- 动量守恒定律
- 共1004题
有两个用特殊材料做成的两个物体A和B,质量都为m;它们之间存在一种相互作用,这个作用力F与它们间的距离x的关系为F=ρ(x0-x),其中k、x0为已知常数,当两者间距离x<x0时,这个作用表现为斥力,当x>x0时,这个作用表现为引力,当x=x0时,作用力为零.现将物体B固定在水平地面上,再将A移到B的正上方,最终A能静止于B的正上方的某处,试求:(已知重力加速度大小为g)
(1)当A静止于B的正上方时,两者间的距离x1多大;
(2)当A静止于B的正上方时,给A施加一个竖直向上的拉力,使A向上做匀加直线运动,加速度大小为a,则经过多长时间,B开始离开地面;
(3)若把A从B的正上方相距x0处由静止释放,则A向下运动的过程中所能达到的最大速度vm为多少.
正确答案
(1)当A静止于B的正上方时,它一定是在重力和B的斥力作用下平衡,则有:
mg=ρ(x0-x1)
解得:x1=x0-
(2)当B离开地面时,B受到A的引力等于B的重力,
即 mg=ρ(x2-x0)
故此时AB间的距离 x2=+x0
在A匀加速上升过程中:x2-x1=at2
解得 t=2
(3)A释放后开始向下做变加速直线运动,当AB相距为x1时速度达到最大,此过程中:mg-ρ(x0-x)=m=m
•
=mv
变形为:(mg-ρx0)△x+ρx△x=mv△v
对上式进行积分得:(mg-ρx0)(x1-x0)+(
-
)=
m
化简得:A所能达到的最大速度 vm=g
答:
(1)当A静止于B的正上方时,两者间的距离x1=x0-;
(2)当A静止于B的正上方时,给A施加一个竖直向上的拉力,使A向上做匀加直线运动,加速度大小为a,经过时间 t=2,B开始离开地面;
(3)若把A从B的正上方相距x0处由静止释放,A向下运动的过程中所能达到的最大速度为 vm=g.
平板小车静止在光滑的水平面上,其质量为M,一质量为m的小物块以水平初速v0沿小车表面向右滑去,如图所示.由于小物块与平板小车表面间存在着摩擦,使小物块最终相对于平板小车静止.求:
(1)最终平板小车的速度是多大?
(2)小物块的动量减小了多少?
正确答案
(1)由平板小车静止在光滑的水平面上,所以小车与木块组成的系统动量守恒,
设它们的共同速度v共,由动量守恒,
得:mv0=(M+m)v共,
解得:v共=
(2)小物块的动量减小了△P=mv0-mv共代入v共,解得:△P=
答:(1)最终平板小车的速度是
(2)小物块的动量减小了
如图所示,水平面上一质量m=1kg的物体,在沿水平向右方向的拉力F=6N的作用下,从静止开始运动,物体与水平面间动摩擦因数为 0.2.(取g=10m/s2)求:
(1)从静止开始运动,经过3s力F对物体所做的功;
(2)在第二个3s内,该物体的动量变化大小.
正确答案
(1)由牛顿第二定律得:F-f=ma
式中f=μmg=0.2×1×10=2(N)
由牛顿第二定律得:物体的加速度a==
=4(m/s2)
物体在3s内的位移为:S=at2=
×4×32=18(m)
3s内力F对物体做的功为:W=FS=6×18=108(J)
(2)由动量定理得:(F-f)△t=△P …④
则物理在第二个3s内的动量变化为:△P=(6-2)×3=12(kg•m/s)
答:(1)从静止开始运动,经过3s力F对物体所做的功为108J;
(2)在第二个3s内,该物体的动量变化大小为12(kg•m/s).
某公园里有一个斜面大滑梯,一位小同学从斜面的顶端由静止开始滑下,其运动可视为匀变速直线运动.已知斜面大滑梯的长度为4m,斜面的倾角为37°,这位同学的质量为50kg,他与大滑梯斜面间的动摩擦因数为0.5.不计空气阻力,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)这位同学下滑过程中的加速度大小;
(2)他滑到滑梯底端时的速度大小;
(3)他滑到滑梯底端过程中重力的冲量大小.
