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题型:简答题
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简答题

如图所示,在固定的光滑水平杆(杆足够长)上,套有一个质量为m=0.5kg的光滑金属圆环,轻绳一端拴在环上,另一端系着一个质量为M=1.98kg的木块,现有一质量为m0=20g的子弹以v0=100m/s的水平速度射入木块并留在木块中(不计空气阻力和子弹与木块作用的时间,g取10m/s2),求:

①圆环、木块和子弹这个系统损失的机械能;

②木块所能达到的最大高度.

正确答案

解:①子弹射入木块过程,系统的动量守恒,取向右方向为正方向,根据动量守恒定律得:

则有:m0v0=(m0+M)v

得:v==m/s=1m/s                                     

机械能只在该过程有损失,损失的机械能为 

△E=-=[-]J=99J

②木块(含子弹)在向上摆动过程中,以木块(含子弹)和圆环木块(含子弹)和圆环组成的系统为研究对象,根据系统水平方向的动量守恒得,

则有:(m0+M)v=(m0+M+m)v‘

解得:v'==m/s=0.8m/s

根据机械能守恒定律有:

联立解得:

h==m=0.01m

答:①圆环、木块和子弹这个系统损失的机械能为99J;

②木块所能达到的最大高度为0.01m.

解析

解:①子弹射入木块过程,系统的动量守恒,取向右方向为正方向,根据动量守恒定律得:

则有:m0v0=(m0+M)v

得:v==m/s=1m/s                                     

机械能只在该过程有损失,损失的机械能为 

△E=-=[-]J=99J

②木块(含子弹)在向上摆动过程中,以木块(含子弹)和圆环木块(含子弹)和圆环组成的系统为研究对象,根据系统水平方向的动量守恒得,

则有:(m0+M)v=(m0+M+m)v‘

解得:v'==m/s=0.8m/s

根据机械能守恒定律有:

联立解得:

h==m=0.01m

答:①圆环、木块和子弹这个系统损失的机械能为99J;

②木块所能达到的最大高度为0.01m.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在同一竖直面上,质量为2m的小球A静止在光滑斜面的底部,斜面高度为H=2L.小球受到轻弹簧的弹力作用后,沿斜面向上运动.离开斜面后,达到最高点时与静止悬挂在此处的小球B发生正碰,碰撞后球B刚好能摆到与悬点O同一高度,球A沿水平方向抛射落在水平面C上的P点,O点的投影O′与P的距离也为L.已知球B质量为m,悬绳长L,初始时离O′高度为L,视两球为质点,重力加速度为g,不计空气阻力,求:

(1)球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小;

(2)球A在两球碰撞前瞬间的速度大小;

(3)弹簧将A弹出过程释放的弹性势能.

正确答案

解:(1)碰撞后,根据机械能守恒定律,对B球有:

mgL=m

解得:vB=

即球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小为

(2)碰后A球做平抛运动,根据平抛运动的规律得

两球碰撞后vA==

规定向右为正方向,A、B球碰撞水平方向动量守恒有:

2mv=2m+m

v=

设弹簧的最大弹性势能为EPm,对球A和弹簧组成的系统,

由机械能守恒定律:Ep=×2m×v2+2mg(H+L)=4mgL+2mgH

答:(1)球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小是

(2)球A在两球碰撞前瞬间的速度大小是

(3)弹簧将A弹出过程释放的弹性势能是4mgL+2mgH.

解析

解:(1)碰撞后,根据机械能守恒定律,对B球有:

mgL=m

解得:vB=

即球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小为

(2)碰后A球做平抛运动,根据平抛运动的规律得

两球碰撞后vA==

规定向右为正方向,A、B球碰撞水平方向动量守恒有:

2mv=2m+m

v=

设弹簧的最大弹性势能为EPm,对球A和弹簧组成的系统,

由机械能守恒定律:Ep=×2m×v2+2mg(H+L)=4mgL+2mgH

答:(1)球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小是

(2)球A在两球碰撞前瞬间的速度大小是

(3)弹簧将A弹出过程释放的弹性势能是4mgL+2mgH.

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题型: 单选题
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单选题

A、B两物体质量分别为m和2m,它们在光滑水平面上以相同动量运动,两者相碰后A的运动方向不变,但速率减为原来的一半,则碰后A和B两物体速率之比为(  )

A1:2

B1:3

C2:1

D2:3

正确答案

D

解析

解:碰撞前,A、B动量相等,设碰撞前A的速率为vA,则B的速度为vA

两物体碰撞过程动量守恒,以A的初速度方向为正方向,碰后A的速率为:vA=vA′…①

由动量动量守恒定律得:2mvA=m•vA+2mvB′,

解得:vB′=vA …②

由①:②得:vA′:vB′=2:3;

故选:D.

