- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,一质量M=1.0kg的砂摆,用轻绳悬于天花板上O点.另有一玩具枪能连续发射质量m=0.01kg,速度v=4.0m/s的小钢珠.现将砂摆拉离平衡位置,由高h=0.20m处无初速度释放,恰在砂摆向右摆到最低点时,玩具枪发射的第一颗小钢珠水平向左射入砂摆,二者在极短时间内达到共同速度.不计空气阻力,取g=10m/s2.
(1)求第一颗小钢珠射入砂摆前的瞬间,砂摆的速度大小v0;
(2)求第一颗小钢珠射入砂摆后的瞬间,砂摆的速度大小v1;
(3)第一颗小钢珠射入后,每当砂摆向左运动到最低点时,都有一颗同样的小钢珠水平向左射入砂摆,并留在砂摆中.当第n颗小钢珠射入后,砂摆能达到初始释放的高度h,求n.
正确答案
(1)砂摆从释放到最低点,由动能定理:
Mgh=Mv02-0,解得:v0=
=2m/s;
(2)小钢球打入砂摆过程系统动量守恒,选向右为正方向,
由动量守恒定律得:Mv0-mv=(M+m)v1,
解得:v1=≈1.94m/s;
(3)第2颗小钢球打入过程,选向左为正方向,
由动量守恒定律得:(M+m)v1+mv=(M+2m)v2,
第3颗小钢球打入过程,同理可得:
(M+2m)v2+mv═(M+3m)v3,
…
第n颗小钢球打入过程,同理可得:
[M+(n-1)m]vn-1+mv=(M+nm)vn,
联立各式得:(M+m)v1+(n-1)mv=(M+nm)vn,
解得:vn=,
当第n颗小钢球射入后,砂摆要能达到初始释放的位置,
砂摆速度满足:vn≥v0,
解得:n≥=4,
所以,当第4颗小钢球射入砂摆后,砂摆能达到初始释放的高度.
答:(1)第一颗小钢珠射入砂摆前的瞬间,砂摆的速度为2m/s.
(2)第一颗小钢珠射入砂摆后的瞬间,砂摆的速度大小为1.94m/s.
(3)当第4颗小钢球射入砂摆后,砂摆能达到初始释放的高度.
[选做题]本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答.若三题都做,则按A、B两题评分.
A.(选修模块3-3)
(1)由以下数据能估算出水分子直径的是______
A.水的质量、水的体积和阿伏加德罗常数
B.水的质量、水的密度和阿伏加德罗常数
C.水的摩尔质量和阿伏加德罗常数
D.水的摩尔体积和阿伏加德罗常数
(2)如图乙所示,用一根与绝热活塞相连的细线将绝热气缸悬挂在某一高度静止不动,气缸开口向上,内封闭一定质量的气体(分子间的相互作用力忽略不计),缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气,现将细线剪断,让气缸自由下落,下列说法正确的是______
A.气体压强减小,气体对外界做功
B.气体压强增大,外界对气体做功
C.气体体积增大,气体内能减小
D.气体体积减小,气体内能增大
(3)如图甲所示,一圆柱形绝热气缸竖直放置,通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体.活塞的质量为m,横截面积为S,此时活塞处于平衡状态,气体的温度为T1.现通过电热丝缓慢加热气体,在气体吸收热量为Q的过程中,气体对活塞做功的大小为W.已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦.求:
①气体的压强;
②加热过程中气体的内能增加量;
B.(选修模块3-4)
(1)下列说法中正确的是______.
A.激光比普通光源的相干性好
B.紫外线在水中的传播速度大于红外线在水中的传播速度
C.在光的衍射实验中,出现明条纹的地方光子到达的概率较大
D.接收电磁波时首先要进行调频
(2)一列沿x轴正方向传播的简谐横波,t=0时刻的波形如图中实线所示,t=0.2s时刻的波形如图丙中虚线所示,则:
A.质点P的运动方向向右
B.波的周期可能为0.27s
C.波的传播速度可能为630m/s
D.波的频率可能为1.25Hz
(3)如图丁所示,ABC为玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°,∠B=60°,BC=3cm,一条平行于AC边的光线从O点垂直射向棱镜,OC=2cm,已知棱镜对光的折射率为n=1.5,试求光线在棱镜内传播的最短时间是多少?
