- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,A为一具有光滑曲面的固定轨道,轨道底端是水平的,质量M=40kg小车B静止于轨道右侧,其板面与轨道底端靠近且在同一水平面上,一个质量m=20kg的物体C由静止从轨道顶滑下,冲上小车B后经一段时间与小车相对静止并继续一起运动.若轨道顶端与底端水平面的主高度差为0.8m,物体与小车板面间的动摩擦因数为0.40,小车与水平面间的摩擦忽略不计,(取g=10m/s2)求:
(1)物体与小车保持相对静止时的速度;
(2)从物体冲上小车到与小车相对静止所用的时间;
(3)物体冲上小车后相对于小车板面滑动的距离.
正确答案
解:(1)下滑过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
mgh=mv12,
代入数据解得:v1=4m/s,
滑上小车后系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律:mv1=(m+M)v2,
解得:v2=m/s;
(2)对M,由动量定理有:μmgt=Mv2,
解得:t=s;
(3)设物体相对于小车板面滑动的距离为L,由能量守恒定律有:μmgL=mv12-
(m+M)v22,
代入数据解得:L=m;
答:(1)物体与小车保持相对静止时的速度为4m/s;
(2)从物体冲上小车到与小车相对静止所用的时间为s;
(3)物体冲上小车后相对于小车板面滑动的距离为m.
解析
解:(1)下滑过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
mgh=mv12,
代入数据解得:v1=4m/s,
滑上小车后系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律:mv1=(m+M)v2,
解得:v2=m/s;
(2)对M,由动量定理有:μmgt=Mv2,
解得:t=s;
(3)设物体相对于小车板面滑动的距离为L,由能量守恒定律有:μmgL=mv12-
(m+M)v22,
代入数据解得:L=m;
答:(1)物体与小车保持相对静止时的速度为4m/s;
(2)从物体冲上小车到与小车相对静止所用的时间为s;
(3)物体冲上小车后相对于小车板面滑动的距离为m.
如图所示,劲度系数为K=100N/m的轻弹簧A左端固定,甲、乙两滑块(视为质点)之间通过绳子夹着一个压缩弹簧B,甲刚好与桌子边缘对齐,乙与弹簧A的右端相距s0=0.95m,且m甲=3kg,m乙=1kg,桌子离地面的高度为h=1.25m.烧断绳子后,最终甲、乙落在地面上同一点,落地点与桌子边缘的水平距离为s=0.5m.O点右侧光滑,乙与O点左侧水平面动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)绳子刚烧断时甲滑块的速度大小;
(2)烧断绳子前弹簧B的弹性势能;
(3)乙滑块在水平桌面上运动过程中的最大加速度.
正确答案
解:(1)烧断绳子后,甲做平抛运动,
在竖直方向上:h=gt2,
在水平方向上:s=v甲t,
联立并代入数据解得:v甲=1m/s;
(2)烧断绳子过程中,甲、乙两滑块组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
m甲v甲-m乙v乙=0,
代入数据解得:v乙=3m/s,
烧断绳子过程中,由能量守恒定律得:EP=m甲v甲2+
m乙v乙2,
解得弹簧的弹性势能:EP=6J;
(3)烧断绳子后,乙向左运动压缩弹簧A到最大位移s′,又回到O点的速度为v乙′,
由题意可得:v乙′=v甲=1m/s,
在这个过程中,由动能定理得:
-2μm乙g(s′+s0)=m乙v乙′2-
m乙v乙2,
代入数据解得:s′=0.05m;
乙滑块压缩弹簧A到最左端时加速度最大,由牛顿第二定律得:Ks′+μm乙g=m乙am,
代入数据解得:am=7m/s2,
答:(1)绳子刚烧断时甲滑块的速度大小为1m/s;
(2)烧断绳子前弹簧B的弹性势能是6J;
(3)乙滑块在水平桌面上运动过程中的最大加速度是7m/s2.
解析
解:(1)烧断绳子后,甲做平抛运动,
在竖直方向上:h=gt2,
在水平方向上:s=v甲t,
联立并代入数据解得:v甲=1m/s;
(2)烧断绳子过程中,甲、乙两滑块组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
m甲v甲-m乙v乙=0,
代入数据解得:v乙=3m/s,
烧断绳子过程中,由能量守恒定律得:EP=m甲v甲2+
m乙v乙2,
解得弹簧的弹性势能:EP=6J;
(3)烧断绳子后,乙向左运动压缩弹簧A到最大位移s′,又回到O点的速度为v乙′,
由题意可得:v乙′=v甲=1m/s,
在这个过程中,由动能定理得:
-2μm乙g(s′+s0)=m乙v乙′2-
m乙v乙2,
代入数据解得:s′=0.05m;
乙滑块压缩弹簧A到最左端时加速度最大,由牛顿第二定律得:Ks′+μm乙g=m乙am,
代入数据解得:am=7m/s2,
答:(1)绳子刚烧断时甲滑块的速度大小为1m/s;
(2)烧断绳子前弹簧B的弹性势能是6J;
(3)乙滑块在水平桌面上运动过程中的最大加速度是7m/s2.
