- 动量守恒定律
- 共6910题
如图所示,在光滑水平面上有A、B两辆小车,水平面的左侧有一竖直墙,在小车B上坐着一个小孩,小孩与B车的总质量是A车质量的10倍。两车开始都处于静止状态,小孩把A车以相对于地面的速度v推出,A车与墙壁碰后仍以原速率返回,小孩接到A车后,又把它以相对于地面的速度v推出。每次推出,A车相对于地面的速度都是v,方向向左。则小孩把A车推出几次后,A车返回时小孩不能再接到A车?
正确答案
解:设第一次、第二次、…、第n次作用后,车B的速度为v1,v2,…,vn,每次作用,车A与车B动量守恒,从而得到
0=10mv1-mv ① (A、B第1次作用)
10mv1+mv=10mv2-mv ② (A、B第2次作用)
10mv2 +mv=10mv3-mv ③ (A、B第3次作用)
………
10mvn-1+mv=10mvn-mv (A、B第n次作用)
把n式相加得:(n—1)mv= 10mvn-nmv
即得:vn= v≥v
则n≥5.5, n取整数,n=6次后,车A返回时,小孩接不到车A
巧解:对A、B系统,所受合外力就是墙的弹力.这个弹力每次产生冲量大小为2mv,要使B不再接到A,必须vA≤vB.这里先取一个极限值vA=vB=v,则:
根据动量定理,n2mv=(M+m)v
将M=10m代入解得n=5.5,所以推6次即可
如图所示,一个质量为m的玩具蛙,蹲在质量为M的小车的细杆上,小车放在光滑的水平桌面上,若车长为L,细杆高为h,且位于小车的中点,试求:当玩具蛙最小以多大的水平速度v跳出,才能落到桌面上。
正确答案
解:玩具蛙跳出后做平抛运动,运动时间为
玩具蛙与车水平方向动量守恒,由平均动量可知:mx=M
蛙的最小速度为
上面三式联立可求出
课外科技小组制作一只“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动。假如喷出的水流流量保持为2×10-4 m3/s,喷出速度保持为对地10 m/s。启动前火箭总质量为1.4kg,则启动2s末火箭的速度可以达到多少?已知火箭沿水平轨道运动阻力不计,水的密度是103 kg/m3。
正确答案
解:“水火箭”喷出水流做反冲运动,设火箭原来总质量为M,喷出水流的流量为Q,水的密度为ρ,水流的喷出速度为v,火箭的反冲速度为v',由动量守恒定律得
(M-ρQt)v'=ρQtv
火箭启动后2s末的速度为=4 m/s
平静的水面上有一载人小船,船和人的共同质量为M,站立在船上的人手中拿一质量为m的物体,起初人相对船静止,船、人、物以共同速度v0前进。当人相对于船以速率u向相反方向将物体抛出后,人和船的速度为多大?( 水的阻力不计)
正确答案
v0-mu/(M+m)
用火箭发射人造卫星,假设最后一节火箭的燃料用完后,火箭壳体和卫星一起以速度v=7.0×103 m/s绕地球做匀速圆周运动。已知卫星质量m1=500 kg,最后一节壳体的质量m2=100 kg,某时刻火箭壳体与卫星,分离时在轨道的切线方向上,卫星的速度比火箭壳体大Δv=1.8×103 m/s,求分离后卫星和壳体的速度分别为多大?
