- 动量守恒定律
- 共1004题
如图8-1-3所示,在水平桌面上放着一个质量为 m=1.0 kg的物体,它与桌面间的动摩擦因数μ=0.2.当物体受到一个大小为F=10 N、方向与水平面成θ=30°角的推力时,求在t=10 s内此物体所受的各力的冲量及外力对物体的总冲量.
图8-1-3
正确答案
IG="100" N·s,方向竖直向下
IF="100" N·s,方向与水平方向成30°角斜向右下方
="150" N·s,方向竖直向上
="30.0" N·s,方向水平向左
I总="57" N·s
物体受力如图所示:
FN=mg+Fsinθ="15" N
Ff=μFN="3.0" N
各个力的冲量计算如下:
IG=mgt=10×10 N·s="100" N·s,方向竖直向下
IF=Ft=10×10 N·s="100" N·s,方向与水平方向成30°角斜向右下方
=FNt=15×10 N·s="150" N·s,方向竖直向上
=Fft=3.0×10.0 N·s="30.0" N·s,方向水平向左
运动中物体受到的合外力
F合=Fcos30°-Ff=(10×cos30°-3) N="5.7" N
所以合外力的总冲量为:I总=F合t=5.7×10 N·s="57" N·s.
质量为0.5kg的弹性球,从高度为5m处由静止自由下落,与水平地面相碰后,竖直弹起的高度为1.25 m,取g="10" m/s2,不计空气阻力.求:
(1)下落过程中重力的冲量;
(2)上升过程中重力的冲量;
(3)球与地相碰过程中的动量变化量.
正确答案
(1)5 N·s (2)2.5 N·s (3)7.5 kg·m/s 方向竖直向上
(1)规定竖直向下为正方向
由h=gt2可解得下落时间t1=
="1" s
则=mgt1="5" N·s,方向竖直向下.
(2)上升时间为t2=="0.5" s
则=mgt2="2.5" N·s,方向竖直向下.
(3)由v=gt可知,球落地时的速度为:v1=gt1="10" m/s
球离地时的速度为:v2=gt2="5" m/s
设竖直向下为正方向,则小球与地相碰过程中的动量变化为
Δp=p2-p1="-7.5" kg·m/s
“-”表示方向竖直向上.
一个质量为m的物体竖直上抛后,测得物体从开始抛出到落回抛出点的总时间为t,空气阻力恒为f,大小不变.在时间t内物体受到的总冲量比mgt___________.(填“大”或“小”)
正确答案
小
设上升的时间为t1,则下降时间为t-t1,物体上升时,所受的力为力的向下的重力和空气阻力f,物体下降时,所受的力为力为向下的重力和向上的空气阻力f.因此,t1
一列车正以速度v沿平直的轨道向前匀速行驶,车厢中一乘客相对车以速度u(u
正确答案
-mu m(v-u)
物体的动量等于质量和速度的乘积,速度具有相对性,则动量也有相对性.以列车行驶方向为正方向,乘客相对于车的速度为-u,则他相对车的动量为-mu.乘客相对地面的速度为v-u,则他相对地面的动量为m(v-u).通常情况下,我们所说的物体的动量都是相对于地面的.
一人水平端着冲锋枪,可以给枪的平均水平力为40 N,被打出的子弹质量20 g,出枪口的速度为200 m/s,则该枪1 min内最多可发射多少发子弹?
正确答案
600
设在t=1 min=60 s内最多可发射n发子弹,由动量定理得
Ft=nmv =600
(10分)如图所示,一质量为0.99kg的木块静止在水平轨道AB的B端,水平轨道与半径为10m的光滑弧形轨道BC相切。现有一质量为10g的子弹以500m/s的水平速度从左边射入木块且未穿出。已知木块与水平轨道的动摩擦因数μ=0.5,g=10m/s2。求:(1)子弹射入木块与木块获得的共同速率;
(2)子弹射入后与木块在圆弧轨道上升的最大高度;
(3)从木块返回B点到静止在水平面上,摩擦阻力的冲量的大小。
正确答案
(1)5 m/s (2)1.25m (3)5N·S
略
质量为M=It的重锤由静止自由下落1.8 cm后打到要加工的工件上,重锤打到工件上经0.1 s静止不动,试求重锤打到工件上时对工件的平均作用力.(取g="10" m/s2)
正确答案
作用力是70 000 N,方向向下.
重锤打击工件的整个过程可分为两个阶段.第一阶段是重锤自由落体运动,下落的时间和与工件接触瞬间的速度可求.第二阶段是重锤打击工件,时间已知,这是研究力、力作用时间和物体运动状态变化的问题,应使用动量定理分析,在哪一段时间范围内使用动量定理呢?一种方法是对重锤打击工件的0.1 s时间内使用动量定理;另一种方法是从重锤开始自由下落到重锤打击工件结束,这一整个过程使用动量定理.哪种方法比较好,通过下面分析就可以看出来.
方法一:重锤下落1.8 m时的速度v=m/s="6" m/s重锤打击工件时,重锤受到向下的重力mg和工件对它向上的力N的作用,对重锤打击工件这段时间使用动量定理,取向上为正方向,重锤受到的总冲量为Nt-mgt,动量的增量为0-mv,根据动量定理有:Nt-mgt=0-mv,工件对重锤的作用力:N=mg-
=[1 000×10-
]N="70" 000 N.根据牛顿第三定律,重锤对工件的作用力为70 000 N,方向向下.
