- 动量守恒定律
- 共1004题
如图所示,一个质量为0.18kg的垒球,以25m/s的水平速度飞向球棒,被球棒打击后反向水平飞回,速度大小变为45m/s,设球棒与垒球的作用时间为0.01s.下列说法正确的是:①球棒对垒球的平均作用力大小为1260N ②球棒对垒球的平均作用力大小为360N ③球棒对垒球做的功为126J④球棒对垒球做的功为36J( )
正确答案
如图所示,质量为2.0kg的木块放在水平桌面上的A点,受到一冲量后以某一速度在桌面上沿直线向右运动,运动到桌边B点后水平滑出落在水平地面C点.已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.20,桌面距离水平地面的高度为1.25m,A、B两点的距离为4.0m,B、C两点间的水平距离为1.5m,g=10m/s2.不计空气阻力,求:
(1)木块滑动到桌边B点时的速度大小;
(2)木块在A点受到的冲量大小.
正确答案
(1)设木块在B点速度为vB,从B点运动到C点的时间为t,根据平抛运动的规律有
h=gt2
x=vBt
解得:t=0.50s,vB=3.0m/s
(2)设木块在A点的速度为vA,根据动能定理得-umgsAB=mvB2-
m
解得:vA=5.0m/s
根据动量定理,木块在A点受到的冲量I=mvA-0=10kgm/s
答:(1)木块滑动到桌边B点时的速度大小为3.0m/s;
(2)木块在A点受到的冲量大小为10kgm/s.
在水平面上有两个物体A和B,质量分别为mA=2kg,mB=1kg,A与B相距s=9.5m,A以υA=10m/s的初速度向静止的B运动,与B发生碰撞后分开仍沿原来方向运动。已知A从开始到碰后停止共运动了6s钟,问碰后B运动多少时间停止?(已知两物体与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.1,g=10m/s2)
正确答案
设A运动时间为t2,而B与A相碰开始运动时间为t1,以A、B组成系统为研究对象,由动量定理有以下关系式-fAt2- fBt1=0-mAυA,,fA=μmAg,- fBt1=μmBg
如图所示,质量为m=1kg的小球,从沙坑上方A点自由下落,经过时间t1=1s到达沙坑表面B处,又经过时间t2=0.5s停在沙坑里C处.重力加速度g=10m/s2求:
(1)沙对小球的平均阻力F的大小和方向;
(2)小球在沙坑里运动过程所受的合冲量I的大小和方向.
正确答案
(1)在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为t1+t2,而阻力作用时间仅为t2,以竖直向下为正方向,有:mg(t1+t2)+Ft2=0
代入数据解得:F=-=-30N
沙对小球平均作用力大小为30N,方向竖直向上;
(2)仍然在下落的全过程对小球用动量定理:在t1时间内只有重力的冲量,在t2时间内只有合冲量(已包括重力冲量在内),以竖直向下为正方向,有:mgt1+I=0
代入数据解得:I=-mgt1=-10N•s
小球所受合冲量I的大小为10N•s;方向竖直向上.
答:(1)沙对小球的平均阻力F的大小为30N,方向竖直向上;
(2)小球在沙坑里运动过程所受的合冲量I的大小为10N•s,方向竖直向上.
如图所示,质量为1kg的小物块以5m/s的初速度滑上一块原来静止在水平面上的木板,木板质量为4kg,木板与水平面间的动摩擦因数为0.02,经时间2s后,小物块从木板另一端以1m/s相对于地的速度滑出,g=10m/s2,求这一过程中木板的位移和系统在此过程中因摩擦增加的内能.
正确答案
以小物块的初速度方向为正方向,
对小木块,由动量定理得:-μ1mgt=mv1-mv0 ①
对木板,由动量定理得:μ1mgt-μ2(M+m)gt=Mv-0 ②
由以上两式得:μ2(M+m)gt=mv0-mv1-Mv ③
解得:v=0.5m/s ④
此过程中木板做匀加速运动,木板位移:s=t=0.5m⑤,
对系统,由能量守恒定律得:Q=m
-
m
-
Mv2=11.5J ⑥;
答:木板的位移为0.5m,系统在此过程中因摩擦增加的内能为11.5J.