正确答案
解:设分离后卫星与火箭壳体的速度分别为v1和v2,分离过程中系统在轨迹的切线方向上动量守恒,有:
(m1+m2)v=m1v1+m2v2
又因v1=v2+Δv
联立解得:v1=7.3×103 m/s,v2=5.5×103 m/s
总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为,方向水平。释放后火箭立即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
总质量为m的一颗返回式人造地球卫星沿半径为R的圆轨道绕地球运动到P点时,接到地面指挥中心返回地面的指令,于是立即打开制动火箭向原来运动方向喷出燃气以降低卫星速度并转到跟地球相切的椭圆轨道,如图所示。要使卫星对地速度降为原来的,卫星在P处应将质量为△m的燃气以多大的对地速度向前喷出?(将连续喷气等效为一次性喷气,地球半径为R0,地面重力加速度为g)
正确答案
解:潮卫星绕地球做半径为R的匀速圆周运动,设线速度为v
由万有引力提供圆周运动的向心力得
在地球附近
由以上两式得
设卫星在P点喷出的气体对地速度为v1,此时卫星的速度为v2,由题意知
由卫星和燃气组成的系统动量守恒有m·v=△mv1+(m-△m)v2代入v及v2得:
即应将质量为△m的燃气以的对地速度向前喷出
质量M=100 kg的小船静止在平静的水面上,船的左右两端载着质量分别为m甲=40 kg,m乙=60 kg的两人甲和乙。现在同一水平线上甲朝左,乙朝右,同时以相对于岸以v甲=v乙=3 m/s的速度水平地跳入水中,忽略水对船的阻力,求两人跳离船时小船运动的速度v的大小和方向。
正确答案
解:取小船和甲、乙两人组成的系统为研究对象,由于F合=0,所以人跳离船的前后的整个过程系统的动量守恒。取水平向左为正方向,对系统在上述过程,由动量守恒定律有:0=Mv+m甲v甲-m乙v乙解得,方向水平向左
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
【选修3-5选做题】
2011年,各国军队最引人瞩目者,无疑是频密的军事演习。在某次演习中,有一门旧式大炮在平坦的地面上(可看作光滑)以V=5m/s的速度匀速前进,炮身质量为M=1000kg,现将一质量为m=25kg的炮弹,以相对炮身的速度大小u=600m/s与V反向水平射出,求射出炮弹后炮身的速度V'。
正确答案
解:以地面为参考系,设炮车原运动方向为正方向,根据动量守恒定律有:
(M+m)V=MV'+m[ ─(u─V')]
解得
A与M碰后没有机械能损失,碰后接着返回向N板运动,且在与N板碰撞之前,A、B能达共同速度.在长木板B即将与档板N碰前,立即将A锁定于长木板B上,使长木板B与档板N碰后,A、B一并原速反向. B与档板N碰后,立即解除对A的锁定(锁定和解除锁定过程均无机械能损失)。以后A、B若与M、N档板碰撞,其过程同前。A、B之间动摩擦因数。求:
(1)在与N板发生第一次碰撞之前A相对于B向右滑行距离是多少?
(2)A与档板M发生第二次碰撞后的速度大小.
(3)A和B最终停在何处?A、B系统在整个运动过程中由于摩擦产生的热量为多少?
正确答案
(1)6m(2)2m/s(3)13.5m 27J
(1)设A与M板第一次碰撞 后速度为,依题意
①
设与N板发生第一次碰前,A、B共同速度为v1,则A、B与M板碰后到A、B第一次达共同速度过程中 ②
③
由①②③解得
④
(2)B与N板碰后,A、B获得左向速度,B第二次与M碰后,B速度立即为零,A在B上做匀减速运动,设到达B板左端速度为
⑤
代入数据解得
故A第二次与M板碰后速度大小为
(3)A与档板M第二次碰后向N运动达共同速度过程中
⑥
⑦
由⑥⑦解得
设A与档板N第三次碰前速度为
⑧
A与档板N第三次碰后达共同速度过程中
⑨
⑩
由⑧⑨⑩解得
依次类推
∴
故A和B最终停在档板M处,A在长木板B上通过的总路程为13.5m
一个静止的质量为M的不稳定原子核,放射出一个质量为m的粒子,粒子离开原子核时相对原子核的速度为v0,则原子核剩余部分的速率等于____。
正确答案
一气球连同装置的总质量为M,悬停于空中,某一时刻气球中一个质量为m的零件脱落,零件下落处离地面高为H,不计空气阻力,在零件从开始下落到某位置时,用时恰为全程时间的一半,此时气球速度大小为___________。
正确答案
火车机车拉着一列车厢以v0速度在平直轨道上匀速前进,在某一时刻,最后一节质量为m的车厢与前面的列车脱钩,脱钩后该车厢在轨道上滑行一段距离后停止,机车和前面车厢的总质量M不变,设机车牵引力不变,列车所受运动阻力与其重力成正比,与其速度无关,则当脱离了列车的最后一节车厢停止运动的瞬间,前面机车和列车的速度大小等于_____________。
正确答案
如图13-1所示,物体A从高h的P处沿光滑曲面从静止开始下滑,物体B用长为L的细绳竖直悬挂在O点且刚和平面上Q点接触。已知mA=mB,高h及S(平面部分长)。若A和B碰撞时无能量损失。
小题1:(1)若L≤h/4,碰后A、B各将做什么运动?
