- 动量守恒定律
- 共1004题
如图所示,是某跳台滑雪的雪道示意简化图,高台滑雪运动员经过一段竖直平面内的圆弧后,从圆弧所在圆的最低点O水平飞出,圆弧半径R=10m.一滑雪运动员连同滑雪板的总质量为50kg,从圆弧轨道上距O点竖直高度为处静止下滑,经过圆弧上的O点时受到的支持力为1000N,飞出后经时间t=2s着陆在雪道上的A点.忽略空气阻力,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)运动员离开O点时速度的大小;
(2)圆弧轨道的摩擦力对运动员所做的功;
(3)运动员落到雪道上A点时速度的大小及在飞行过程中动量的变化.
正确答案
(1)设运动员离开O点时速度为v0,对运动员离开轨道O点时受力分析有:T-mg=m
得:v0=
代入数据解得:v0=10m/s;
(2)运动员从静止下滑至O点的过程中,由动能定理有:mgh+Wf=m
得:Wf=m
-mg
R
代入数据解得:Wf=-500J;
(3)设运动员落到A点时速度为v,运动员离开O点至落到雪道A点过程竖直下落高度H
则 H=gt2;
O点至A点过程机械能守恒 m
+mgH=
mv2;
代入数据联立解得落到雪道上A点时速度的大小v=10m/s;
过程动量变化大小△P=mgt=1000N•m/s;
动量变化方向竖直向下.
(1)用频率为v0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为v1、v2、v3的三条谱线,且v3>v2>v1,则______.(填入正确选项前的字母)
A.v0<v1 B.v3=v2+v1 C.v0=v1+v2+v3 D.=
+
(2)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.重物质量为木板质量的2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碰撞到再次碰撞所经历的时间.设木板足够长,重物始终在木板上.重力加速度为g.
正确答案
(1)、当用频率为ν0的光照射处于基态的氢原子时,由所发射的光谱中仅能观测到三种频率的谱线可知,这三种频率的光子应是氢原子从第3能级向低能级跃迁过程中所辐射的,由能量特点可知,ν3=ν1+ν2,选项B正确.选项ACD错误.
故答案为B.
(2)、第一次与墙碰撞后,木板的速度反向,大小不变,此后木板向左做匀减速运动,重物向右做匀减速运动,最后木板和重物达到共同的速度v.设木板的质量为m,重物的质量为2m,取向右为动量的正向,由动量守恒得:
2mv0-mv0=3mv…①
设从第一次与墙碰撞到重物和木板具有共同速度v所用的时间为t1,对木板应用动量定理得:
2μmgt1=mv-m(-v0)…②
设重物与木板有相对运动时的加速度为a,由牛顿第二定律得:
2μmg=ma…③
在达到共同速度v时,木板离墙的距离l为:
l=v0t1-a
…④
开始向右做匀速运动到第二次与墙碰撞的时间为:
t2=…⑤
从第一次碰撞到第二次碰撞所经过的时间为:
t=t1+t2…⑥
由以上各式得t=
答:木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间为.
如图所示,一质量为的长木板在光滑水平面上以速度0向右运动,一质量为的小铁块在木板上以速度0向左运动,铁块与木板间存在摩擦.为使木板能保持速度0向右匀速运动,必须对木板施加一水平力,直至铁块与木板达到共同速度0.设木板足够长,求此过程中水平力对木板做的功.
正确答案
解:考虑、组成的系统,设运动的方向为正方向,根据动量定理
木板以速度0做匀速运动,拉力做的功为
(1)质量为m的小球从距地面高h1高度处由静止释放,小球进入泥沙深h2静止,小球运动的全过程中重力的平均功率与在泥沙中运动时受到阻力的平均功率之比为:(不计空气阻力不计)______
A B.
C.
D.
(2)在匀强电场中有A、B、C三点,AB⊥BC且AB=10cm,BC=30cm,将一带电量为1×10-8C的负电荷由A移到B,电场力做功为2×10-8J,若将一带电量为1×10-8C的正电荷由C移到A,要克服电场力做功为4×10-8J,求匀强电场的场强的大小.
正确答案
(1)对全过程,由动能定理可得,mg(h1+h2)-fh2=0,
所以=
,
设重力的作用时间为t1,阻力的作用时间为t2,对全程有动量定理可得,mgt1-ft2=0,
所以=
,
设小球运动的全过程中重力的平均功率为PG,
则PG=mg=mg•
,
设在泥沙中运动时受到阻力的平均功率Pf,
则Pf=f=f•
,
所以小球运动的全过程中重力的平均功率与在泥沙中运动时受到阻力的平均功率之比为
=
=
,所以D正确.
故选D.
