- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,在水平桌面上放有长木板C,C上右端是固定挡板P,在C上左端和中点处各放有小物块A和B,A、B的尺寸以及P的厚度皆可忽略不计,A、B之间和B、P之间的距离都为L.设木板C和桌面之间无摩擦,A、C和B、C之间的动摩擦因数都为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力大小,A、B、C(连同挡板P)的质量都为m,开始时,B和C静止,A以某一初速度v0向右运动.求:
(1)A和B发生碰撞前,B受到的摩擦力大小;
(2)A和B能够发生碰撞时,A的初速度v0应满足的条件;
(3)B和P能够发生碰撞时,A的初速度v0应满足的条件(已知A、B碰撞前后交换速度).
正确答案
(1);(2)
;(3)
(1)设B和C无相对滑动,B受到的摩擦力大小为f,则
对C,有;对B,有
由以上两式解得,它小于最大静摩擦力
,可见B和C不发生相对运动.
所以A和B发生碰撞前,B受到的摩擦力大小.
(2)A在C上滑动时,A向右做匀减速运动,B和C以相同的加速度向右做匀加速运动.若A运动到B所在位置时,A和B刚好不发生碰撞,则A、B、C速度相同.设三者共同速度为v1,根据动量守恒定律,有
在此过程中,根据功能关系,有
由以上两式解得
所以,A和B能够发生碰撞时,A的初速度v0向应满足的条件为
(3)A、B碰撞前后交换速度,碰后A和C一起向右做匀加速运动、B向右做匀减速运动.若B和P刚好不发生碰撞时,B运动到P所在位置A、B、C速度相同,设三者共同速度为v2,根据动量守恒定律,有
在此过程中,根据功能关系,有
由以上两式解得
所以,B和P能够发生碰撞时,A的初速度v0应满足的条件为
如图所示,质量为M、内有半径R的半圆形轨道的槽体放在光滑的平台上,左端紧靠一台阶,质量为m的小物体从A点由静止释放,若槽内滑. 求:
(1)小物体滑到圆弧最低点时的速度大小v
(2)小物体滑到圆弧最低点时,槽体对其支持力N的大小
(3)小物体上升的最大高度h.
正确答案
(1)设小物体由A落至圆弧最低点时的速度为v,取圆弧最低点为势能零点,
由机械能守恒定律得:mgR=mv2
得v=
(2)在最低点对小球受力分析,由N-mg=m
得:N=mg+m=3mg
(3)小物体向上运动的过程中,m与M组成的系统在水平方向的动量守恒:
设小球滑至最高点时m与M的共同速度为v′
所以 mv=(M+m)v′
解得:v′=
此过程中系统机械能守恒,所以
mv2-
(M+m)v′2=mgh
解得m上升的最大高度:h=R.
答:(1)小物体滑到圆弧最低点时的速度大小是;
(2)小物体滑到圆弧最低点时,槽体对其支持力N的大小是3mg;
(3)小物体上升的最大高度h=R.
静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×106m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氦核(
He),它的速度大小是8×106m/s,方向与反应前的中子速度方向相同.
(1)写出此核反应的方程式
(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小和方向.
正确答案
①根据电荷数守恒、质量数守恒得,Li+
n→
H+
He
②中子、未知核和He质量分别为m、3m和4m,未知核的速度为v2,对心正碰,
由动量守恒定律得:mv0=4mv1+3mv2
解出v2=-8.1×106m/s,方向与v0相反.
答:①核反应方程式Li+
n→
H+
He.
②未知粒子X的速度大小为8.1×106m/s,方向与v0相反.
(10分)一质量为m1的小球A与另一质量为m2的静止小球B发生正碰。实验中测出碰撞后小球B的速度为v2,求小球A原来的速度v0的最大值和最小值分别是多少?