C. (选修模块3-5)
(1)正电子(PET)发射计算机断层显像的基本原理是:将放射性同位素O注入人体,参与人体的代谢过程.
O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象.根据PET原理,回答下列问题:
①写出O的衰变的方程式______.
②将放射性同位素O注入人体,
O的主要用途______
A.利用它的射线 B.作为示踪原子
C.参与人体的代谢过程 D.有氧呼吸
③PET中所选的放射性同位素的半衰期应______.(填“长”或“短”或“长短均可”)
(2)一辆小车在光滑水平面上以v1=1m/s的速度向右运动,小车的质量为M=100kg,一质量为m=50kg的人从小车的右端迎面跳上小车,接触小车前的瞬间人的水平速度大小为v2=5.6m/s.求人跳上小车后,人和小车的共同速度和人跳上小车的过程中人对小车做的功.
正确答案
A(1)A、已知水的质量、水的体积和阿伏加德罗常数,
不知道水的摩尔质量,求不出水分子个数,不能求出水分子直径,故A错误;
B、已知水的质量、水的密度和阿伏加德罗常数,不知道水的摩尔质量,
求不出水分子个数,不能求出水分子直径,故B错误;
C、已知水的摩尔质量和阿伏加德罗常数,不知道水的摩尔质量,
求不出水分子个数,不能求出水分子直径,故C错误;
D、已知水的摩尔体积和阿伏加德罗常数,可以求出1摩尔体积的分子数,
摩尔体积处于该体积的分子数等于每个分子的体积,然后利用体积公式可以求出分子直径,故D正确;故选D.
(2)设大气压为P0,气缸质量为M,横截面积为S,则气缸内气体压强P=P0-,剪断细线后,气缸自由下落,
处于完全失重状态,气缸内气体压强P=P0,缸内气体压强变大,气体体积减小,外界对气体做功,气体内能增大,
故AC错误,BD正确,故选BD.
(3)①活塞受到竖直向下的重力mg,向下的大气压力P0S,向上的气体支持力PS,
活塞处于平衡状态,由平衡条件得:mg+P0S=PS,则缸内气体压强P=P0+;
②由热力学第一定律得,气体内能的增量△U=Q-W.
B、(1)A、激光比普通光源的相干性好,故A正确;
B、光在介质中的传播速度v=,在水中紫外线折射率大于红外线的折射率,因此紫外线在水中的传播速度小于红外线在水中的传播速度,故B错误;
C、在光的衍射实验中,出现明条纹的地方光子到达的概率较大,故C正确;
D、接收电磁波时首先要进行解调,故D错误;故选AC.
(2)A、介质中的质点只在平衡位置附近振动,并不随波进行迁移,故A错误;
B、由图丙所示波形图可知,波向右传播的距离x=(n+)λ=6m,则△t=t′-t=0.2s=(n+
)T,
T=,n=0、1、2、3…,波的周期小于等于0.2s,故B错误;
C、由波形图可知,波长λ=24m,波向右传播的路程s=x=(n+)λ=x=(n+
)×24=24n+6,
波速v==
=120n+30(m/s),n=0、1、2、3…,当n=5时,v=630m/s,故C正确;
D、波的周期T=,n=0、1、2、3…,频率f=
=5n+1.25(Hz),n=0、1、2…,
当n=0时,f=1.25Hz,故D正确;故选CD.
(3)如右图所示,光线进入棱镜后在AB面上经一次全反射,
再从AC边上折射出来的路程最短,此时传播时间最短,
最短传播时间:t=+
,v=
,
故最短时间为t=2.2×10-10(s);
C、(1)①由质量数与核电荷数守恒可知,反应方程式是:
O→
N+
e;
②由题意可知,正电子可以显示氧在人体内的运动轨迹,因此O的主要用途是B、作为示踪原子.
③氧在人体内的代谢时间不长,因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短.
(2)人在落到小车上的过程中人和车系统动量守恒:-mv2+Mv1=(m+M)v,
可得人车共同速度为v=-1.2m/s 负号表示速度方向与小车原来的运动方向相反.
