- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,足够长的光滑平台固定在水平地面上,平台中间放有小物体A和B,两者彼此接触.A的上表面是半径为R的半圆形轨道,轨道顶端距台面的高度为h处,有一个小物体C,A、B、C的质量均为m,在系统静止时释放C,已知在运动过程中,A、C始终接触,试求:
(1)物体A和B刚分离时,B的速度.
(2)物体A和B分离后,C所能达到的距台面的最大高度.
正确答案
(1) 方向为水平向右
(2)
(1)C滑至最低点时,A、B将分离。设此时A、B的速度为v1,C的速度为v2
A、B、C组成的系统水平方向动量守恒:……………………(2分)
A、B、C组成的系统机械能守恒:……………………(2分)
此后B以v1的速度做匀速运动,且 方向为水平向右……………………(1分)
(2)设C所能到达的最大高度为h΄,此时A、C共速,依题意A、B分离后
A、C组成的系统水平方向动量守恒:…………………(2分)
A、B、C组成的系统机械能守恒:…………(2分)
以上方程联立可得:…………………(1分)
某同学用左下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.图中PQ是斜槽,QR为水平槽.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.下图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点.B球落点痕迹如图所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点与O点对齐.
(1)碰撞后B球的水平射程应取为__________ cm;
正确答案
(1)64.7 (2)ABD
由图画出B球的10个落点位置,实验中应取平均位置,方法是用最小的圆将所有点圈在里面,圆心位置即为落点的平均位置.找准平均位置,读数时应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位,读数为64.7 cm(从64.2 cm到65.2 cm范围内都正确).
(2)A、B两球都从R点开始做平抛运动,且两球平抛时间相同,以平抛时间为时间单位,则平抛的水平距离在数值上等于平抛的初速度.因此该实验应测量的物理量有:质量mA、mB,水平位移sA、sA′、sB′,A球与B球的直径此题中可不用测量,因为此次实验忽略了A、B两小球的球心距离给实验带来的误差.因此答案是ABD.
如图16-3-6所示,两个完全相同的质量为m的木板A、B置于水平地面上,它们的间距s="2.88" m.质量为2m、大小可忽略的物块C置于A板的左端.C与A之间的动摩擦因数为μ1=0.22,A、B与水平地面之间的动摩擦因数为μ2=0.10,最大静摩擦力可以认为等于滑动摩擦力.开始时,三个物体处于静止状态.现给C施加一个水平向右、大小为的恒力F,假定木板A、B碰撞时间极短且碰撞后粘连在一起,要使C最终不脱离木板,每块木板的长度至少应为多少?
图16-3-6
正确答案
0.3 m
设A、C之间的滑动摩擦力大小为f1,A与水平地面之间的滑动摩擦力大小为f2
因为μ1=0.22,μ2=0.10
所以F=mg<f1=μ12mg
且F=mg>f2=μ2(2m+m)g
所以一开始A和C保持相对静止,在F的作用下向右加速运动,有
(F-f2)s=(2m+m)v12
A、B两木块的碰撞瞬间,内力的冲量远大于外力的冲量,由动量守恒定律得
mv1=(m+m)v2
碰撞结束后到三个物体达到共同速度的相互作用过程中,设木块向前移动的位移为s1,选三个物体构成的整体为研究对象,外力之和为零,则
2mv1+(m+m)v2=(2m+m+m)v3
f1s1-f3s1=·2mv32-
·2mv22
f3=μ2(2m+m+m)g
对C物体,由动能定理
F(2l+s1)-f1(2l+s1)=·2mv32-
·2mv12
由以上各式,再代入数据可得l="0.3" m.
