- 动量守恒定律
- 共5880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.
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.
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( )
正确答案
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.
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
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共,
代入数据解得:v共=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)v共2,
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共,
代入数据解得:v共=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)v共2,
代入数据解得:EP=12J;
答:弹簧的弹性势能的最大值为12J.
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