方法二:重锤下落时间为t0=s="0.6" s,重锤在自由下落过程中只受重力mg,重锤打击工件阶段受到向下的重力mg和工件对它向上的作用力N.对从重锤开始下落到打击工件结束的整个过程使用动量定理,以向下为正方向,重锤受到的冲量总和为mg(t0+t)-Nt,重锤初、末状态的动量均为零.根据动量定理,有:
mg(t0+t)-Nt=0,N=="1" 000×10×(0.6+0.1)/0.1 N="70" 000 N,根据牛顿第三定律,重锤打击工件的作用力是70 000 N,方向向下.上述两种方法中,动量定理使用的范围不同,但最终结果相同.两种方法比较第二种解法比较简单.
一个质量为0.1kg的小球,从5m高处下落,若落地时受到1.6Ns的合外力的冲量作用,则小球反跳速率是 。(g=10 m/s2)
正确答案
6m/S
根据机械能守恒:
可得小球下落到地面时的速度
根据动量定理(取向上为正方向):
所以
如图所示,有一半径为R的半球形凹槽P,放在光滑的水平地面上,一面紧靠在光滑墙壁上,在槽口上有一质量为m的小球,由A点静止释放,沿光滑的球面滑下,经最低点B又沿球面上升到最高点C,经历的时间为t,B、C两点高度差为0.6R,求:
(1)小球到达C点的速度。
(2)在t这段时间里,竖墙对凹槽的冲量
正确答案
(1),方向水平向右。
(2) ,方向水平向右。
(1)这道题中没给M,所以不能直接由动量求出。
小球从A到B的过程中,凹槽P不动,对m
①
小球从B到C的过程中,凹槽和球构成系统动量守恒(水平方向)和机械能守恒,所以有
②
③
解①②③得小球到达C点的速度,
,方向水平向右。
(2)竖直墙对凹槽的冲量等于系统在水平方向获得的动量,所以有
,方向水平向右。(答)
误点警示:要分析清楚小球和凹槽系统在各个运动阶段动量守恒或不守恒的原因。
一个质量为0.2kg的木块从光滑斜面的顶端由静止开始滑下,斜面倾角为37°,滑到底时速度大小为3 m/s,求这个过程中重力对木块的冲量大小。(g=10 m/s2)
正确答案
1N·s
应用冲量的定义去求: I=mg·t=2×(3m/s÷6m/s2)N·s=1N·s。
一人坐在静止于冰面的小车上,人与车的总质量M="70" kg,当它接到一个质量m="20" kg、以速度v0="5" m/s迎面滑来的木箱后,立即以相对于自己="5" m/s的速度逆着木箱原来滑行的方向推出,不计冰面阻力.则小车获得的速度多多大?
正确答案
2.2m/s
设推出木箱后小车的速度为v,此时木箱相对地面的速度为(-v),由动量守恒定律得:mv0=Mv-m(
-v)
v==
m/s="2.2" m/s。
质量为1kg的物体从距地面5m高处自由下落,正落在以5m/s的速度沿水平方向匀速前进的小车上,车上装有砂子,车与砂的总质量为4kg,地面光滑,则车后来的速度为多少?
正确答案
4m/s
以物体和车做为研究对象,受力情况如图所示。
在物体落入车的过程中,物体与车接触瞬间竖直方向具有较大的动量,落入车后,竖直方向上的动量减为0,由动量定理可知,车给重物的作用力远大于物体的重力。因此地面给车的支持力远大于车与重物的重力之和。
系统所受合外力不为零,系统总动量不守恒。但在水平方向系统不受外力作用,所以系统水平方向动量守恒。以车的运动方向为正方向,由动量守恒定律可得:
车 重物
初:v0="5m/s " 0
末:v v
得Mv0=(M+m)v,
则,即为所求。
如图所示,质量分别为mA="0.5" kg、mB="0.4" kg的长板紧挨在一起静止在光滑的水平面上,质量为mC="0.1" kg的木块C以初速vC0="10" m/s滑上A板左端,最后C木块和B板相对静止时的共同速度vCB="1.5" m/s。求:
(1)A板最后的速度vA;
(2)C木块刚离开A板时的速度vC。
正确答案
(1)vA="0.5" m/s
(2)vC="5.5" m/s
C在A上滑动的过程中,A、B、C组成系统的动量守恒,则
mCvC0=mCvC+(mA+mB)vA
C在B上滑动时,B、C组成系统的动量守恒,则
mCvC+mBvA=(mC+mB)vCB
解得vA="0.5" m/s,vC="5.5" m/s。
如图所示,物体A、B的质量分别是和
,用轻弹簧相连结放在光滑的水平面上,物体B左侧与竖直墙相接触。另有一个物体C从t=0时刻起以一定的速度向左运动,在t=0.5s时刻与物体A相碰,碰后立即与A粘在一起不再分开。物体C的v-t图象如图所示。试求:
(1)物块C的质量m3;
(2)在5.0s到15s的时间内物块A的动量变化的大小和方向。
正确答案
解:(1)根据图象可知,物体C与物体A相碰前的速度为:v1=6m/s
相碰后的速度为:v2=2m/s
根据动量守恒定律得:
解得:m3=2.0kg
(2)规定向左的方向为正方向,在第5.0s和第15s末物块A的速度分别为:v2=2m/s,v3=-2m/s
所以物块A的动量变化为:
即在5.0s到15s的时间内物块A动量变化的大小为:16kg·m/s,方向向右
质量为m1=2kg的物体与质量为m2(具体数值未知)的物体在光滑水平面上正碰,碰撞时间忽略不计,其位移-时间图像如图所示问:
(1)m2为多少千克?
(2)m1物体碰撞后动量增量的大小是多少?
(3)通过计算判断,两物体的碰撞是否是弹性碰撞?
正确答案
解:(1)
解得m2=6Kg
(2)-12Kg·m/s
m1物体碰撞后动量增量的大小是12Kg·m/s
(3)碰前总动能=16J ;
碰后总动能=16J ,故是弹性碰撞。
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