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题型:简答题
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简答题

细管AB内壁光滑、厚度不计,加工成如图所示形状,长L=0.8m的BD段固定在竖直平面内,其B端与半径R=0.4m的光滑圆弧轨道平滑连接,CD段是半径R=0.4m的圆弧,AC段在水平面上,与长S=1.25m、动摩擦因数μ=0.25的水平轨道AQ平滑相连,管中有两个可视为质点的小球a、b,ma=3mb.开始b球静止,a球以速度v0向右运动,与b球发生弹性碰撞之后,b球能够越过轨道最高点P,a球能滑出AQ.(重力加速度g取10m/s2).求:

①若v0=4m/s,碰后b球的速度大小;

②若v0未知,碰后a球的最大速度;

③若v0未知,v0的取值范围.

正确答案

解:

①、a、b碰撞过程中,以a、b组成的系统为研究对象,经受力分析,系统动量守恒.选向右的方向为正,设a、b碰后瞬间速度为va1、vb1,由动量守恒得:

mav0=mava1+mbvb1…①

因a、b的碰撞是弹性碰撞,所以碰撞过程中机械能守恒,有:

…②

①②两式联立解得:

                  

②、因a球能滑出AQ,故a与b碰后,a上升的高度不能超过B点,即上升的高度不会超过L+R.设碰撞后a的最大速度为

a球上升的过程中机械能守恒,有:

=mag(L+R)

得:

③、欲使b能通过最高点,设b球与a碰撞后的速度为,经过最高点时的速度为vb2,则有:

得:

b球在上升至最高点的过程中,只有重力做功,机械能守恒,有:

=

解得:vb1≥6m/s

因为a球能通过粗糙区域,设a碰撞前的速度为,碰撞后,的速度为va1,则有:

解得:va1>2.5m/s

碰后a上升的高度不能超过(L+R),必须满足

综上可得

5m/s<v0≤9.8m/s   

答:①若v0=4m/s,碰后b球的速度为6m/s.

②若v0未知,碰后a球的最大速度4.9m/s

③若v0未知,v0的取值范围为5m/s<v0≤9.8m/s

解析

解:

①、a、b碰撞过程中,以a、b组成的系统为研究对象,经受力分析,系统动量守恒.选向右的方向为正,设a、b碰后瞬间速度为va1、vb1,由动量守恒得:

mav0=mava1+mbvb1…①

因a、b的碰撞是弹性碰撞,所以碰撞过程中机械能守恒,有:

…②

①②两式联立解得:

                  

②、因a球能滑出AQ,故a与b碰后,a上升的高度不能超过B点,即上升的高度不会超过L+R.设碰撞后a的最大速度为

a球上升的过程中机械能守恒,有:

=mag(L+R)

得:

③、欲使b能通过最高点,设b球与a碰撞后的速度为,经过最高点时的速度为vb2,则有:

得:

b球在上升至最高点的过程中,只有重力做功,机械能守恒,有:

=

解得:vb1≥6m/s

因为a球能通过粗糙区域,设a碰撞前的速度为,碰撞后,的速度为va1,则有:

解得:va1>2.5m/s

碰后a上升的高度不能超过(L+R),必须满足

综上可得

5m/s<v0≤9.8m/s   

答:①若v0=4m/s,碰后b球的速度为6m/s.

②若v0未知,碰后a球的最大速度4.9m/s

③若v0未知,v0的取值范围为5m/s<v0≤9.8m/s

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题型:简答题
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简答题

光滑的水平面上,用弹簧相连的质量均为2kg的A、B两物块都以V0=6m/s的速度向右运动,弹簧处于原长,质量为4kg的物块C静止在前方,如图所示.B与C碰撞后二者粘在一起运动,求在以后的运动中,弹簧的弹性势能的最大值.

正确答案

解:由B、C碰撞瞬间,B、C的总动量守恒,选向右为正方向,由动量守恒定律得:mBv0=(mB+mC)v,

代入数据解得:v=2m/s;

三个物体速度相同时弹性势能最大,选向右的方向为正,由动量守恒定律得:mAv0+mBv0=(mA+mB+mC)v

代入数据解得:v=3m/s,

设最大弹性势能为Ep,由能量守恒定律得:

EP=mAv02+(mB+mC)v2-(mA+mB+mC)v2

代入数据解得:EP=12J;

答:弹簧的弹性势能的最大值为12J.

解析

解:由B、C碰撞瞬间,B、C的总动量守恒,选向右为正方向,由动量守恒定律得:mBv0=(mB+mC)v,

代入数据解得:v=2m/s;

三个物体速度相同时弹性势能最大,选向右的方向为正,由动量守恒定律得:mAv0+mBv0=(mA+mB+mC)v

代入数据解得:v=3m/s,

设最大弹性势能为Ep,由能量守恒定律得:

EP=mAv02+(mB+mC)v2-(mA+mB+mC)v2

代入数据解得:EP=12J;

答:弹簧的弹性势能的最大值为12J.

下一知识点 : 动量守恒定律的应用
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