[物理-选修3-5]
(1)2011年3月,日本地震引发海啸,继而福岛核电站(世界最大的核电站)发生核泄漏.关于核电站和核辐射,下列说法中正确的是______
A.核反应堆发生的是轻核聚变反应
B.核反应堆发生的是重核裂变反应
C.放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定,与外部条件无关
D.放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
(2)如图所示,A、B两木块靠在一起放于光滑的水平面上,A、B的质量分别为mA=2.0kg、mB=1.5kg.一个质量为mC=0.5kg的小铁块C以v0=8m/s的速度滑到木块A上,离开木块A后最终与木块B一起匀速运动.若木块A在铁块C滑离后的速度为vA=0.8m/s,铁块C与木块A、B间动摩擦因数均为μ=0.4,取g=l0m/s2.求:
①铁块C在滑离A时的速度;
②木块B的长度至少为多长.
正确答案
(1)A、核反应堆法伤的重核裂变反应.故A错误,B正确.
C、半衰期的大小与外部条件无关,由原子核内部因素决定.故C正确,D错误.
故选BC.
(2)①铁块C在滑离A的瞬间,由动量守恒得mCv0=(mA+mB)vA+mCvC
代入数据解得vC=2.4m/s
②铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度
铁块C和B作用过程中动量守恒、能量守恒,有mCvC+mBvA=(mC+mB)vB
(mc+mB)vB2+μmCgs相对=
mvc2+
mBvA2
因铁块C没有从木块B上掉下来,所以木块B的长度L≥S相对
联立以上方程代入数据解得L≥0.24m即木块B的长度至少为0.24m
答:①铁块C在滑离A时的速度为2.4m/s.
②木块B的长度至少为0.24m.
如图所示,光滑的水平面上有两块相同的长木板A和B,长均为l=0.5m,在B的右端有一个可以看作质点的小铁块C,三者的质量都为m,C与A、B间的动摩擦因数都为μ.现在A以速度ν0=6m/s向右运动并与B相碰,撞击时间极短,碰后A、B粘在一起运动,而C可以在A、B上滑动,问:如果μ=0.5,则C会不会掉下地面?(g=10m/s2)
正确答案
设A、B碰撞后共同速度为v1,若C不滑下来,设A、B、C相对静止时速度为v2,C在AB上滑行的距离为s.
对于AB碰撞过程,以AB组成的系统,取向右方向为正方向,由动量守恒得:mv0=2mv1
解得:v1==
m/s=3m/s
对于A、B、C组成的系统,由动量守恒得:mv0=3mv2
解得:v2==
m/s=2m/s
根据系统的能量守恒得:2mv12-
3mv22=μmgs
解得:s==
m=0.6m
因为s<2L=1m,所以C不会掉下去.
答:如果μ=0.5,则C不会掉下来.
大原子反应堆中,用石墨(碳)做减速剂使快中子变为慢中子,已知碳核的质量是中子质量的12倍,假设中子与碳核的碰撞是弹性的(即碰撞中不计能量损失),而且碰撞前碳核是静止的,
试求:(1)设碰撞前中子的动能为E0,问经过一次碰撞后,中子的动能损失多少?
(2)至少经过多少次碰撞,中子的动能才能少于10-6E0(lg13=1.114,lg11=1.041)?
正确答案
(1)设中子的质量为m,速度为v0,碳核的质量为M0,二者碰撞后的速度分别为:v1、v,则
根据动量守恒定律和能量守恒定律得
mv0=mv1+Mv ①
m
=
m
+
M
②
由①②可得:v1=-v0
碰撞一次,中子的动能损失为:△E=m
-
m
=
m
[1-(
)2]=
E0
(2)中子与碳核第一次碰撞后剩余的动能为:E1=m
=
m(-
v0)2]=(
)2E0
同理经过第二次碰撞后,中子剩余的动能为:E2=m
=
m(
v1)2=(
)2×2E0
…
第n次碰撞后中子剩余的动能为:En=m
=
m(
vn-1)2=(
)2nE0=10-6E0
有()2nE0=10-6E0,即(
)2n=10-6
两边取对数可得:2n(lg11-lg13)=-6
得:n=41.1≈42次
答:
(1)设碰撞前中子的动能为E0,经过一次碰撞后,中子的动能损失是E0;
(2)至少经过42次碰撞,中子的动能才能少于10-6E0.
(1)图1为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是
A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃到n=1能级产生的
B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应.