人跳上小车的过程中,对小车所做的功等于小车的动能增量W=Mv2-
M
,
解得:W=22(J);
故答案为:A(1)D;(2)BD;(3)①压强为P=P0+;②△U=Q-W;
B:(1)AC;(2)CD;(3)t=2.2×10-10(s);
C:(1)①O→
N+
e;②B;③短;
(2)人车共同速度为v=-1.2m/s,负号表示速度方向与小车原来的运动方向相反.
对小车所做的功为22J.
如图所示,一质量为M的小车停放在光滑的水平面上,车上放着一个质量为m的物块,物块与小车间的动摩擦因数为μ,现给m一水平向右、大小为v0的瞬时速度,求物块在车上滑行所产生的热量.(设物块与车挡板碰撞时没有机械能损失)
正确答案
物块在小车上滑行结束,它们具有相同的速度v,根据动量守恒定律,有mv0=(M+m)v.
在这一过程中,物块和小车组成的系统所减少的机械能全部转化为内能,因此有Q=m
-
(M+m)v2=
答:物块在车上滑行所产生的热量为Q=.
(1)随着现代科学技术的发展,大量的科学发展促进了人们对原子、原子核的认识,下列有关原子、原子核的叙述正确的是______.
A、汤姆孙对电子的发现使人们认识到原子核内部具有复杂的结构
B、贝克勒尔发现天然放射现象表明原子核内部有电子
C、轻核骤变反应方程有:H+
H→
He+
n
D、氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从n=2能级跃迁到n=1能级,前者跃迁辐射出的光子波长比后者的短
(2)某进行军事演习的炮艇总质量为M,以速度v0匀速行驶,从船上以相对海岸的水平速度v1向正后方射出一质量为m的炮弹,发射炮弹后艇的速度为v2,不计水的阻力,则下列各关系式中正确的是______.
A、Mv0=(M-m)v1+mv2B、Mv0=(M-m)v2-mv1
C、Mv0=(M-m)v1-m(v2+v1)
D、Mv0=M(v1-v2)+mv2.
正确答案
(1)A、汤姆孙对电子,得出原子的枣糕模型,并没有得出原子核内部结构.故A错误.
B、贝克勒尔发现天然放射现象表明原子核内部有复杂结构,而放出的电子是原子核中的中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来.故B错误.
C、该核反应方程电荷数不守恒、质量数不守恒.故C错误.
D、氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从n=2能级跃迁到n=1能级,前者辐射的光子能量大,则光子频率大,波长短.故D正确.
故选D.
(2)炮弹和船组成的系统,动量守恒,有:Mv0=(M-m)v2-mv1.故B正确,A、C、D错误
故选B.
故答案为:①D ②B
(1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,下列说法中正确的是______
A.氢原子的能量增加
B.氢原子的能量减少
C.氢原子要吸收一定频率的光子
D.氢原子要放出一定频率的光子
(2)质量为m、速度为v的A球与质量为3m的静止B球发生正碰.碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B球的速度可能有不同的值.碰撞后B球的速度大小可能是______
A.0.6v B.0.4v
C.0.2v D.v
(3)某些建筑材料可产生放射性气体氡,氡可以发生α或β衰变,如果人长期生活在氡浓度过高的环境中,那么氡经过人的呼吸道沉积在肺部,并大量放出射线,从而危害人体健康.原来静止的质量为M的氡核(86222Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po).已知衰变后的α粒子的质量为m、电荷量为q、速度为v,并假设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能.此衰变方程为______;衰变过程中的质量亏损为______.(注:涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计)
正确答案
(1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,能级降低,则氢原子能量减小,则向外辐射光子.故B、D正确,A、C错误.
故选BD.
(2)A、若vB=0.6v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.6v,得vA=-1.8v,碰撞前系统的总动能为Ek=mv2碰撞后系统的总动能为Ek′=
mvA2+
3mvB2=7.2mv2>Ek,违反了能量守恒定律,不可能.故A错误;
B、若vB=0.4v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.4v,得vA=-1.2v,碰撞前系统的总动能为Ek=mv2,碰撞后系统的总动能为Ek′=
mvA2+
3mvB2>Ek,违反了能量守恒定律,不可能.故B错误;
C、若vB=0.2v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•0.2v,得vA=-0.6v,碰撞前系统的总动能为Ek=mv2,碰撞后系统的总动能Ek′=
mvA2+
3mvB2<Ek不违反能量守恒定律,是可能的.故C正确.
