- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,电荷量均为+q、质量分别为m和2m的小球A和B,中间连接质量不计的细绳,在竖直方向的匀强电场中以速度v0匀速上升,某时刻细绳突然断开.求:
(1)电场强度大小及细绳断开后两球A、B的加速度;
(2)当球B速度为零时,球A的速度大小。
正确答案
(1)(2)
(1)设电场强度为E,把小球A、B看作一个系统,由于绳未断前两球均做匀速运动,
则,
细绳断后,根据牛顿第二定律得,
方向向上;
,
(负号表示方向向下).
(2)细绳断开前后两绳组成的系统满足合外力为零,所以系统总动量守恒.设B球速度为零时,A球的速度为vA,根据动量守恒定律得
(2012年2月山东潍坊重点中学联考)如图所示,在光滑桌面上放着长木板,其长度为L=1.0m,在长木板的左上端放一可视为质点的小金属块,它的质量和木板的质量相等,最初它们是静止的。现让小金属块以v0 =2.0m/s的初速度向右滑动,当滑动到长木板的右端时,滑块的速度为v1=1.0m/s,取 g= l0m/s2,求:
①滑块与长木板间的动摩擦因数μ;
②小金属块滑到长木板右端经历的时间t
正确答案
①μ=0.1②t=1s
①设小金属块和木板的质量均为m,
系统动量守恒:mv0=mvl+mv2 ①
系统能量守恒: ②
解得: μ=0.1③
② 对木板:μmg=ma ④
v2=at
t=1s ⑤
选修模块3-5(15分)
小题1:以下是有关近代物理内容的若干叙述:
其中正确的有 .
小题2:质量M=0.6kg的平板小车静止在光滑水面上,如图7所示,当t=0时,两个质量都为m=0.2kg的小物体A和B,分别从小车的左端和右端以水平速度和
同时冲上小车,当它们相对于小车停止滑动时,没有相碰。已知A、B两物体与车面的动摩擦因数都是0.20,取g=10
,求:
(1)A、B两物体在车上都停止滑动时车的速度;
(2)车的长度至少是多少?
正确答案
小题1:BC
小题2:(1) (1分)方向向右(1分)(2)
(1)BC(5分)
(2).(10分)解:(1)设物体A、B相对于车停止滑动时,车速为v,根据动量守恒定律
(3分)
(1分)
方向向右(1分)
(2)设物体A、B在车上相对于车滑动的距离分别为,车长为L,由功能关系
(3分)
(2分)
如图所示,电荷量均为+q、质量分别为m和2m的小球A和B,中间连接质量不计的细绳,在竖直方向的匀强电场中以速度匀速上升,某时刻细绳断开(不考虑电荷间的库仑斥力作用),求:
(1)电场的场强及细绳断开后A、B两球的加速度;
(2)当B球速度为零时,A球的速度大小;
(3)自绳断开至B球速度为零的过程中,两球组成系统的机械能增量为多少?
正确答案
(1)绳未断时有,得
…………………………2分
绳断后,A加速度为,有
,向上………………2分
B加速度为,有
,向下………2分(未指明方向共扣1分)
(2)由动量守恒,B速度为零时,A速度为,有
,得
,向上
……………………………………………4分(未指明方向扣1分)
(3)机械能增量,等于非重力做功
………………………………………………5分
略
如图8所示,有一质量为m的物块静止在水平桌面左端,长为L的细线竖直悬挂一个质量为2m的小球,小球刚好与物块接触.现保持细线绷直,把小球拉向左上方使细线与竖直方向成60°夹角,无初速释放,小球运动到最低点时恰与物块正碰,碰后小球继续向右摆动,上升的最大高度为L(整个过程中小球不与桌面接触),物块在桌面上向右滑行了L后静止,求物块与水平桌面间的动摩擦因数μ.
图8
正确答案
0.5
设碰前小球速度为v0;碰后小球速度为v1,物块速度为v2.
小球下落过程机械能守恒2mgL(1-cos60°)=2mv20/2 ①
小球与物块碰撞过程中系统动量守恒2mv0=2mv1+mv2 ②
小球碰后上升过程机械能守恒2mgL/8=2mv21/2 ③
碰后物块做减速运动,由动能定理有0-mv22=-2μmgL ④
由①②③④解得μ="0.5 " ⑤
质量为M的小车,以速度v0在光滑水平地面前进,上面站着一个质量为m的人,问:当人以相对车的速度u向后水平跳出后,车速度为多大?
正确答案
选地面为参考系,以小车和车上的人为系统,以小车前进的方向为正方向,跳前系统对地的速度为v0,设跳离时车对地的速度为v,人对地的速度为-u+v,
根据动量守恒定律有;
(M+m)v0=Mv+m(-u+v)
解得:v=v0+u
答:当人以相对车的速度u向后水平跳出后,车速度为v0+u.