小题2:(2)若L=h,且A与平面的动摩擦因数为,A、B可能碰撞几次?A最终在何处?
正确答案
小题1:A与B碰后,B必做圆周运动。因此(1)的解为:A与B碰后A停在Q处,B做圆周运动,经一周后,B再次与A相碰,B停在Q处,A向右以速度做匀速直线运动。
小题2:(2)由上面分析可知,当L=h时,A与B碰后,B只做摆动,因水平面粗糙,所以A在来回运动过程中动能要损失。设碰撞次数为n,由动能定理可得:
mAgh-nmAgS="0" 所以n=h/S
讨论:若n为非整数时,相碰次数应凑足整数数目。
如n=1.2,则碰撞次数为两次。
当n为奇数时,相碰次数为(n-1)次。如n=3,则相碰次数为两次,且A球刚到达Q处将碰B而又未碰B;
当n为偶数时,相碰次数就是该偶数的数值,如n=4,则相碰次数为四次。球将停在距B球S处的C点。A球停留位置如图13-2所示
当水平部分没有摩擦时,A球下滑到未碰B球前能量守恒,与B碰撞因无能量损失,而且质量相等,由动量守恒和能量守恒可得两球交换速度。A 停在Q处,B碰后可能做摆动,也可能饶 O点在竖直平面内做圆周运动。如果做摆动,则经一段时间,B反向与A相碰,使A又回到原来高度,B停在Q处,以后重复以上过程,如此继续下去,若B做圆周运动,B逆时针以O为圆心转一周后与A相碰,B停在Q处,A向右做匀速运动。由此分析,我们可得本题的解如下:
小题1:(1)A与B碰撞前A的速度:mgh=mVA2,VA=
因为mA=mB,碰撞无能量损失,两球交换速度,得:VA’=0,VB’=VA=
设B球到最高点的速度为Vc,B做圆周运动的临界条件:mBg=mBV2/L [1]
又因mBVB‘2=
mBV2+mBg2L [2]
将[1]式及VB’=代入[2]式得:L=2h/5
即L≤2h/5时,A、B碰后B才可能做圆周运动。而题意为L=h/4<2h/5,故A与B碰后,B必做圆周运动。因此(1)的解为:A与B碰后A停在Q处,B做圆周运动,经一周后,B再次与A相碰,B停在Q处,A向右以速度做匀速直线运动。
小题2:(2)由上面分析可知,当L=h时,A与B碰后,B只做摆动,因水平面粗糙,所以A在来回运动过程中动能要损失。设碰撞次数为n,由动能定理可得:
mAgh-nmAgS="0" 所以n=h/S
讨论:若n为非整数时,相碰次数应凑足整数数目。
如n=1.2,则碰撞次数为两次。
当n为奇数时,相碰次数为(n-1)次。如n=3,则相碰次数为两次,且A球刚到达Q处将碰B而又未碰B;
当n为偶数时,相碰次数就是该偶数的数值,如n=4,则相碰次数为四次。球将停在距B球S处的C点。A球停留位置如图13-2所示
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