正确答案
(1)这位同学的受力情况如图,根据牛顿第二定律得
mgsin37°-f=ma
N=mgcos37°
又f=μN,联立得到
a=g(sin37°-μcos37°)
代入解得,a=2m/s2
(2)由v2=2ax得
v==
m/s=4m/s
(3)由x=t得
t==
s=2s
则他滑到滑梯底端过程中重力的冲量大小I=Gt=500×2N•s=1000N•s.
答:
(1)这位同学下滑过程中的加速度大小是2m/s2;
(2)他滑到滑梯底端时的速度大小是4m/s;
(3)他滑到滑梯底端过程中重力的冲量大小是1000N•s.
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在光滑水平地面上的平板小车,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大小.
(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
(1)以木块和小车为研究对象,方向为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v
得v=v0=0.4m/s
(2)以木块为研究对象,其受力情况如图所示,由动量定理可得
-ft=mv-mv0
又f=μmg
得到t==0.8s
(3)木块做匀减速运动,加速度a1==μg=2m/s2
车做匀加速运动,加速度a==
=0.5m/s2
由运动学公式可得:vt2-v02=2as
在此过程中木块的位移为
s1==0.96m
车的位移为
s2=at2=0.16m
木块在小车上滑行的距离为△S=S1-S2=0.8m
答:
(1)木块和小车相对静止时小车的速度大小为0.4m/s.
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间是0.8s.
(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是0.8m.
如图所示,水平地面AB与倾角为θ的斜面平滑相连.一个质量为m的物块静止在A点.现用水平恒力F向右拉物块,使物块从静止开始做匀加速直线运动,经时间t到达B点,此时撤去拉力F,物块在B点平滑地滑上斜面.已知物块与水平地面和斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g求:
(1)物块运动到B点时速度的大小;
(2)物块沿斜面向上运动时加速度的大小;
(3)物块沿斜面上滑的最大距离.
正确答案
(1)从A到B过程运用动量定理,得到
(F-μmg)t=mv
解得
v=-μgt
故物块运动到B点时速度的大小为-μgt.
(2)物体沿斜面向上运动,受力如右图所示
根据牛顿第二定律
mgsinθ+μN=ma
N=mgcosθ
解得
a=g(sinθ+μcosθ)
故物块沿斜面向上运动时加速度的大小g(sinθ+μcosθ).
(3)根据 v2=2aS
解得
S=
故物块沿斜面上滑的最大距离为.
如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁感应强度B=1T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=0.5m,现有一边长l=0.2m、质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω的正方形线框MNOP以v0=7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场,求:
(1)线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F;
(2)线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q;
(3)线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n.
正确答案
(1)线框MN边刚进入磁场时有:F=BlI=Bl=2.8N
(2)设线框竖直下落H时,速度为vH
由能量守恒得:mgH+m
=Q+
m
自由落体规律:vH2=2gH
解得:Q=m
=2.45J
(3)只有在线框进入和穿出条形磁场区域时,才产生感应电动势,线框部分进入磁场区域x时有:F=BlI=Bl=
v
在t→t+△t时间内,由动量定理:-F△t=m△v
求和:∑v△t=∑
△x=mv0
解得:x=mv0
穿过条形磁场区域的个数为:n=≈4.4
可穿过4个完整条形磁场区域.
将一个鸡蛋从某高处由静止释放,鸡蛋掉在水泥地面上破碎.如果将鸡蛋从同样的高度释放,落在海绵上,由于鸡蛋与海绵作用时间较长,因而鸡蛋与海绵的作用力比鸡蛋与水泥地面的作用力______(填“大”或“小”);设鸡蛋质量为50g,下落高度为0.80m,与海绵的相互作用时间为0.20s,取g=10m/s2.则鸡蛋落到海绵上时的速度大小为______m/s,鸡蛋与海绵的平均作用力大小为______N.
正确答案
鸡蛋从相同高度做自由落体运动,落地水泥和落在海绵上的速度时相同的,末速度也相同,所以动量变化相同,而鸡蛋与海绵垫作用时间长,根据动量定理可知鸡蛋与海绵的作用力比鸡蛋与水泥地面的作用力小.