如右图所示,光滑水平直轨道上有三个滑块A、B、C,质量分别为mA=mC=2m,mB=m,A、B用细绳连接,中间有一压缩的轻弹簧(弹簧与滑块不拴接).开始时A、B以共同速度v0运动,C静止.某时刻细绳突然断开,A、B被弹开,然后B又与C发生碰撞并粘在一起,最终三滑块速度恰好相同.求B与C碰撞前B的速度.
正确答案
vB=v0
设共同速度为v,球A与B分开后,B的速度为vB,由动量守恒定律(mA+mB)v0=mAv+mBvB 3分
mBvB=(mB+mC)v 3分
联立③④式,得B与C碰撞前B的速度vB=v0 2分
(2012年开封二模)在光滑水平面上,质量为1.5kg的滑块A以2.0m/s的速度撞击质量为9.0kg的静止滑块B,撞击后滑块B的速度为0. 5m/s,求滑块A碰后的速度大小和方向。
正确答案
滑块A碰后的速度大小为1m/s,方向与原来运动方向相反
由题意得,AB碰撞过程中动量守恒,mAvA= mAvA’ + mBvB’
代入数据解得vA’=-1m/s。
即滑块A碰后的速度大小为1m/s,方向与原来运动方向相反
(14分) 质量m1 =" 1" kg的小球在光滑的水平桌面上以v1 = 30m/s的速率向右运动,恰好遇上在同一条直线上向左运动的另一个小球.另一个小球的质量为m2 = 5kg,速率v2 = 1m/s,碰撞后,小球m2恰好停止.求碰撞后小球m1的速度是多大,方向如何?
正确答案
小球m1的速度大小为2m/s,方向与v1方向相反,即向左。
/www.
碰撞过程两小球组成的系统动量守恒。
设v1的方向,即向右为正方向,则各速度的正负及大小为:(2分)
v1=3m/s,v2=-1m/s,=0 (4分)
据:m1v1+m2v2=+
(4分)
代入数值得:=-2m/s (2分)
则小球m1的速度大小为2m/s,方向与v1方向相反,即向左。(2分)
如图9所示,质量均为2.0 kg的物块A、B用轻弹簧相连,放在光滑水平面上,B与竖直墙接触.另一个质量为4.0 kg的物块C以v="3.0" m/s的速度向A运动,C与A碰撞后黏在一起不再分开,它们共同向右运动,并压缩弹簧.求:
图9
(1)弹簧的最大弹性势能Ep能达到多少?
(2)以后的运动中,B也将会离开竖直墙,那么B离开墙后弹簧的最大弹性势能Ep′是多少.
正确答案
(1)12 J (2)3 J
(1)设A和C刚碰后共同速度为vAC,则由动量守恒定律得(mA+mC)vAC=mCv ①
代入数值解得vAC="2" m/s ②
由能量守恒得弹簧的最大弹性势能Ep=(mA+mC)vAC2="12" J. ③
(2)当A、B、C三者速度相同时弹簧的弹性势能再次达最大,设三者共同速度为vABC,由动量守恒得(mA+mB+mC)vABC=(mA+mC)vAC, ④
解得vABC="1.5" m/s ⑤
由能量守恒得弹簧最大弹性势能Ep′=(mA+mC)vAC2-
(mA+mB+mC)vABC2="3" J. ⑥
一喷水机喷出的水柱高h="5" m.已知空中水的总体积为V="20" dm3,空气阻力不计,则喷水机喷水功率为___________W.
正确答案
500
喷水机喷出水的出口速度v0= m/s="10" m/s.水从喷出到到达最高点历时t=
="1" s,所以单位时间内喷水量m=
="10" kg.由功能关系得P=
mv02/t=
×10×102/1 W="500" W.
如图所示,固定在水平地面上的横截面为“”形的光滑长直导轨槽,槽我向上(图为俯视图,图中两组平行双直线表示“
”形槽的两侧壁).槽内放置六个滑块,滑块的手半部是半径为R的半圆柱形光滑凹槽,滑块的宽度为2R,恰与“
”形槽的两内侧壁的间距相等,滑块可在槽内沿槽壁自由滑动.现有六金属小球(可视为质点)以水平初速度Vj沿槽的六侧壁冲向滑块,从滑块的半圆形槽我边缘进入滑块凹槽.已知金属小球的质量为m,滑块的质量为3m,整个运动过程中无机械能损失.求:
(1)当金属小球滑离滑块时,金属小球和滑块的速度各是多大;
(2)当金属小球经过滑块上的半圆柱形槽的最右端A点时,金属小球的对地速率.
正确答案
(1)小球与滑块相互作用过程中,沿水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律2:
m他0=m他1+3m他2
由机械能守恒定律2:m他02=
m他12+
•3m他22,
联立解2:他1=-他0,方向水平向左,他2=
他0,方向水平向右;
(2)当金属小球通过A点时,沿导轨方向金属小球与金属滑块具有共同速度他,沿A点切线方向的速度为他′,在水平方向,由动量守恒定律2:
m他0=(m+3m)他,
由机械能守恒定律2:m他02=
•3m他2+
m他′2,
联立解2:他=他0,他′=
他0;
答:(1)当金属小球滑离木质滑块时,金属小球和木质滑块的速度分别是:他0,方向水平向左,
他0,方向水平向右;
(2)当金属小球经过木质滑块上的半圆柱形槽的最右端A点时,金属小球的对地速度为他0.