D、若vB=v,由动量守恒得:mv=mvA+3m•v,得vA=-v,碰撞后系统的总动能必定大于碰撞前系统的总动能,违反了能量守恒定律,不可能.故D错误.
故选C.
(3)根据电荷数守恒、质量数守恒得Rn→
Po+
He;
设新核钋的速度为v′
由动量守恒定律mv=(M-m)v′,
得:v′=v
△E=mv2-
(M-m)v′2 由爱因斯坦质能方程,得:△E=△mc2.
解得:△m=
故答案为:(1)BD(2)C(3)Rn→
Po+
He;
做匀速圆周运动的人造地球卫星,在其轨道所在的平面上炸裂成两块,其中第一块沿与原来相反的方向仍做同半径的圆周运动,动能为E.若第一块与第二块的质量之比为β,则在炸开的瞬间,第二块的动能是____________.
正确答案
E
卫星在轨道上炸裂成两块,动量守恒,由于轨道半径相同,则对应运行速度相同,设第二块质量为m,则(1+β)mv=-βmv+mv′,v′=(2β+1)v
E=βmv2,
E′=mv′2=
mv2=
E.
如图所示,质量m=20kg的物体以水平速度v0=5m/s滑上静止在水平地面的平板小车的左端.小车质量M=80kg,物体在小车上滑行一段距离后相对于小车静止.已知物体与平板间的动摩擦因数μ=0.8,小车与地面间的摩擦可忽略不计,g取10m/s2,求:
(1)物体相对小车静止时,小车的速度大小;
(2)整个过程中系统产生的热量;
(3)小车在地面上滑行的距离.
正确答案
(1)因小车与地面之间没有摩擦力,物体和车组成的系统,合外力为零,系统的动量守恒,取向右方向为正方向,根据系统的动量守恒可得,
mv0=(M+m)v共,
即20×5=(20+80)v共,
解得:v共=1m/s,即物体相对小车静止时,小车速度大小为1m/s.
(2)根据系统的能量守恒可得,
产生的热量 Q=mv02-
(m+M)v共2=[
×20×52-
×(20+80)×12]J=200J.
(3)对小车,由动能定理可得,
W=fS=Mv共2,
即160S=×80×12J=40J,
所以S=0.25m,
答:(1)物体相对小车静止时,小车的速度大小是1m/s;(2)整个过程中系统产生的热量是200J;(3)小车在地面上滑行的距离是0.25m.
本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答,若三题都做,则按A、B两题评分.
A.(选修模块3-3)
B.(选修模块3-4)
(1)惯性系S中有一边长为l的正方形(如图1所示),从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是______.
(2)一简谐横波以4m/s的波速沿x轴正方向传播.已知t=0时的波形如图2所示.则a 点完成一次全振动的时间为______s;a点再过0.25s时的振动方向为______(y轴正方向/y轴负方向).
(3)为测量一块等腰直角三棱镜△ABC的折射率,用一束激光沿平行于BC边的方向射向AB边,如图3所示.激光束进入棱镜后射到AC边时,刚好能发生全反射.该棱镜的折射率为多少?______
C.(选修模块3-5)
(1)下列关于近代物理知识说法,你认为正确的是______.
A.用电子流工作的显微镜比用相同速度的质子流工作的显微镜分辨率高
B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量的量子化
C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太长
D.按照波尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加
(2)光照射到金属上时,一个光子只能将其全部能量传递给一个电子,一个电子一次只能获取一个光子的能量,成为光电子,因此极限频率是由______(金属/照射光)决定的.如图4所示,当用光照射光电管时,毫安表的指针发生偏转,若再将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数不可能______(变大/变小/不变).
(3)如图5总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为υ0,方向水平.刚释放时火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气,火箭相对于地面的速度变为多大?______.
正确答案
B、(1)正方形从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上运动,根据相对论效应可知,沿x轴方向正方形边长缩短,而沿y轴方向正方形边长没有改变,则其形状变成长方形.故C正确.
故选C
(2)根据波形图得到波长为4m,根据波速与波长的关系公式v=,得到周期为T=1s,则
a点完成一次全振动的时间为1s.