[物理--选修3-5]
(1)2011年3月日本发生9级大地震,并引发海啸.位于日本东部沿海的福岛核电站部分机组发生爆炸,在日本核电站周围检测到的放射性物质碘131.在核泄漏中,碘的放射性同位素碘131(半衰期为8.3天)是最为危险的,它可以在最短的时间内让人体细胞癌化,尤其是针对甲状腺细胞,甲状吸收后造成损伤.下列有关说法中正确的是
A.在出事故前,正常运行的福岛核电站中使用的主要核燃料是碘131
B.若现在有100个碘131原子核,8.3天后一定只剩下50个碘1311原子核
C.碘131发生β衰变时所释放出的电子是原子核外电子发生电离而发射出来的
D.碘131也可以做示踪原子;给人注射微量碘131,然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度,有助于诊断甲状腺的疾病
(2)如图所示,已知水平面上的P点右侧光滑,左侧与滑块m1间的动摩擦因数为μ.质量分别为m1和m2的两个滑块在水平面上P点的右侧分别以速度v1、v2向右运动,由于v1>v2而发生碰撞(碰撞前后两滑块的速度均在一条直线上).二者碰后m1继续向右运动,m2被右侧的墙以原速率弹回,再次与m1相碰,碰后m2恰好停止,而m1最终停在Q点.测得PQ间的距离为l.求第一次碰后滑块m1的速率.
正确答案
解:(1)A、在日本核电站周围检测到的放射性物质碘131,由于衰变可知,在出事故前,正常运行的福岛核电站中使用的主要核燃料不是碘131.故A错误.
B、原子核的衰变是随机的,有100个碘131原子核,8.3天后不一定只剩下50个碘131原子核,可能这些原子核全部衰变,一个不剩,也可能一个都没有衰变.故B错误.
C、碘131发生β衰变时,所释放出的电子是核内质子转化来的.故C错误.
D、利用碘131的射线,可以做示踪原子;给人注射微量碘131,由于射线的穿透本领较强,用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度,有助于诊断甲状腺的疾病.故D正确.
故选D
(2)设第一次碰后m1滑块的速度大小为v1′,m2滑块的速度大小为v2′,设向右为正方向,根据动量守恒定律有:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
第二次碰撞 m1v1′-m2v2′=-m1v3m1过P点向左运动过程中,由动能定理得:-μm1gl=0-
联立解得:v1′=
答:(1)D;
(2)第一次碰后滑块m1的速率是.
解析
解:(1)A、在日本核电站周围检测到的放射性物质碘131,由于衰变可知,在出事故前,正常运行的福岛核电站中使用的主要核燃料不是碘131.故A错误.
B、原子核的衰变是随机的,有100个碘131原子核,8.3天后不一定只剩下50个碘131原子核,可能这些原子核全部衰变,一个不剩,也可能一个都没有衰变.故B错误.
C、碘131发生β衰变时,所释放出的电子是核内质子转化来的.故C错误.
D、利用碘131的射线,可以做示踪原子;给人注射微量碘131,由于射线的穿透本领较强,用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度,有助于诊断甲状腺的疾病.故D正确.
故选D
(2)设第一次碰后m1滑块的速度大小为v1′,m2滑块的速度大小为v2′,设向右为正方向,根据动量守恒定律有:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
第二次碰撞 m1v1′-m2v2′=-m1v3m1过P点向左运动过程中,由动能定理得:-μm1gl=0-
联立解得:v1′=
答:(1)D;
(2)第一次碰后滑块m1的速率是.
如图所示,弹簧的一端固定在竖直墙上,质量为2m的光滑弧形槽静止放在足够长的光滑水平面上,弧形槽末端与水平面相切.一个质量为m的小球从弧形槽上高h处由静止释放,小球与弹簧发生作用的过程中无机械能损失,重力加速度为g.求:
(1)小球与弹簧相互作用过程中,弹簧对小球的冲量大小;
(2)小球与弹簧第一次分离后在弧形槽上能上升的最大高度.
正确答案
解:(1)设小球到达水平面时速度大小为v1,槽速度大小为v2,
球与槽组成的系统在水平方向动量守恒,以向右为正方向,
球下滑过程中,由动量守恒定律得:mv1-2mv2=0 ①
由机械能守恒定律的: ②
解得:,
③
在小球与弹簧发生作用的过程中,由动量守恒定律得:
④
即弹簧对小球的冲量大小是:;
(2)小球和槽组成的系统水平方向动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mv1+2mv2=(2m+m)v共 ⑤
由机械能守恒定律得: ⑥
解得: ⑦
答:(1)小球与弹簧相互作用过程中,弹簧对小球的冲量大小为;
(2)小球与弹簧第一次分离后在弧形槽上能上升的最大高度是h.
解析
解:(1)设小球到达水平面时速度大小为v1,槽速度大小为v2,
球与槽组成的系统在水平方向动量守恒,以向右为正方向,
球下滑过程中,由动量守恒定律得:mv1-2mv2=0 ①
由机械能守恒定律的: ②
解得:,
③
在小球与弹簧发生作用的过程中,由动量守恒定律得:
④
即弹簧对小球的冲量大小是:;
(2)小球和槽组成的系统水平方向动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mv1+2mv2=(2m+m)v共 ⑤
由机械能守恒定律得: ⑥
解得: ⑦
答:(1)小球与弹簧相互作用过程中,弹簧对小球的冲量大小为;
(2)小球与弹簧第一次分离后在弧形槽上能上升的最大高度是h.
质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上,箱子中间有一质量为m的小物块,小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间,如图所示.现给小物块一水平向右的初速度v,小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间,且与箱子保持相对静止.设碰撞都是弹性的,可用动量守恒mv=(m+M)V共求解共同速度,则整个过程中,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:系统动量守恒,以物块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv=(m+M)V共,解得:V共=;
A、物块损失的动能为△EK=mv2-
mv共2<
mv2,故A错误.
B、系统损失的动能为△Ek系=mv2-
(M+m)v共2=
,故B正确.
C、根据能量守恒定律得知,系统产生的内能等于系统损失的动能,则有Q=,故C错误.
D、根据功能关系得知,系统产生的内能等于系统克服摩擦力做的功,则有Q=NμmgL.故D正确.
故选:BD.
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