根据v=得:
v=4m/s
根据动量定理得:
Ft=mv-0
解得:F=1N
故答案为:小;4; 1
2008年8月8日,第29届奥运会在北京“鸟巢”隆重开幕,开幕式上多次燃放了壮观的焰火……试求以下三个问题:
(1)花炮爆炸的高度为h=100 m,设爆炸前做竖直上抛运动,且在最高点爆炸,则花炮出炮口的速度约为多少?(g取10 m/s2)
(2)在上题中,假设花炮质量m=2kg,在炮筒中运动时间△t=0.02s,火药对花炮的平均推力是多少?
(3)花炮在100 m高空中爆炸,若忽略空气阻力,各碎块在空中运动的轨迹为__________;如果飞出的各碎片初速度大小相等,则各碎片在空中组成的形状是______________。
正确答案
解:(1)花炮做竖直上抛运动,根据其上升高度h=100 m,由运动学公式得花炮出炮口的速度
(2)设火药对花炮的平均推力为F,据动量定理:F·△t=mv-0
所以
(3)抛物线,球形
如图所示,一质量M=2kg的足够长的长木板在光滑的水平面上以vo=3m/s的速度向右匀速运动,某时刻一质量m=lkg的物体无初速的放在长木板的右端,物体与木板的动摩擦因数μ=0.5,g=10m/s2,求:
(1)物体相对长板的位移多大?
(2)若在物体无初速放在长木板右端的同时对长木板施加一水平向右的恒力F=7.5N,则在1s内物体的位移为多大?
正确答案
(1)设物体与木板的共同速度为v,由动量守恒定
Mv0=(m+M)v ①
设物体相对木板的位移为s,由功能关系得:μmgs=M
-
(m+M)v2②
由①②得:s==0.6m
(2)设经过t1时间两物体达到共同速度v1
对物体:μmgt1=mv1③
对木板:Ft1-μmgt1=Mv1-Mv0④
由③④得:
t1时间物体发生的位移s1由动能定理得:
设物体和木块达共同速度后相对静止,由牛顿第二定律a==2.5m/s2<μg,
故物体和木板能保持相对静止
在t2=0.2s内发生物体发生的位移s2=v1t2+a
=0.85m
物体在1s内发生的位移s=s1+s2=2.45m
如图所示,长L=0.6m的轻绳一端系于固定点O,另一端系质量m=2kg的小球.将小球从O点正下方l/4处,以一定初速度水平向右抛出,经一定时间绳被拉直,以后小球将以O为支点在竖直平面内摆动.已知绳刚被拉直时,绳与竖直方向成60°角.取g=10m/s2,求:
(1)小球水平抛出时的初速v0;
(2)小球动到最低点时,绳所受的拉力T.
正确答案
(1)小球在绳被拉直前作平抛运动,设小球抛出后经时间t绳被拉直,则:
水平位移为:x=Lsin60°=v0t ①
竖直高度为:h=lcos60°-=
gt2②
由此解得:t=③
v0==
m/s=3m/s④
(2)在绳被拉直前瞬间,小球速度的水平分量为v0,竖直分量为gt,速度大小为:
v==
⑤
速度与竖直方向的夹角为φ:则tanφ==
⑥
所以,φ=60°
可见小球速度与绳沿同一线,小球动量在绳拉力的冲量作用下减为零,以后小球作摆动,由机械能守恒定律可知小球到最低点时:
1
2
mv′2=mgL(1-cos60°)⑦
设在最低点时绳子对物体的拉力为T,由牛顿第二定律得:
T-mg=⑧
解得:T═2×2×10N=40N ⑨
由牛顿第三定律,绳受到的拉力为40 N ⑩
答:(1)小球水平抛出时的初速3m/s
(2)小球动到最低点时,绳所受的拉力40N
如图所示,水平台AB距地面高h=0.8m,有一可视为质点的小滑块从A点以VA=6m/s的初速度在水平台上做匀变速直线运动,并从平台边缘的B点水平飞出,最后落在地面上的D点.已知滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.25,SAB=2.20m,C点为B点正下方水平地面上的一点.不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)小滑块通过B点的速度大小VB.