波速沿x轴正方向传播,再过0.25s,即再过T,波形图向右平移
λ,可以看出a点正在向y轴负方向运动;
(3)由图光线在AB面上入射角为i=45°,设折射角为α,光线射到AC面时入射角为β.由题,激光束进入棱镜后射到AC边时,刚好能发生全反射,则β恰好等于临界角C,由折射定律得:
n=…①
sinC=sinβ=…②
由几何知识得,α+β=90°,则得到:
cosα=…③
由①②③解得:n=
B、
(1)A、根据λ=与电子流速度相同的质子流具有更短的波长,即具有更高分辨率,A错误;
B、为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量的量子化,B正确;
C、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,则入射光子的频率小,波长长.故C正确.
D、按照波尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加,故D正确
故选BCD
(2)极限频率γ=,W是金属的逸出功,所以极限频率是由金属的逸出功决定的.如图光电管加上正向电压,当用光照射光电管时,光电流可能增大,也可能达到饱和电流,将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数可能变大,也可能不变,不可能变小.
(3)根据动量守恒定律得 Mv0=-mu+(M-m)v,
解得,v=.
故答案为:
B、(1)C
(2)1,y轴负方向
(3)该棱镜的折射率为.
C、(1)BCD
(2)金属,变小
(3)
如图所示,人与冰车质量为M,球质量为m,开始均静止于光滑冰面上,现人将球以对地速度V水平向右推出,球与挡板P碰撞后等速率弹回,人接住球后又将球以同样的速度V向右推出……如此反复,已知M =" 16" m,试问人推球几次后将接不到球?
正确答案
9
取水平向左为正方向,冰车、人、球为系统.由动量守恒定律,
对第一次推球过程有:
对第二次整个接、推球过程有:
对第三次整个接、推球过程有:
对第n次整个接、推球过程同理分析得:
设推球n次后恰接不到球,则,故有
代人已知条件
解得:n = 8.5, 即人推球9次后将接不到球.
如图,将质量为m的子弹,以水平速度v0射向静止在光滑水平面上质量为M的木块,第一次将木板固定不动,子弹刚好可以打穿木块,第二次撤去外力,让木块可以自由滑动,子弹打入木块三分之一深度就相对木块静止,求M与m的比值.
正确答案
依题意有:木块固定时,子弹射穿木块产生的热量Q=mvo2
由动量守恒定律,有:
mvo=(m+M)v
又mvo2-
(m+M)v2=
Q=
•
mvo2
解得:=
.
答:M与m的比值为1:2.
(选修模块3-5)
(1)下列说法中正确的是______
A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
B.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性
C.α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
D.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
(2)请将下列两个核反应方程补充完整.
①He+
N→
O+______ ②
U+
n→
Xe+
Sr+______
(3)在2010年温哥华冬奥会上,首次参赛的中国女子冰壶队喜获铜牌,如图为中国队员投掷冰壶的镜头.假设在此次投掷中,冰壶运动一段时间后以0.4m/s的速度与对方的静止冰壶发生正碰,碰后中国队的冰壶以0.1m/s的速度继续向前滑行.若两冰壶质量相等,则对方冰壶获得的速度为______ m/s.
正确答案
(1)A、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,故A正确
B、光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性,故B正确
C、α粒子散射实验的结果证明原子的核式结构,故C错误
D、然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构,故D错误
故选AB.
(2)①He+
N→
O+
H ②
U+
n→
Xe+
Sr+2
n
(3)设冰壶的质量为m,冰壶碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律得:
mv0=mv1+mv2
解得:v2=0.3m/s
故答案为:(1)AB;(2)H,2
n(3)0.3
如图所示,水平光滑地面上放置有n个完全相同的小车,他们的质量均为m,其中最后一个车右上角上放有质量为M可以看作质点的物块,物块和车之间的动摩擦因数为μ,现在给第一个小车作用向右的瞬时冲量,使其获得速度V0,设各小车碰撞后立即粘合在一起。运动过程中,物块最终未掉于地面上。求:
①物块M在车上发生相对运动的时间。
②为使物块不掉于地面,每个小车的最小长度L为多大?
