定律有:pA+mBvB=p'A+mBv'B,解得v'B=8.0m/s.
(2)设A球质量为mA,A球能追上B球并与之碰撞,应满足vA=>vB;碰撞后A球不可能运动到B球前方,故v′A=
≤v′B;碰撞过程系统能量不可能增加,故
+
mBv
≤
+
mB
解得:kg≤mA≤
kg(或0.25kg≤mA≤0.43kg)
答:(1)碰撞后B球的速度大小为8.0m/s;
(2)A球的质量范围0.25kg≤mA≤0.43kg.
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