- 动量守恒定律的应用
- 共308题
如图所示,水平光滑地面上停放着一辆小车,左侧靠在竖直墙壁上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,在最低点B与水平轨道BC相切,BC的长度是圆弧半径的10倍,整个轨道处于同一竖直平面内。可视为质点的物块从A点正上方某处无初速下落,恰好落入小车圆弧轨道滑动,然后沿水平轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出。已知物块到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力是物块重力的9倍,小车的质量是物块的3倍,不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失。求:
(1)物块开始下落的位置距水平轨道BC的竖直高度是圆弧半径的几倍;
(2)物块与水平轨道BC间的动摩擦因数μ。
正确答案
解:(1)设物块开始下落处的位置距BC的竖直高度为h,圆弧轨道半径为R
由机械能守恒定律得:
在B点根据牛顿第二定律得:
解得:h=4R
(2)物块滑到C点时与小车的共同速度为v1 由动量守恒定律得:
对物块和小车应用动能定理得:
解得:μ=0.3
如图所示,质量为0.4kg的木块以2m/s的速度水平地滑上静止的平板小车,小车的质量为1.6kg,木块与小车之间的摩擦系数为0.2(g取10m/s2)。设小车足够长,求:
(1)木块和小车相对静止时小车的速度。
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间。
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离。
正确答案
解:(1)以木块和小车为研究对象,由动量守恒定律可得:mv0=(M+m)v
所以
(2)再以木块为研究对象,由动量定理可得-μmgt=mv-mv0
(3)木块做匀减速运动,加速度
车做匀加速运动,加速度
在此过程中木块的位移
车的位移
由此可知,木块在小车上滑行的距离为ΔS=S1-S2=0.8m,即为所求
目前,滑板运动受到青少年的追捧。如图是某滑板运动员在一次表演时的一部分赛道在竖直平面内的示意图,赛道光滑,FGI为圆弧赛道,半径R=6.5 m,G为最低点并与水平赛道BC位于同一水平面,KA、DE平台的高度都为h=18 m。B、C、F处平滑连接。滑板a和b的质量均为m,m=5 kg,运动员质量为M,M=45 kg。表演开始,运动员站在滑板b上,先让滑板a从A点静止下滑,t1=0.1 s后再与b板一起从A点静止下滑。滑上BC赛道后,运动员从b板跳到同方向运动的a板上,在空中运动的时间t2=0.6 s。(水平方向是匀速运动)。运动员与a板一起沿CD赛道上滑后冲出赛道,落在EF赛道的P点,沿赛道滑行,经过G点时,运动员受到的支持力N=742.5 N。(滑板和运动员的所有运动都在同一竖直平面内,计算时滑板和运动员都看作质点,取g=10 m/s2)
(1)滑到G点时,运动员的速度是多大?
(2)运动员跳上滑板a后,在BC赛道上与滑板a共同运动的速度是多大?
(3)从表演开始到运动员滑至I的过程中,系统的机械能改变了多少?
正确答案
解:(1)在G点,运动员和滑板一起做圆周运动,设向心加速度为an,速度为,运动员受到重力Mg、滑板对运动员的支持力N的作用,则:
解得:=6.5m/s
(2)设滑板由A点静止下滑到BC赛道后速度为v1,由机械能守恒定律有:
解得:
运动员与滑板一起由A点静止下滑到BC赛道后,速度也为v1,运动员由滑板b跳到滑板a,设蹬离滑板b时的水平速度为v2,在空中飞行的水平位移为s,则:s=v2t2
设起跳时滑板a与滑板b的水平距离为s0,则:s0=v1t1设滑板在t2时间内的位移为s1,则:s1=v1t2
s=s0+s1,即:v2t2=v1(t1+t2)
运动员落到滑板a后,与滑板a共同运动的速度为v,由动量守恒定律有mv1+Mv2=(m+M)v
由以上方程可解出:
代入数据解得:v=6.9 m/s
(3)设运动员离开滑板b后,滑板b的速度为v3,有
Mv2+mv3=(M+m)v1
可算出v3=-3 m/s,有:│v3│=3 m/s<v1=6 m/s,b板将在两个平台之间来回运动,机械能不变
系统的机械能改变为:
△E=88.75 J
如图所示,在竖直平面内,一质量为M的木制小球(可视为质点)悬挂于O 点,悬线长为L。一质量为m的子弹以水平速度v0射入木球且留在其中,子弹与木球的相互作用时间极短,可忽略不计。
(1)求子弹和术球相互作用结束后的瞬间它们共同速度的大小;
(2)若子弹射入木球后,它们能在竖直平面内做圆周运动,v0应为多大?
正确答案
解:(1)动量守恒mv0=(m+M)v
所以
(2)设小球在竖直平面内做圆周运动时,通过最高点的最小速度为v',根据牛顿第二定律有
小球在竖直平面内做圆周运动的过程中机械能守恒,取小球做圆周运动的最低点所在水平面为零势能平面
所以
解得
即当时,子弹和木块可以在竖直平面内做圆周运动
如图所示,小球A系在细线的一端,线的另一端固定在O点,O点到水平面的距离为h。物块B质量是小球的5倍,置于粗糙的水平面上且位于O点正下方,物块与水平面间的动摩擦因数为μ。现拉动小球使线水平伸直,小球由静止开始释放,运动到最低点时与物块发生正碰(碰撞时间极短),反弹后上升至最高点时到水平面的距离为。小球与物块均视为质点,不计空气阻力,重力加速度为g,求碰后物块的速度。
正确答案
解:设小球的质量为m,运动到最低点与物块碰撞前的速度大小为v1,取小球运动到最低点重力势能为零,根据机械能守恒定律,有
mgh=mv12 ①
得v1=
设碰撞后小球反弹的速度大小为v′1,同理有
mg=
mv′12 ②
得v′1=
设碰后物块的速度大小为v2,取水平向右为正方向,根据动量守恒定律,有
mv1=-mv′1+5mv2 ③
得v2= ④
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