(2)因为WAB=q1•UAB,所以 UAB==
=-2V,
同理,UCA==-
=-4V,
UBC=6V,UAC=4V,连接BC,在BC上取一点D,使BD=BC,因为是匀强电场,电势沿BC方向均匀降落,故UBD=UBA=2V.
A与D电势相等,则AD为等势线,电场线垂直于等势线且指向电势降落方向.
所以 E=•cos45=20
V/m.
冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目,由于它的形状像水壶而得名,如图所示.冰壶比赛自1998年被列入冬奥会之后,就成为了越来越普遍的运动项目之一.2010年2月27日在第21届冬奥会上,中国女子冰壶队首次参加冬奥会,获得了铜牌,取得了这个项目的零的突破,令世人瞩目.冰壶比赛的场地如图甲所示.冰道的左端有一个发球区,运动员在发球区边沿的投掷线MN将冰壶以一定的初速度掷出,使冰壶沿着冰道的中心线PO滑行,冰道的右端有一圆形的营垒.以场地上冰壶最终静止时距离营垒圆心O的远近决定胜负.比赛时,为使冰壶滑行得更远,运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面,使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小.当对手的冰壶停止在营垒内时,可以用掷出的冰壶与对手的冰壶撞击,使对手的冰壶滑出营垒区.已知冰壶的质量为20kg,营垒的半径为1.8m.设冰壶与冰面间的动摩擦因数μ1=0.008,用毛刷擦冰面后动摩擦因数减小至μ2=0.004.在某次比赛中,若冰壶在发球区受到运动员沿中心线方向推力作用的时间t=10s,使冰壶A在投掷线中点处以v0=2.0m/s的速度沿中心线PO滑出.设冰壶之间的碰撞时间极短,且无机械能损失,不计冰壶自身的大小,g取10m/s2.
(1)冰壶在发球区受到运动员沿中心线方向作用的冲量大小为多少?
(2)若不用毛刷擦冰面,则冰壶停止的位置距离营垒圆心O点多远?
(3)如果在中心线PO上已经静止着一个冰壶B,如图乙所示,冰壶B距圆心O的距离为0.9m,若要使冰壶A能够沿中心线PO将B撞出营垒区,则运动员用毛刷擦冰面的长度至少为多少?
正确答案
(1)设推力对冰壶的冲量大小为I,则根据动量定理I-μ1mgt=mv0
代入数值解得 I=56 N•s
(2)根据动能定理,m
=μ1mgs
s==25m
冰壶停止的位置距离营垒圆心的距离 x=30m-25m=5.0m
(3)冰壶A与冰壶B碰撞的过程中,设冰壶A碰撞前的速度为vA,
碰撞后的速度为vA′,冰壶B碰撞后的速度为vB′,
根据动量守恒定律和功能的关系,有
mvA=mvA′+m vB′
m
=
mv′A2+
mv′B2
解得 v'A=0,v'B=vA
即冰壶A与冰壶B碰撞后二者的速度相互交换.
因此可以将整个过程看成为冰壶A一直沿直线PO运动到营垒区外的过程,运动的总位移为s'=31.8m.
根据动能定理,设将冰壶B恰好撞出营垒区外,运动员用毛刷擦冰面的长度为L,则-μ1mg(s′-L)-μ2mgL=0-m
代入数值解得 L=13.6 m
答:(1)冰壶在发球区受到运动员沿中心线方向作用的冲量大小为56 N•s
(2)若不用毛刷擦冰面,则冰壶停止的位置距离营垒圆心O点5.0m
(3)运动员用毛刷擦冰面的长度至少为13.6 m.
如图1所示,质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.20.从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化的规律如图2所示.g取10m/s2.
求:
(1)在图3的坐标系中画出物体在前8s内的v-t图象
(2)前8s内物体所受摩擦力的冲量
(3)前8s内水平力F所做的功.
正确答案
(1)在0-4s内:根据牛顿第二定律得:
F-μmg=ma1
解得a1=3m/s2
第4s末物体的速度为v1=at1=12m/s
在4-5s:-(F+μmg)=ma2
解得a1=-7m/s2
第5s末物体的速度为v2=v1+a2t2=12-7×1=5(m/s)
F变为零后:-μmg=ma3
解得a3=-2m/s2
运动时间为t3==
s=2.5s
所以t=7.5s时刻停止.画出物体在前8s内的 v-t 图象如图所示.
(2)前8s内物体所受摩擦力的冲量
I=ft=μmgt=32Ns
(3)由图可得:0-4s内物体的位移s1=×12×4m=24m,
4-5s内物体的位移s2=×(12+5)×1m=8.5 m
前8s内水平力F所做的功为
WF=F1S1-F2S2
解得 WF=155J
答:
(l)画出物体在前8s内的 v-t 图象如图所示;
(2)前8s内物体所受摩擦力的冲量为32Ns;
(3)前8s内水平力 F 所做的功为155J.