正确答案
(1)
(2)
①对n个小车m和M用动量守恒定律
mV0=nmV1=(nm+M)V2………………………6分
物体的加速度a=μg………………………3分
t=………………………3分
②由能量关系得μMgnL=………………………4分
………………………4分
如图所示,一块足够长的木板,放在光滑水平面上,在木板上自左向右并非放有序号是1,2,3,…,n的物体,所有物块的质量均为m,与木板间的动摩擦因数都相同,开始时,木板静止不动,第1,2,3,…n号物块的初速度分别是v,2 v
,3 v
,…nv
,方向都向右,木板的质量与所有物块的总质量相等,最终所有物块与木板以共同速度匀速运动。设物块之间均无相互碰撞,木板足够长。试求:
小题1:所有物块与木板一起匀速运动的速度v;
小题2:第1号物块与木板刚好相对静止时的速度v;
小题3:通过分析与计算说明第k号(k<n=物块的最小速度v
正确答案
小题1:v=
(n+1)v,
小题2:v=
v
小题3:v=
小题1:设所有物块都相对木板静止时的速度为 v
,因木板与所有物块系统水平方向不受外力,动量守恒,应有:
m v+m·2 v+m·3 v+…+m·n v=(M + nm)v 1
M = nm, 2
解得: v=
(n+1)v,
小题2:设第1号物块相对木板静止时的速度为v,取木板与物块1为系统一部分,第2 号物块到第n号物块为系统另一部分,则
木板和物块1 △p =(M + m)v-m v
,
2至n号物块 △p=(n-1)m·(v
- v
)
由动量守恒定律:△p=△p,
解得 v=
v
, 3
小题3:设第k号物块相对木板静止时的速度由v ,则第k号物块速度由k v
减为v
的过程中,序数在第k号物块后面的所有物块动量都减小m(k v
- v
),取木板与序号为1至K号以前的各物块为一部分,则
△p=(M+km)v-(m v
+m·2 v
+…+mk v
)=(n+k)m v
-
(k+1)m v
序号在第k以后的所有物块动量减少的总量为
△p=(n-k)m(k v
- v
)
由动量守恒得 △p=△p,即
(n+k)m v-
(k+1)m v
= (n-k)m(k v
- v
),
解得 v=
质量为50㎏的人站在质量为150㎏(不包括人的质量)的船头上,船和人以0.20m/s的速度向左在水面上匀速运动,若人用t =10s的时间匀加速从船头走到船尾,船长L=5m,则船在这段时间内的位移是多少?(船所受水的阻力不计)
正确答案
S =" 3.25" m.
设人走到船尾时,人的速度为,船的速度为
对系统分析:动量守恒
对船分析:(匀加速运动) S =
对人分析:(匀加速运动)
得:S =" 3.25" m.
如图所示,滑块A、B的质量分别为
m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上,用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧。
两滑块一起以恒定的
速率v0向右滑动.突然轻绳断开.当弹簧伸至本身的自然长度时,滑块A的速度
正好为0.求:
小题1:绳断开到第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能Ep;
小题2:在以后的运动过程中,滑块B是否会有速度为0的时刻?试通过定量分析证明你的结论.
正确答案
小题1:Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.
小题2:不可能
小题1:当弹簧处压缩状态时,系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和,当弹簧伸长到自然长度时,弹性势能为0,因这时滑块A的速度为0,故系统的机械能等于滑块B的动能.设这时滑块B的速度为v,则有E=m2v2/2.
因系统所受外力为0,由动量守恒定律
(m1+m2)v0=m2v.
解得E=(m1+m2)2v02/(2m2).
由于只有弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒
(m1+m2)v02/2+Ep=E.
解得Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.
小题2:假设在以后的运动中滑块B可以出现速度为0的时刻,并设此时A的速度为v1,弹簧的弹性势能为E′p,由机械能守恒定律得
m1v12/2+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.
根据动量守恒得(m1+m2)v0=m1v1,
求出v1代入上式得:
(m1+m2)2v02/2m1+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.
因为E′p≥0,故得:
(m1+m2)2v02/2m1≤(m1+m2)2v02/2m2
即m1≥m2,这与已知条件中m1<m2不符.
可见在以后的运动中不可能出现滑块B的速度为0的情况.
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