- 动量守恒定律的应用
- 共308题
(选修3-5选做题)
如图所示,在平静的水面上有、两艘小船,船的左侧是岸,在船上站着一个人,人与船的总质量是船的10倍。两船开始时都处于静止状态,当人把船以相对于地面的速度向左推出,船到达岸边时岸上的人马上以原速率将船推回,船上的人接到船后,再次把它以原速率反向推出……,直到船上的人不能再接到船,试求船上的人推船的次数。
正确答案
解:取向右为正,船上的人第一次推出船时,由动量守恒定律得
B1-A0
即:1=
当船向右返回后,船上的人第二次将推出,有
A+B1=-A+B2
即:2=
设第次推出时,的度大小为n,由动量守恒定律得
A+Bn-1=-A+Bn
得nn-1+
所以n(2-1)
由n,得5.5,取=6,即第6次推出时,船上的人就不能再接到船
如图,足够长的水平传送带始终以大小为v=3m/s的速度向左运动,传送带上有一质量为M=2kg的小木盒,它与传送带间的摩擦因数为μ=0.3。开始时,小木盒与传送带保持静止。现有一个光滑的质量为m=1kg的小球自传送带左端出发,以v0=15m/s的速度在传送带上向右运动。已知小球与小木盒相遇并立即进入盒中与盒保持相对静止。取g=10m/s2。求:
(1)小球与小木盒相遇瞬间的共同运动速度v1的大小及方向?
(2)小球与小木盒相对静止后,最终一起静止在传送带上,此过程中,它们对地的位移多大?
正确答案
解:以水平向右为正方向
(1)根据动量守恒定律
代入数据,解得,水平向右
(2)根据动能定理
代入数据解得s=0
一置于桌面上质量为M的玩具炮,水平发射质量为m的炮弹,炮可在水平方向自由移动。当炮身上未放置其它重物时,炮弹可击中水平地面上的目标A;当炮身上固定一质量为M0的重物时,在原发射位置沿同一方向发射的炮弹可击中水平地面上的目标B。炮口离水平地面的高度为h。如果两次发射时“火药”提供的机械能相等,求B、A两目标与炮弹发射点之间的水平距离之比。
正确答案
解:由动量守恒定律和能量守恒定律得:
解得:
炮弹射出后做平抛,有:,
解得目标A距炮口的水平距离为:
同理,目标B距炮口的水平距离为:
解得:
【选修3-5选做题】
如图所示,两块长度均为d=0.2m的木块A、B,紧靠着放在光滑水平面上,其质量均为M=0.9kg。一颗质量为m=0.02kg的子弹(可视为质点且不计重力)以速度0=500m/s水平向右射入木块A,当子弹恰水平穿出A时,测得木块的速度为v=2m/s,子弹最终停留在木块B中。求:
(1)子弹离开木块A时的速度大小及子弹在木块A中所受的阻力大小;
(2)子弹和木块B的最终速度大小。
正确答案
解:(1)设子弹离开时速度为1,对子弹和、整体,有:
o=1+2
=o2-
12-
22以上联合解得:1=320m/s,=7362N
(2)子弹在中运动过程中,最后二者共速,速度设为2,对子弹和整体,有
1+=(+)2
解得:2=≈8.9m/s
如图所示,光滑水平面上静止放置着一辆平板车A。车上有两个小滑块B和C(都可视为质点),B与车板之间的动摩擦因数为μ,而C与车板之间的动摩擦因数为2μ。开始时B、C分别从车板的左、右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行。经过一段时间,C、A的速度达到相等,此时C和B恰好发生碰撞。已知C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,A、B、C三者的质量都相等,重力加速度为g。设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力。
(1)求开始运动到C、A的速度达到相等时的时间;
(2)求平板车平板总长度;
(3)已知滑块C最后没有脱离平板,求滑块C最后与车达到相对静止时处于平板上的位置。
正确答案
解:(1)设A、B、C三者的质量都为m,从开始到C、A的速度达到相等这一过程所需时间为t
对C,由牛顿定律和运动学规律有,
对A,由牛顿定律和运动学规律有,
,
联立以上各式联得
(2) 对C,
对B,由牛顿定律和运动学规律有,
,
C和B恰好发生碰撞,有
解得:
(3)对A,
A、B、C三者的位移和末速度分别为
(向左),
(向右),
(向左)
(向左),
(向右)
C和B发生碰撞时两者的速度立刻互换,则碰撞后C和B的速度各为(向右),
(向左)
碰撞后B和A的速度相等,设B和A保持相对静止一起运动,此时对B和A整体有
隔离B,则B受到的摩擦力为
可得,说明B和A保持相对静止一起运动
设C最后停在车板上时,共同的速度为vt,由动量守恒定律可得
可得vt=0
这一过程,对C,由动能定理有
对B和A整体,由动能定理有
解得C和A的位移分别是(向右),
(向左)
这样,C先相对于车板向左移动,然后又相对于车板向右移动
,恰好回到原来的位置,即滑块C最后停在车板右端
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