正确答案
,
试题分析:两球碰后粘在一起运动时,系统能量损失最大,v0最大,则碰撞应满足
(2分)
(2分)
设碰撞后A的速度为;
两球发生弹性正碰时系统能量损失最小且为零,v0最小,则碰撞应满足弹性碰撞
(2分)
(2分)
联立以上两式解得
(2分)
如图所示,半径为2R的圆弧轨道AB和半径为R的
圆弧轨道BC相切于B点,两轨道置于竖直平面内,在C点的正上方有一厚度不计的旋转平台,沿平台的一条直径上开有两个小孔P、Q,两孔离轴心等距离,旋转时两孔均能到达C点正上方,平台离C点的高度为R,质量为2m的小球1自A点由静止开始下落,在B点与质量为m的2球作弹性碰撞,碰后2球过C点,且恰能无碰撞穿过小孔P.
(1)两球第一次碰撞后2球的速度大小
(2)欲使2球能从小孔Q落下,则平台的角速度w应满足什么条件?(不计所有阻力)
正确答案
(1)8/3(2)
试题分析:(1)设小球1在B点速度大小为则满足:
2mg*2R=2mv02-0
得v0==2
两球碰撞过程满足动量守恒和能量守恒,设两球碰后速度大小为v1和v2,则:
2m v0=2 m v1+m v2
且2m v02=
2 m v12+
m v22
所以v2=4 v0/3=8/3
(2)对碰后B球上升至P的过程,由能量守恒:
m v22=
m vP2+2mgR
vP=
而小球做竖直上抛的时间满足:
又因为
所以角速度
点评:本题考查了在碰撞过程中的动量守恒定律的应用。应用程度较高,在运用过程中要结合能量综合考虑。
在光滑水平面上,A、B两物体在同一直线上运动,并发生对心正碰,碰撞时刻为第2S末,碰撞前后两个物体的位移一时间图象如图所示.已知A物体的质量为2kg, 求碰撞过程中, A、B两物体组成的系统所损失的机械能.
正确答案
3J
如图所示,质量为M=4kg的木板静止置于足够大的水平面上,木板与水平面间的动摩擦因数μ=0.01,板上最左端停放着质量为m=1kg可视为质点的电动小车,车与木板的档板相距L=5m,车由静止开始从木板左端向右做匀加速运动,经时间t=2s,车与挡板相碰,碰撞时间极短且碰后电动机的电源切断,车与挡板粘合在一起,求:
(1)试通过计算说明,电动小车在木板上运动时,木板能否保持静止?
(2)试求出碰后木板在水平面上滑动的距离.
正确答案
(1)设木板不动,电动车在板上运的加速度为a0.
由L=a0t2
得a0=2.5m/s2
此时木板使车向右运动的摩擦力F=ma0=2.5N
木板受车向左的反作用力F′=F=2.5N
木板受地面向右最大静摩擦力Ff=μ(M+m)g=0.5N
F′>Ff
所以木板不可能静止,将向左运动
(2)设电动车向右运动加速度a1,木板向左运动加速度为a2,碰前电动车速度为v1,木板速度为v2,碰后共同速度为v,两者一起向右运动s而停止.
对电动车 F=ma1
对木板F′-μ(m+M)g=Ma2
F′=F…
又a1t+
a2t=l
解得 a1=2.1m/s2,a2=0.4m/s2
v1=a1t=4.2m/s,v2=a2t=0.8m/s
两者相碰时,动量守恒 mv1-Mv2=(m+M)v
v==
=0.2m/s
根据动能定理:-μ(m+M)gS=-(m+M)v2
解得:S=0.2m
答:(1)木板不可能静止,将向左运动
(2)碰后木板在水平面上滑动的距离是0.2m.
1934年约里奥-居里夫妇用α粒子轰击静止的Al,发现了放射性磷P和另一种粒子,并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖.
(1)写出这个过程的核反应方程式.
(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的12C核发生碰撞,但没有发生核反应,该粒子碰后的速度大小为v1,运动方向与原运动方向相反,求碰撞后12C核的速度.
正确答案
(1)根据核反应方程中电荷数的质量数守恒有:
He
Al→
P
n
(2)据(1)计算可知,令核反应中产生的设该种粒子的质量为m,则12C核的质量为12m,由动量守恒定律可得:
mv0=m(-v1)+12mv2
解得:v2=,方向与原粒子运动方向相同.