如图,质量为2m的小车,静止在光滑水平面上,车的两端装有挡板.现让一质量为m的木块,以速度开始沿车的内表面开始滑行,木块与车内表面间的动摩擦因数为
,每次滑行到挡板处都发生弹性碰撞.这样木块在车内与两个挡板间来回碰撞了若干次,则木块最终速度的大小为
正确答案
/3
“最终”速度——即末速度二者相同.整个过程动量守恒.m=(2m+m)v
解得:v=v0/3
如图,水平足够长光滑固定直杆AB上穿有质量为M的滑块,其上用光滑铰链着一个长为L的轻杆,杆的另一端固定着一个质量为M的小球,初始时,系统静止,轻杆水平。
小题1:1给小球以竖直向上的初速v01,球到达最高点时杆与水平方向呈θ角,(θ<900),求v01。
小题2:2给小球以竖直向上的初速v02,球到达最高点时的速度为v,求v02。
正确答案
小题1:
小题2:
小题1:此题中须弄清的几个问题是,小球上升过程中,滑块是向左还是向右运动;小球到达最高点时是否有速度;此时滑块的速度方向如何;我们不妨这样来分析,若没有杆连接,则滑块不动,且小球将竖直向上运动。即最初杆有被拉伸的趋势。则滑块将向左运动。运动中小球和滑块在水平方向上不受外力,所以系统水平方向上动量守恒,①问中,假设小球在最高点时有水平向左的速度,则由水平方向动量守恒得滑块将有向右的速度,则上面的分析可知,滑块向左运动中出现向右的速度这是不可能的;若小球在最高点时有向左的速度,则由水平方向动量守恒可知,这时滑块将具有水平向左的速度,二者速度相反,则小球还是要上升,那么此时的位置就不是最高的;若小球具有向上或向下的速度,即小球处于上升或下降的过程中,则小球此时的位置也不是最高的。
①问中小球在最高点时不可能有速度。即速度为0,则由系统水平方向动量守恒得滑块此时的速度也是0,
则由系统机械能守恒(并非小球的机械能守恒)
得 mv012=mgLsinθ, 解得v01=
小题2:2问中小球在最高点时的速度不为0,即小球到达最高点时轻杆竖直且速度向右。
由水平方向动量守恒得
mv-Mvx=0
又由系统机械能守恒mv022=mgL+
mv2+
Mvx2
以上两式联立,可解得v02=
如图所示,一个带有1/4圆弧的粗糙滑板A,总质量为mA=3kg,其圆弧部分与水平部分相切于P,水平部分PQ长为L=3.75m.开始时A静止在光滑水平面上,有一质量为mB=2kg的小木块B从滑板A的右端以水平初速度v0=5m/s滑上A,小木块B与滑板A之间的动摩擦因数为μ=0.15,小木块B滑到滑板A的左端并沿着圆弧部分上滑一段弧长后返回最终停止在滑板A上.
(1)求A、B相对静止时的速度大小;
(2)若B最终停在A的水平部分上的R点,P、R相距1m,求系统在该运动过程中产生的内能;
(3)若圆弧部分光滑,且除v0不确定外其他条件不变,讨论小木块B在整个运动过程中,是否有可能在某段时间里相对地面向右运动?如不可能,说明理由;如可能,试求出B既能向右滑动、又不滑离木板A的v0取值范围.(取g=10m/s2,结果可以保留根号)
正确答案
(1)小木块B从开始运动直到A、B相对静止的过程中,系统水平方向上动量守恒,有
mBv0=(mB+mA)v ①
解得v=v0=2m/s②
(2)由能量关系得到Q=mB
-
(mB+mA)v2=15J ③
(3)设小木块B下滑到P点时速度为vB,同时A的速度为vA,由动量守恒和能量关系可以得到
mBv0=mBvB+mAvA ④
mBv02=
mBvB2+
mAvA2+μmBgL⑤
由⑥⑦两式可以得到5vB2-4v0vB-v02+0.9gL=0,得 vB=<0,
化简后为v02>0.9gL ⑥
若要求B最终不滑离A,由能量关系必有 μmBg•2L≥mBv02-
(mB+mA)v2 ⑦
化简得v02≤gL⑧
故B既能对地向右滑动,又不滑离A的条件为 0.9gL<v02≤gL ⑨
即m/s<v0≤
m/s,解得,5.8m/s<v0≤6.1m/s⑩
答:(1)A、B相对静止时的速度大小是2m/s;
(2)系统在该运动过程中产生的内能是15J.
(3)B既能对地向右滑动,又不滑离A的条件为5.8m/s<v0≤6.1m/s.
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