如图所示,一木块放在光滑水平面上,一个子弹水平射入木块中,射入深度为d,平均阻力为f.设木块离原点s远时开始匀速前进
则:(1)子弹损失的动能为 ,
(2)木块增加的动能为 。
正确答案
f(s+d) fs
试题分析:(1)以子弹为研究对象,阻力做功等于动能的损失,因此子弹损失的动能为f(s+d)(2)以木块为研究对象,由动能定理可知木块增加的动能为fs
点评:难度较小,从动能定理方向出发判断动能变化
质量为100kg的“勇气”号火星车于2004年成功登陆在火星表面.若“勇气”号在离火星表面12m时与降落伞自动脱离,此时“勇气”号的速度为4m/s.被气囊包裹的“勇气”号第一次下落到地面后又弹跳到18m高处,这样上下碰撞了若干次后,才静止在火星表面上.已知火星的半径为地球半径的0.5倍,质量为地球质量的0.1倍.若“勇气”号第一次碰撞火星地面时,气囊和地面的接触时间为0.7s.求(地球表面的重力加速度g=10m/s2,不考虑火星表面空气阻力)
(1)“勇气”号第一次碰撞火星地面前的速度v1;
(2)“勇气”号和气囊第一次与火星碰撞时所受到的平均冲力F.
正确答案
(1)设火星表面的重力加速度为g',地球表面的重力加速度为g
由万有引力定律有:=mg
可得:=
=
故:g′=g=4m/s2
设探测器落地的速度为v1,则有:mv02+mg′h1=
mv12
代入数据,解得:v1=16m/s
(2)反弹后,机械能守恒,有mg′h2=mv22
解得v2=12m/s
设“勇气”号和气囊第一次与火星碰撞时所受到的平均冲力为F,
由动量定理得:
(F-mg′)t=m[v2-(-v1)]
代入数据,解得:N=4400N
答:(1)“勇气”号第一次碰撞火星地面前的速度为16m/s;
(2)“勇气”号和气囊第一次与火星碰撞时所受到的平均冲力为4400N.
一个质量为60kg的人,练习走钢丝的时候需要使用安全带,当此人走到安全带上端固定点的正下方时不慎落下,下落5m时安全带被拉直,此后又经过0.5s的缓冲,使他的速度减为零。试求在这0.5s内,安全带对人的平均拉力多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:人自由下落5m时的速度
v2=2gh,v==10m/s
绳子被拉紧时,由动量定理
(FT-mg)×△t=△p,FT=1800N
固定凹槽的水平部分AB长为2L,其左侧BC是与水平部分平滑相接的半径为L/4的半圆轨道,BC与AB在同一竖直平面内,其右端固结一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧a,弹簧左侧放置一长为L的筒,筒的左端开口,右端封闭,右端外侧与弹簧a不固结,筒内右端固结一同样规格的轻质弹簧,弹簧左侧放置一个小球,与弹簧b右端不固结。小球与筒内壁的滑动摩擦因数为,筒与凹槽的滑动摩擦因数为
,半圆轨道光滑。如图所示,现将两个弹簧的长度均压缩为L/2,且用销钉K将小球和筒固定,发现筒恰好不滑动。现将K突然拔掉,同时对筒施加一方向水平向左的力F,使筒向左匀加速运动,直到筒撞击B处之后使筒立刻停止运动。已知小球的质量为m,筒的质量为2m,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略小球的直径、筒壁和筒底的厚度、筒的内径、外径。
(1)若要求在筒撞击B处之前,弹簧b长度未变,试求该力初始值的取值范围;
(2)若该力初始值为,且小球从C处落回后,恰好未撞击筒,求该力在筒撞击B处之前做的功。
正确答案
(1) (2)
(1)由于筒恰好不动,对筒和小球: ……………1分
拔掉销钉,设小球所允许的加速度最大值是,应有
……………1分
最小值是,应有
………………………1分
刚拔掉销钉时,对筒和小球: …………………1分
且
以上解得: ……………………………1分
(2)刚拔掉销钉时,对筒和小球: ……………1分
设撞击B处之前,系统速度是,则
………………1分
而从C处抛出时的速度设为,由平抛运动公式有
,
……………2分
从拔掉销钉到撞击B处,对小球,由动能定理有…3分
对筒和小球整体,由动能定理有 ……………3分
而由于两只弹簧规格相同,变化过程相同,有 …………1分
以上解得 …………………………2分
.如图所示,在水平面上B点的右侧为粗糙的,动摩擦因素为μ,左侧为光滑的。有一质量为m2的小球乙静止放在B点。另一个质量为m1的小球甲以速度v0从A向右运动,与乙球发生对心弹性碰撞后返回。碰撞时间很短,重力加速度为g.