答:(1)核反应方程式为:He
Al→
P
n
(2)碰撞后12C的速度为.
如图所示,质量为m的小物块以水平速度v0滑上原来静止在光滑水平面上质量为M的小车上,物块与小车间的动摩擦因数为μ,小车足够长.求:
(1)小物块相对小车静止时的速度;
(2)从小物块滑上小车到相对小车静止所经历的时间;
(3)从小物块滑上小车到相对小车静止时,物块相对小车滑行的距离.
正确答案
物块滑上小车后,受到向后的摩擦力而做减速运动,小车受到向前的摩擦力而做加速运动,因小车足够长,最终物块与小车相对静止,如图所示.由于“光滑水平面”,系统所受合外力为零,故满足动量守恒定律.
(1)由动量守恒定律,物块与小车系统:
mv0=( M+m )V共
∴V共=
(2)由动量定理:-μmgt=m•-mv0
可以解得:t=
(3)由功能关系,物块与小车之间一对滑动摩擦力做功之和(摩擦力乘以相对位移)等于系统机械能的增量:
-fl=(M+m)
-
m
∴l=
答:(1)共同的速度为
(2)经历的时间为t=;
(3)物块相对于小车滑动的距离为l=.
一辆平板车沿光滑平面运动,车的质量M=20 kg,运动速度为v0=4 m/s,求在下列情况下,车的速度变为多大?
⑴一个质量为m1=5 kg的沙包从5 m高处落入车内.
⑵将质量m2=2.5 kg的沙包,以v=5 m/s的速度迎面水平扔入车内
正确答案
(1)3.2m/s(2)3m/s
试题分析:⑴由平板车和沙包组成的系统水平方向动量守恒,设向右为正
Mv0=(M+m1)v1 (3分)
得 (2分)
⑵由平板车和沙包组成的系统动量守恒,设向右为正
Mv0–m2v=(M+m2)v2 (3分)
得
点评:动量守恒定律的内容是相互作用的几个物体组成的系统,如果不受外力作用,或者它们所受到的合外力为零,则系统的总动量保持不变.细分动量守恒定律的使用条件,可从三个方面来理解:1、系统不受外力或受到的合外力为零.2、系统所受的外力远小于内力,系统动量守恒.象碰撞、爆炸等.3、系统某一方向上不受外力或所受外力之和等于零,则在该方向上动量守恒.解答此题时,不要受到竖直下落的沙包的速度的影响,作用前沙包的速度方向是竖直向下的,我们研究的动量守恒是在水平方向上.此时沙包的速度在水平方向上分量为零.注意动量守恒的同向性.此题符合动量守恒的第三个条件.
两磁铁各固定放在一辆小车上,小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动.已知甲车和磁铁的总质量为0.5 kg,乙车和磁铁的总质量为1.0 kg.两磁铁的N极相对,推动一下,使两车相向运动.某时刻甲的速率为2 m/s,乙的速率为3 m/s,方向与甲相反.两车运动过程中始终未相碰,则两车最近时,乙的速度为多大?
正确答案
m/s
两车相距最近时,两车的速度相同,设该速度为v,取乙车的速度方向为正方向.由动量守恒定律得
m乙v乙-m甲v甲=(m甲+m乙)v
所以两车最近时,乙车的速度为
v==
m/s.
如图所示,质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进,当速度为v0时拖车突然与汽车脱钩,而到拖车停下瞬间司机才发现.
(1)若汽车的牵扯引力一直未变,车与路面的动摩擦因数为μ,那么拖车刚停下时,汽车的瞬时速度是多大?
(2)若原来汽车带着拖车在平直公路上是以速度v0匀速前进,拖车突然与汽车脱钩,那么在拖车刚停下时,汽车的瞬时速度又是多大?
正确答案
(1) (2)
(1)以汽车和拖车系统为研究对象,全过程系统受的合外力始终为(M+m)a,拖车脱钩后到停止所经历的时间,末状态拖车的动量为零.
全过程对系统运用动量定理:
(M+m)a·=Mv′-(M+m)v0
得v′=
(2)以汽车和拖车系统为研究对象,全过程系统受的合外力始终为零,全过程对系统用动量守恒定律:(M+m)v0=Mv″
得v″=.