(2)下列说法正确的是______
A.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大
B.α粒子散射实验中极少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C.核反应方程:49Be+24He→612C+x中的x为质子
D.614C的半衰期为5730年,若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的,则此遗骸距今约有21480
(3)两个质量分别为M1和M2的劈A和B,高度相同,A和B的倾斜面都是光滑曲面,曲面下端与光滑水平面相切,如图2所示.一物块位于劈A的倾斜面上,距水平面的高度为h.物块从静止开始滑下,然后又滑上劈B.求物块在B上能够到达的最大高度.
正确答案
(1)
A、根据玻耳理论,由n=4能级跃到n=3能级产生的光能量最小,由E=hγ=h可知,波长最长,最容易表现出衍射现象.故A错误.
B、频率最小的光能量最小,根据玻耳理论是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的.故B错误.
C、因为有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出=6种不同频率的光.故C错误.
D、n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光的能量E=-3.4eV-(-13.4)eV=10.2eV,大于金属铂的逸出功6.34eV,则金属铂能发生光电效应.故D正确.
故选D.
(2)A、光电效应现象中金属产生的光电子的最大初动能与入射光的频率有关,而初动能是随机的,而且不可见光的频率不一定大于可见光的频率,则用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大.故A错误.
B、α粒子散射实验中极少数α粒子发生了较大偏转,说明原子绝大部分是空的,只有当原子的所有正电荷和几乎全部质量集中在一个核上才可能,这个实验结果是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据.故B正确.
C、根据电荷数守恒与质量数守恒配平得到:x为中子,n.故C错误.
D、由题得:若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的,说明经过了三个半衰期,则此遗骸距今约有3×5730年=17190年.故D错误.
故选B.
(3)设物块到达劈A的低端时,物块和A的速度大小分别为v和V,由机械能守恒和动量守恒得:
mgh=mv2+
M1V2①
M1V-mv=0②
设物块在劈B上达到的最大高度为h′,此时物块和B的共同速度大小为V′,由机械能守恒和动量守恒得:
mgh′+(M2+m)V2=
mv2③
mv=(M2+m)V′④
联立①②③④式得h′=h.
答:(1)、D;(2)、B;
(3)、物块在B上能够到达的最大高度为得h.
质量为M的小船以速度v0行驶,船上有两个质量皆为m的小孩a和b,分别静止站在船头和船尾.现小孩a沿水平方向以速率v(相对于静止水面)向前跃入水中,然后,小孩b沿水平方向以同一速率v(相对于静止水面)向后跃入水中.求小孩b跃出后小船的速度.
正确答案
设小孩b跃出后船向前行驶的速度为V,根据动量守恒定律,有
(M+2m)v0=MV+mv-mv
解得:
长为L的轻绳,一端用质量为m1的环套在水平光滑的固定横杆AB上,另一端连接一质量为m2的小球,开始时,提取小球并使绳子绷紧转到与横杆平行的位置(如图7)然后同时释放环和小球,当小球自由摆动到最低点时,小球受到绳子的弹力多大?
正确答案
3m2g+2m22g/m1
对系统分析可知:沿x方向(水平方向)的动量守恒和系统(包括地球)的机械能守恒,则有:
m1v1+m2v2="0 " ①
m1v12/2+m2v22/2=m2gl ②
v1、v2分别为小球摆到最低点时环、球的速度,以向左为正.
联立①②两式,解得:v1=-m2 /m1
v2=.
小球相对于环的速度v21=v2-v1=(1+) ③
又由牛顿第二定律,有
N-m2g=m2 ④
联立③④式,解得:N=3m2g+2m22g/m1
当m1>>m2时,N=3m2g
如图所示,光滑水平面上停着一个质量为M的木块乙,乙上固定着一轻质弹簧,另一个质量为m的木块以速度为向右运动,求弹簧在压缩过程中所具有的最大弹性势能(设压缩量在弹性限度内)。
正确答案
根据系统动量守恒及弹簧压缩量最大时具有最大弹性势能求解。
弹簧压缩量最大时,两木块速度相等,设为,此时弹性势能最大,由动量守恒定律有:
由能量守恒定律知,最大弹性势能等于系统减少的动能,有:
=
如图所示,质量为M,内有半径为R的半圆形轨道的槽体放在光滑的水平面上,左端紧靠一台阶,质量为m的小球从A点由静止释放,若槽内光滑,求小球上升的最大高度.