求:(1)碰撞后甲、乙两球的速率。
(2)乙球在平面上刚停下时与甲球间的距离。
正确答案
(1)v1=,v2=
,(2)S=
试题分析:(1):因为甲、乙两球在B处发生弹性碰撞,故以甲、乙两球为系统的动量守恒,动能不损失,设碰后两球速率分别为V1、V2,取向右方向为正方向,则有:
m1v0= -m1v1+m2v2 ①(2分)
②(2分)
联立①②得v1= ; (1分)
v2=(1分)
(2)碰撞后甲球向左做匀速直线运动,设乙球从碰后到停止时的运动时间为t,根据动量定理:
③(1分)
此时甲、乙两球的距离 ④(1分)
联立③④得S=(2分)
如图,质量mA=2.0kg的木板A放在水平面C上,A与C之间的动摩擦因数μ=0.2。木板A右端放着质量m="1.0" kg的小木块B(可视为质点),都处于静止状态。现给木板A一个向右的瞬时冲量使它获得V0="8" m/S的初速度开始运动,当小木块B离开木板A时,木板的速度VA=1.5m/S,木块的速度VB="1" m/S。求:
(1)小木块B在木板A上运动的时间t?
(2)木板A的长度L=?
正确答案
(1)2s (2) 8.5m
对B在A上滑动过程中对A分析设A、B摩擦力为f由动量定理
由动能定理
对B分析由动量定理
由动能定理
代入数据解得:f="2N " t=2s
板子长度
如图所示,光滑的水平地面上有一木板,其左端放有一重物,右方有一竖直的墙壁。重物质量为木板质量的两倍,重物与木板间的动摩擦因数为µ。使木板与重物以共同的速度v0向右运动,某时刻木板与墙发生弹性碰撞,碰撞时间极短。求木板从第一次与墙壁碰撞到再次与重物速度相同时,木板右端离墙壁的距离。
正确答案
试题分析:设木板质量为m,重物质量为2m,取向右为正方向,由动量守恒得:
2mv0-mv0=3mv 2分
设从第一次与墙壁碰撞到重物和木板具有共同速度v所用时间为t,对木板由动量定理得:
2µmgt=mv-m(-v0)
对木板由牛顿第二定律得
-2µmg=ma
木板从第一次与墙壁碰撞到再次与重物速度相同时,木板右端离墙壁的距离为:
x=v0t+
解得:
如图所示,航天飞机是能往返于地球与太空间的载人飞行器,利用航天飞机既可将人造卫星送入预定轨道,也可以到太空去维修出现故障的人造地球卫星。航天飞机自第一次发射至今的28年里,它为人类对太空的探索作出了巨大的贡献,由于维修、保养和发射费用太高即将面临退役,将被美国的“战神1”号火箭所替代。
(1)航天飞机对圆形轨道上的卫星进行维修时,两者的速度必须相同。卫星所在的圆形轨道离地面的高度是h,地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g。求航天飞机维修卫星时的速度大小。
(2)航天飞机无动力着陆,水平滑行时,从尾部弹出减速伞,以使航天飞机迅速减速。若航天飞机质量为m,弹出减速伞时的速度为,受到的阻力恒为f。求它在水平跑道上无动力滑行的距离和滑行的时间。
正确答案
(1)(2)
篮球运动是一项同学们喜欢的体育运动,为了检测篮球的性能,某同学多次让一篮球h1=1.8m处自由下落,测出篮球从开始下落至第一次反弹到最高点所用时间为t=1.3s,该篮球第一次反弹从离开地面至最高点所用时间为0.5s,篮球的质量为m=0.6kg,取10m/s2.求篮球对地面的平均作用力(不计空气阻力)。
正确答案
39N,方向竖直向下
试题分析:篮球从h1处下落的时间为t1,触地时速度大小为,弹起时的速度大小为
。则
①(1分)
②(1分)
③(1分)
球与地面作用时间 ④(1分)
球触地过程中取向上为正方向,对篮球运用动量定理:
⑤(2分)
即 代入数据得
N ⑥(1分)
根据牛顿第三定律篮球对地的作用力大小为39N,方向竖直向下。(1分)
点评:需要注意动量是矢量,要注意方向的正负
(1)从
点滑动到
点的过程中,系统产生的热量;
(2)经过轨道的哪个位置时(要求用图中的角
表示),
的速度达到最大?
正确答案
(1)(2)
(1)当P到达到c点时.P和M具有共同的水平速度,根据动量守恒定律有
① (3分)
由
点滑到
点的过程中,系统损失的机械能转化为内能,根据功能关系有
② (3分)
由①②两式得 (3分)
(2)在从
滑到
的过程中,M受力分析示意图如图所示.其中压力
偏向右侧,摩擦力
偏向左侧。这个过程的前一前段,
受到的合力的水平分力向左,则M受到合力的水平分力向右,M将继续加速,当M在水平方向平衡的时刻,就是M速度最大的时刻.此时满足
(3分)
又 (3分)
得(3分),即P所在位置的半径与竖直方向的夹角为
(2分)
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