如图甲所示,质量m=2.0kg的物体静止在水平面上,物体跟水平面间的动摩擦因数μ=0.20。从t=0时刻起,物体受到一个水平力F的作用而开始运动,前8s内F随时间t变化的规律如图乙所示。g取10m/s2。求:
(1)在图丙的坐标系中画出物体在前8s内的v-t图象;
(2)前8s内物体所受摩擦力的冲量;
(3)前8s内水平力F所做的功。
正确答案
(1)“略”
(2)32N·S
(3)155J
某兴趣小组用如图所示的装置进行实验研究。他们在水平桌面上固定一内径为的圆柱形玻璃杯,杯口上放置一直径为、质量为的匀质薄圆板,板上放一质量为2的小物块。板中心、物块均在杯的轴线上。物块与板间动摩擦因数为,不计板与杯口之间的摩擦力,重力加速度为,不考虑板翻转。
(1)对板施加指向圆心的水平外力,设物块与板间最大静摩擦力为max,若物块能在板上滑动,求应满足的条件。
(2)如果对板施加的指向圆心的水平外力是作用时间极短的较大冲击力,冲量为。
①应满足什么条件才能使物块从板上掉下?
②物块从开始运动到掉下时的位移为多少?
③根据与的关系式说明要使更小,冲量应如何改变。
正确答案
解:(1)设圆板与物块相对静止时,它们之间的静摩擦力为,共同加速度为由牛顿运动定律,有对物块=2对圆板-=两物相对静止,有≤max解得≤max相对滑动的条件>max(2)设冲击刚结束时圆板获得的速度大小为0,物块掉下时,圆板和物块速度大小分别为1和2由动量定理,有=0
由动能定理,有:
对圆板-2=12-
02
对物块2=(2)22-0
由动量守恒定律,有
0=1+22
要使物块落下,必须1>2
由以上各式得>=
分子有理化得=
根据上式结果知:越大,越小。
如图所示,长为L的木板A静止在光滑的水平桌面上,A的左端上方放有小物体B(可视为质点),一端连在B上的细绳,绕过固定在桌子边沿的定滑轮后,另一端连在小物体C上,设法用外力使A、B静止,此时C被悬挂着.A的右端距离滑轮足够远,C距离地面足够高.已知A的质量为6m,B的质量为3m,C的质量为m.现将C物体竖直向上提高距离2L,同时撤去固定A、B的外力.再将C无初速释放,当细绳被拉直时B、C速度的大小立即变成相等,由于细绳被拉直的时间极短,此过程中重力和摩擦力的作用可以忽略不计,细绳不可伸长,且能承受足够大的拉力.最后发现B在A上相对A滑行的最大距离为L.细绳始终在滑轮上,不计滑轮与细绳之间的摩擦,计算中可认为A、B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m/s2.
(1)求细绳被拉直前瞬间C物体速度的大小υ0;
(2)求细绳被拉直后瞬间B、C速度的大小υ;
(3)在题目所述情景中,只改变C物体的质量,可以使B从A上滑下来.
设C的质量为km,求k至少为多大?
正确答案
(1)C做自由落体运动,下降高度为2L时的速度为v0,根据vt2-v02=2ax得
v0=2
(2)此时细绳被拉直,B、C速度的大小立即变成v,设绳子对B、C的冲量大小为I,根据动量定理得
对B I=3mv
对C-I=mv-mv0
解得B、C速度的大小v=
(3)设C物体的质量为km,A、B之间的动摩擦因数为μ
由(2)可知,细绳被拉直时B、C速度的大小v´=v0
此后B物体的加速度 kmg-μ•3mg=(3m+km)a1
a1==
g
A物体的加速度 μ•3mg=6ma2
a2==
g
经时间t,B物体的速度 v1=v'+a1t
B物体的位移 x1=v′t+a1t2
同样,A物体的速度 v2=a2t
A物体的位移 x2=a2t2
(i)根据题意,若k=1,当v1=v2时,x1-x2=,解μ=0.4;
(ii)要使v1=v2时,x1-x2=L,利用(i)求得的动摩擦因数μ,
可得k==1.29;
即C物体的质量至少为1.29m时,才可以使B物体从A上滑下来.
如图所示,小物体放在高度为h=1.25m、长度为S=1.5m的粗糙水平固定桌面的左端A点,以初速度vA=4m/s向右滑行,离开桌子边缘B后,落在水平地面C点,C点与B点的水平距离x=1m,不计空气阻力。试求:(g取10m/s2)
(1)小物体离开桌子边缘B后经过多长时间落地?
