- 动量守恒定律的应用
- 共308题
如图所示,质量m1=0.3 kg的小车静止在光滑的水平面上,车长L=15 m,现有质量m2=0.2 kg可视为质点的物块,以水平向右的速度v0=2 m/s从左端滑上小车,最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10 m/s2。求
(1)物块在车面上滑行的时间t;
(2)要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度v0′不超过多少?
正确答案
解:(1)设物块与小车的共同速度为v,以水平向右为正方向,根据动量守恒定律有
①
设物块与车面间的滑动摩擦力为F,对物块应用动量定理有
②
其中 ③
解得
代入数据得 ④
(2)要使物块恰好不从车厢滑出,须物块到车面右端时与小车有共同的速度v′,则
⑤
由功能关系有 ⑥
代入数据解得v0′=5m/s
故要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车的速度v0′不能超过5m/s
某个星球的半径与地球半径相等,质量是地球质量的4倍。在该星球表面有如图所示的半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内,质量为m的小球A,以竖直向下的速度v从与圆心等高处开始沿轨道向下运动,与静止于轨道最低点的B球相撞,碰撞后A、B球恰能分别到达左右两边与圆心等高处。已知地球表面的重力加速度为g。试求:
(1)该星球表面重力加速度;
(2)小球B的质量M;
(3)第一次碰撞刚结束时小球A对轨道的压力大小。
正确答案
解:(1)设地球质量为m,半径为r,星球的质量为m1,半径为r1,表面的重力加速度为g1,根据
,有
(2)设小球在A在与B球相撞前的大小为v1,根据机械能守恒
,得
由于碰撞后A、B球都恰能达到与圆心等高处,所以第一次碰撞刚结束时小球A、B的速度大小相等,方向相反。设速度大小为v2,根据机械能守恒
设小球B的质量为M,根据动量守恒
解得
(3)设第一次碰撞结束时小球A对轨道的压力大小为N,轨道对小球A的支持力为N',则
根据牛顿第二定律
解得=12
如图所示,在光滑水平面上有两个可视为质点的滑块A和B,它们的质量mA=3kg,mB=6kg,它们之间用一根不可伸长的轻绳连接。开始时都处于静止,绳松弛,A、B紧靠在一起。现对B施加一个方向水平向右的恒力F=3N,B开始运动,至绳绷紧时,两滑块通过轻绳相互作用,相互作用时间极短,作用后两滑块速度相同,此后两滑块共同在恒力F作用下继续运动,当两滑块的速度达到2/3m/s时,B滑块发生的总位移为s=0.75m。求:
(1)轻绳刚好拉直时质点B的速度;
(2)连接A、B的轻绳的长度。
正确答案
解:设轻绳长为L,绳刚拉直质点B速度为V
对B有: ①
对A、B有: ②
③
④
解方程①②③④得:V=0.5m/s,L=0.25m
光滑水平面上放着质量,mA=1kg的物块A与质量mB=2kg的物块B,A与B均可视为质点,A靠在竖直墙壁上,A、B间夹一个被压缩的轻弹簧(弹簧与A、B均不拴接),用手挡住B 不动,此时弹簧弹性势能EP=49J。在A、B间系一轻质细绳,细绳长度大于弹簧的自然长度,如图所示。放手后B向右运动,绳在短暂时间内被拉断,之后B冲上与水平面相切的竖直半圆光滑轨道,其半径R=0.5m,B恰能到达最高点C。g=10m/s2,求
(1)绳拉断后瞬间B的速度vB的大小;
(2)绳拉断过程绳对B的冲量I的大小;
(3)绳拉断过程绳对A所做的功W。
正确答案
解:(1)设B在绳被拉断后瞬间和速度为vB,到达C点时的速度为vC,有
mBg=mB ①
mBv
=
mB
+2mBgR ②
代入数据得vB=5m/s ③
(2)设弹簧恢复到自然长度时B的速度为v1,取水平向右为正方向,有
EP=mB
④
I=mBvB-mBv1 ⑤
代入数据得I=-4N·s,其大小为4N·s ⑥
(3)设绳断后A的速度为vA,取水平向右为正方向,有
mBv1=mBvB+mAvA ⑦
W=mA
⑧
代入数据得W=8J ⑨
质量为M的滑块由水平轨道和竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道组成,放在光滑的水平面上。质量为m的物块从圆弧轨道的最高点由静止开始滑下,以速度v从滑块的水平轨道的左端滑出,如图所示。已知M:m=3:1,物块与水平轨道之间的动摩擦因数为μ,圆弧轨道的半径为R。
(1)求物块从轨道左端滑出时,滑块M的速度的大小和方向;
(2)求水平轨道的长度;
(3)若滑块静止在水平面上,物块从左端冲上滑块,要使物块m不会越过滑块,求物块冲上滑块的初速度应满足的条件。
正确答案
解:(1)对于滑块M和物块m组成的系统,物块沿轨道滑下的过程中,水平方向动量守恒,物块滑出时,有
滑块M的速度,方向向右
(2)物块滑下的过程中,物块的重力势能,转化为系统的动能和内能,有
解得
(3)物块以速度v0冲上轨道,初速度越大,冲上圆弧轨道的高度越大。若物块刚能达到最高点,两者有相同的速度V1,此为物块不会越过滑块的最大初速度。对于M和m组成的系统,水平方向动量守恒,有
相互作用过程中,系统的总动能减小,转化为内能和重力势能,有
解得
要使物块m不会越过滑块,其初速度
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