(4分)如图1-10,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过仅测量________(填选项前的符号),间接地解决这个问题.
A小球开始释放高度h
B小球抛出点距地面的高度H
C小球做平抛运动的射程
(2) (6分)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP.然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复.接下来要完成的必要步骤是________.(填选项前的符号)
E.测量平抛射程OM,ON
(3) (8分)
若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为____ _(用第(2)小题中测量的量表示);
若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为____ ____(用第(2)小题中测量的量表示).
正确答案
(1)(4分)C (2)(6分)ADE或DEA或DAE
(3)(每式8分)m1·OM+m2·ON=m1·OP m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2
:①如前面的分析,可以用位移x来代替速度v,因此待测的物理量就是位移x、小球的质量m.
②待测的物理量就是位移x(水平射程OM,ON)和小球的质量m,所以,要完成的必要步骤是ADE.
③若两球相碰前后的动量守恒,则m1v0=m1v1+m2v2,又OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t,代入得:m1OP=m1OM+m2ON
若碰撞是弹性碰撞,满足动能守恒,则:m1=
m1+
m2,代入得;m1OP2=m1OM2+m2ON2
故答案为:①C;②ADE;③m1OP=m1OM+m2ON m1OP2=m1OM2+m2ON2
如图所示,一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过t=1.0s后撤去该恒力,此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来。求:
(1)小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向;
(2)作用于木板的恒力F的大小;
(3)木板的长度至少是多少?
正确答案
(1)2N 方向水平向右(2)F=10N(3)1.7m
本实验考查牛顿第二定律,首先进行受力分析,得出加速度后根据运动学公式求解
(1)设小物块受到的摩擦力大小为f
f=0.2×1.0×10N=2N 方向水平向右 (3分)
(2)设小物块的加速度为a1,木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2,此过程中小物块的位移为s1,木板的位移为s2
则有:
(1分)
(2分)
对木板进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律:F-f’=ma2,
则F="f’+ma2," 代入数值得出F=10N。 (3分)
(3)设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2,撤去F后,木板与小物块组成的系统动量守恒,当小物块与木板相对静止时,它们具有共同速度V共,
根据动量守恒定律得: mv1+Mv2="(m+M)" V共
(2分)
对小物块:根据动能定理:
对木板:根据动能定理:
代入数据: (2分)
所以木板的长度至少为L=l+l'=m≈1.7m (1分)
如图所示,一质量M=2.0kg的长木板静止放在光滑水平面上,在木板的右端放一质量m=1.0kg可看作质点的小物块,小物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。用恒力F向右拉动木板使木板在水平面上做匀加速直线运动,经过t=1.0s后撤去该恒力,此时小物块恰好运动到距木板右端l=1.0m处。在此后的运动中小物块没有从木板上掉下来。求:
(1)小物块在加速过程中受到的摩擦力的大小和方向;
(2)作用于木板的恒力F的大小;
(3)木板的长度至少是多少?
正确答案
(1)2N 方向水平向右(2)F=10N(3)1.7m
本实验考查牛顿第二定律,首先进行受力分析,得出加速度后根据运动学公式求解
(1)设小物块受到的摩擦力大小为f
f=0.2×1.0×10N=2N 方向水平向右 (3分)
(2)设小物块的加速度为a1,木板在恒力F作用下做匀加速直线运动时的加速度为a2,此过程中小物块的位移为s1,木板的位移为s2
则有:
(1分)
(2分)
对木板进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律:F-f’=ma2,
则F="f’+ma2," 代入数值得出F=10N。 (3分)
(3)设撤去F时小物块和木板的速度分别为v1和v2,撤去F后,木板与小物块组成的系统动量守恒,当小物块与木板相对静止时,它们具有共同速度V共,
根据动量守恒定律得: mv1+Mv2="(m+M)" V共
(2分)
对小物块:根据动能定理:
对木板:根据动能定理:
代入数据: (2分)
所以木板的长度至少为L=l+l'=m≈1.7m (1分)
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