(2)小物体与桌面之间的动摩擦因数;
(3)为使小物体离开桌子边缘B后水平射程加倍,即,某同学认为应使小物体的初速度vA'加倍,即vA'=2vA,你同意他的观点吗?试通过计算验证你的结论。
正确答案
解:(1)在此平抛运动中
(2)小物体离开桌子边缘B点后
经过时间落地
小物体离开桌子边缘B点时的速度为
根据动能定理,有
得
(2)不同意
要使水平射程加倍,必须使B点水平速度加倍,即:
根据动能定理,有
解得
所以说该同学认为应使小物体的初速度加倍的想法是错误的
质量为8×107kg的列车,从某处开始进站并关闭发动机,只在恒定阻力作用下减速滑行。已知它开始滑行时的初速度为20m/s,当它滑行了300m时,速度减小到10m/s,接着又滑行了一段距离后刚好到达站台停下,那么:
(1)关闭动力时列车的初动能为多大?
(2)列车受到的恒定阻力为多大?
(3)列车进站滑行的总时间为多大?
正确答案
解:(1)列车的初动能J=1.6×1010 J
(2)由动能定理有:
解得列车受到的阻力N=4×107N
(3)由动量定理有:-ft=mvt-mv0
解得列车滑行的总时间s=40 s
质量m=1.5kg的物块(可视为质点)在水平恒力F作用下,从水平面上A点由静止开始运动,运动一段距离撤去该力,物块继续滑行t=2.0s停在B点,已知A、B两点间的距离s=5.0m,物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.20,求恒力F多大.(g=10m/s2)
正确答案
设撤去力F前物块的位移为s1,物块受到的滑动摩擦力f=μmg,a减=μg=2m/s2,
由运动学公式得:s-s1=a减t2=4m
所以 s1=1m
对物块运动的全过程应用动能定理的:
Fs1-fs=0
代入数据解得:F=15N
答:恒力F为15N.
一弧形滑道下端与水平传送带相切,一工件从h=1.05高处的A由静止滑下后以水平速度滑上传送带.工件质量m=1.0kg,工件与滑道间平均摩擦阻力的大小f=5.0N,工件滑过的弧长l=2.0m.传送带长L=10m,向右保持v0=2.0m/s的运行速度不变,工件与传送带间的动摩擦因数μ=0.20,g=10m/s2,空气阻力不计,工件可看成质点.
(1)求工件滑上传送带时的速度大小v1=?
(2)求传送带传送一个工件时,克服工件摩擦力所做的功?
正确答案
(1)工件在弧形轨道上下滑时,
由动能定理得:mgh-fl=mv12-0,
v1==1m/s;
(2)工件在传送带上运动过程中,
由动量定理得:μmgt1=mv0-mv1,
t1==0.5s,
在t1时间内,传送带的位移s0=v0t=1m,
克服摩擦力做的功Wf=μmgs0=2J.
答:(1)工件滑上传送带时的速度大小为你1m/s.
(2)传送带传送一个工件时,克服工件摩擦力所做的功为2J.
如图所示,平行金属板长为L,一个带电为+q,质量为m的粒子以初速度v0紧贴上板垂直射入电场,刚好从下板边缘射出,末速度恰与下板成30°角,粒子重力不计.求:
(1)粒子未速度大小;
(2)电场强度;
(3)两极间距离d.
正确答案
(1)将末速度分解,
由几何关系知:=cos300
所以:v=;
(2)带电粒子做类平抛运动,依题知,粒子在电场中的运动时间:t=
粒子离开电场时,垂直板方向的分速度:v1=v0tan30°
竖直方向加速度:a=
粒子从射入电场到离开电场,有at=v1
即:t=v1;
联立以上各式得E=
(3)粒子从射入电场到离开电场,由动能定理,有qEd=mv2-
m
解得 d=
答:(1)粒子的末速度为;
(2)电场强度E为;
(3)板间距离为.
图中滑块和小球的质量均为m,滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动,小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连,轻绳长为l.开始时,轻绳处于水平拉直状态,小球和滑块均静止.现将小球由静止释放,当小球到达最低点时,滑块刚好被一表面涂有粘性物质的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减为零,小球继续向左摆动,当轻绳与竖直方向的夹角θ=60°时小球达到最高点.求
(1)从滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量;
(2)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球做功的大小.
正确答案
(1)对系统,设小球在最低点时速度大小为v1,此时滑块的速度大小为v2,滑块与挡板接触前
由系统的机械能守恒定律:mgl=mv12+
mv22 ①
由系统的水平方向动量守恒定律:mv1=mv2 ②
对滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量为:
I=mv2 ③
联立①②③解得I=m 方向向左④
(2)小球释放到第一次到达最低点的过程中,设绳的拉力对小球做功的大小为W,对小球由动能定理:
mgl+W=mv12 ⑤
联立①②⑤解得:W=-mgl,即绳的拉力对小球做负功,大小为
mgl.
答:
(1)从滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量为I=m,方向向左;
(2)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球做功的大小是-mgl.
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