(2)落地点到平台边缘的水平距离SCD.
(3)小滑块从A点运动到D点所用的时间.
正确答案
(1)设小滑块质量为m,从A点到B点,有μmg=ma
-
=2as
解得:vB=5.0m/s
(2)设从B到D运动时间为t1,由平抛运动规律得SCD=vBt1
h=g
解得:SCD=2.0m
(3)设从A到B时间为t0,由 vB=vA-at0解得:t0=0.40s
从B到D由平抛运动规律有 h=g
解得:t1=0.40s
所以从A到D的时间 t=t1+t0=0.80s
答:(1)小滑块通过B点的速度大小为5m/s.
(2)落地点到平台边缘的水平距离为2.0m.
(3)小滑块从A点运动到D点所用的时间为0.80s.
篮球比赛时,为了避免对方运动员的拦截,往往采取将篮球与地面发生一次碰撞后传递给队友的方法传球。设运动员甲以=5m/s的水平速度将球从离地面高h1=0.8m处抛出,球与地面碰撞后水平方向的速度变为原来水平速度的
,竖直方向离开地面的瞬间的速度变为与地面碰前瞬间竖直方向速度的
,运动员乙恰好在篮球的速度变为水平时接住篮球,篮球的质量m=0.5kg,与地面碰撞作用的时间t=0.02s,运动员与篮球均可看成质点,不计空气阻力,篮球与地面接触时可看成是匀变速运动,g取10m/s2,求:
(1)甲抛球的位置与乙接球的位置之间的水平距离S;
(2)球与地面间的动摩擦因数μ。
正确答案
解:(1)依题意画出如图:
∴
∴
球与地碰前瞬间竖直方向的速度:
碰后瞬间竖直方向的速度:
故:
与地碰后水平方向的速度:
∴
而球与地面接触时的位移为:
∴
(2)球与地面碰撞时的弹力为:
得FN=180N
球与地面碰撞时的摩擦力为f,则:
得f=25N
∴
以20m/s的速度将质量为1kg的物体在距地面30m高处水平抛出,不计空气阻力.则抛出后2s内重力对物体的冲量为______N•s;抛出后2s末物体的动量大小为______kg•m/s(取g=10m/s2).
正确答案
重力的冲量I=mgt=10×2N•s=20N.s.
2s末竖直方向上的分速度vy=gt=20m/s,则2s末的速度v==20
m/s,则动量的大小P=mv=20
k.gm/s.
故答案为:20 20
如图所示为电视机中显像管的原理示意图,电子枪中的灯丝因加热而逸出电子,这些电子再经加速电场加速后,从O点进入由磁偏转线圈产生的圆形匀强磁场区域中,经过偏转磁场后打到荧光屏MN上,使荧光屏发出荧光形成图象.磁场方向垂直于圆面,磁场区域的中心为O′,半径为r.当不加磁场时,电子束将通过O′点打到荧光屏的中心Q点.已知电子的质量为m,电量为e,加速电压为U,磁场区域的最右端到荧光屏的距离为9r.不计从灯丝逸出的电子的初速度和电子之间的相互作用.
(1)电子飞出电场时的速度为多大?
(2)荧光的亮度与电子对荧光屏的冲击有关.当不加偏转磁场时,电子束射到荧光屏中心Q点,设电子全部被荧光屏吸收,则每个电子以多大的冲量冲击荧光屏?
(3)偏转磁场的强弱会影响电子偏离荧光屏中心的距离.当加偏转磁场且磁感应强度B=时,电子束将射到荧光屏上的P点,则PQ间距L为多少?
正确答案
(1)设电子射出电场时的速度为v,根据动能定理有:eU=mv2;
解得:v=;
(2)以电子为研究对象,根据动量定理有:I=0-mv;
解得:I=;
根据牛顿第三定律,电子对荧光屏的冲量大小为I,=I=;
(3)电子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,根据牛顿第二定律有:Bev=m;
电子在磁场中偏转的半径R和r有以下关系:tan=
;
同时tanα=;
代入 B=;
解得:L=10r;
答:(1)电子飞出电场时的速度为;
(2)每个电子以的冲量冲击荧光屏;
(3)PQ间距L为10r.
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