正确答案
设小球由A点落至圆弧最低点时的速度为v,由机械能守恒定律知mgR=mv2
解得v=
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
mv=(M+m)v'
v’为小球滑互最高点时m与M的共同速度,解得v’=
此过程中系统机械能守恒,即mv2-
(M+m)v'2=mgh
解得m上升的最大高度h=
答:小球上升的最大高度h=.
如图所示,光滑水平桌面上,有A、B两木块紧靠在一起,其中=150g,
=50g,一质量为m=10g的子弹以
=500m/s的速度水平射入木块,先穿透A,接着穿透B,速度变为100m/s,假定子弹射穿A和B的时间相同,子弹所受的阻力相同.求:
(1)子弹穿出木块A时的速度?
(2)子弹穿透两木块后,木块A、B的速度?
正确答案
(1)300m/s (2)10m/s;50m/s
(1)对子弹:
∴,
即=300m/s.
(2)对A和B:ft=,
对 B:ft=,
∴=10m/s,
而,
∴=50m/s.
如图所示,一辆质量M=3kg的小车A静止在光滑的水平面上,小车上有一质量m=1kg的光滑小球B,将一轻质弹簧压缩并锁定,此时弹簧的弹性势能为Ep=6J,小球与小车右壁距离为L,解除锁定,小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层碰撞并被粘住,求:
(1)小球脱离弹簧时小球和小车各自的速度大小.
(2)在整个过程中,小车移动的距离.
正确答案
(1)除锁定后弹簧的弹性势能转化为系统动能,根据动量守恒和能量守恒列出等式得
mv1-Mv2=0
m
+
M
=Ep
解得:v1=3m/s v2=1m/s
(2)根据动量守恒和各自位移关系得
=M
x1+x2=L
解得:x2=
答:(1)小球脱离弹簧时小球和小车各自的速度大小是v1=3m/s v2=1m/s.
(2)在整个过程中,小车移动的距离是.
如图8-8-9所示,在光滑的水平面上有并列放置的木块A和B,质量分别为mA="500" g、mB="300" g.有一个质量mC="80" g的小铜块(可视为质点)以v0="25" m/s的水平速度开始在A表面上滑动,由于C与A、B的上表面之间有摩擦,铜块C最后停留在B上,B和C一起以v="2.5" m/s的速度共同前进.求:
(1)木块A最后的速度vA′;
(2)铜块C在离开木块A时的速度vC′.
正确答案
(1)2.1 m/s (2)4 m/s
(1)根据动量守恒定律:
mCv0=mAvA′+(mB+mC)v
解得:vA′=
=m/s
="2.1" m/s.
(2)根据动量守恒定律:
mCv0=mCvC′+(mA+mB)vA′
解得vC′=
=m/s="4" m/s.
如图1-6-10所示,平板小车停在光滑水平面上,质量均为m的物块A和B从小车两端相向滑上小车上表面,它们的水平速度大小分别为 2v0和v0.若小车质量为 m,A和B与小车间的动摩擦因数均为μ,试问经过多少时间A和B相对静止?(小车足够长,A、B不相撞)
图1-6-10
正确答案
A、B 两物块都滑动时小车静止,当 B 速度减小到零后,在 A 的摩擦力作用下,小车与 B 一起向右加速运动,直到跟 A 达到相同速度之后,A、B 和小车以相同速度做匀速直线运动.由动量守恒定律得 2mv0-mv0=3mv
v=v0
对 A 由动量定理得 -μmgt=mv-m·2v0
从 A、B 滑上小车到它们跟小车相对静止,经历的时间为t=.
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