- 动量守恒定律
- 共5880题
(2015秋•东城区月考)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L.导轨上横放这两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示,两根导体棒的质量皆为m,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时,棒ab和棒cd之间的距离为d,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0,若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)棒ab有指向棒cd的初速度v0时回路中的电流.
(2)当ab棒的速度变为初速度v0的时,cd棒的加速度大小.
(3)稳定棒ab和棒cd之间的距离.
正确答案
解:(1)由法拉第电磁感应定律,棒PQ产生的电动势为:E=BLv0
则回路产生的电流大小为:I=
(2)棒ab和cd在运动过程中始终受到等大反向的安培力,系统的动量守恒,设ab棒的速度为时cd棒的速度是v1,以向右的方向为正方向,得:
mv0=m+mv1
解得
此时回路中的总电动势:E′=(v0)BL=
回路中的电流:I′=
cd棒受到的安培力:F=BI′L
所以cd棒上的加速度:
联立得:a=
(3)稳定时二者速度相等,由动量守恒定律得:mv0=2mv2
设整个的过程中通过回路的电荷量为q,对cd棒由动量定理得:
所以:q=
设稳定后二者之间的距离是d′,则:q=
拉力以上两式得:
答:(1)棒ab有指向棒cd的初速度v0时回路中的电流是.
(2)当ab棒的速度变为初速度v0的时,cd棒的加速度大小是
.
(3)稳定棒ab和棒cd之间的距离是.
解析
解:(1)由法拉第电磁感应定律,棒PQ产生的电动势为:E=BLv0
则回路产生的电流大小为:I=
(2)棒ab和cd在运动过程中始终受到等大反向的安培力,系统的动量守恒,设ab棒的速度为时cd棒的速度是v1,以向右的方向为正方向,得:
mv0=m+mv1
解得
此时回路中的总电动势:E′=(v0)BL=
回路中的电流:I′=
cd棒受到的安培力:F=BI′L
所以cd棒上的加速度:
联立得:a=
(3)稳定时二者速度相等,由动量守恒定律得:mv0=2mv2
设整个的过程中通过回路的电荷量为q,对cd棒由动量定理得:
所以:q=
设稳定后二者之间的距离是d′,则:q=
拉力以上两式得:
答:(1)棒ab有指向棒cd的初速度v0时回路中的电流是.
(2)当ab棒的速度变为初速度v0的时,cd棒的加速度大小是
.
(3)稳定棒ab和棒cd之间的距离是.
如图,物体A、B静止在光滑水平面上,且mA>mB,现用大小相等的两个力F和F′分别作用在A和B上,使A、B沿一条直线相向运动,然后又先后撤去这两个力,已知这两个力对物体做的功相同,接着两物体碰撞并合为一体.那么AB两物体的合体( )
正确答案
解析
解:两力大小相等,物体运动距离相同,由动能定理可知,两物体获得的动能相等,碰撞前两物体的动能EK相同,由P=与mA>mB可知,PA>PB.
两物体碰撞过程中动量守恒,以两物体组成的系统为研究对象,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
PA-PB=(mA+mB)v,
故碰后速度v一定与PA相同,方向向右,故C正确.
故选:C.
如图所示,AB为倾角θ=37°的粗糙斜面轨道,通过一小段光滑圆弧与光滑水平轨道BC相连接,质量为m1的物块甲以速度v0与静止在水平轨道上、质量为m2的物块乙发生弹性正碰.若m1:m2=1:2,且轨道足够长,要使两物块能发生第二次碰撞,求乙物块与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:设碰后甲的速度为v1,乙的速度为v2,由动量守恒和能量关系:m1v0=m1v1+m2v2①
②
联立①②解得:
设上滑的最大位移大小为s,滑到斜面底端的速度大小为v,由动能定理:(m2gsin37°+μm2gcos37°)s=,③
(m2gsin37°-μm2gcos37°)s=,④
联立③④解得:
乙要能追上甲,则:⑤
解得:μ<0.45.
答:乙球与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围为μ<0.45.
解析
解:设碰后甲的速度为v1,乙的速度为v2,由动量守恒和能量关系:m1v0=m1v1+m2v2①
②
联立①②解得:
设上滑的最大位移大小为s,滑到斜面底端的速度大小为v,由动能定理:(m2gsin37°+μm2gcos37°)s=,③
(m2gsin37°-μm2gcos37°)s=,④
联立③④解得:
乙要能追上甲,则:⑤
解得:μ<0.45.
答:乙球与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围为μ<0.45.
如图所示,光滑的水平面AB与半径R=0.4m的光滑竖直半圆轨道BCD在B点相切,D点为半圆轨道最高点,A点的右侧连接一粗糙的水平面.用细线连接甲、乙两物体,中问夹一轻质压缩弹簧,弹簧与甲、乙两物体不拴接,甲的质量朋m1=4kg,乙的质量m2=5kg,甲、乙均静止.若固定乙,烧断细线,甲离开弹簧后经过B点进入半圆轨道,过D点时对轨道的压力恰好为零.取g=10m/s2,甲、乙两物体均可看作质点,求:
(1)甲离开弹簧后经过B点时的速度的大小vB;
(2)在弹簧压缩量相同的情况下,若固定甲,烧断细线,乙物体离开弹簧后从A点进入动摩擦因数μ=0.4的粗糙水平面,则乙物体在粗糙水平面运动的位移S.
正确答案
解:(1)甲在最高点D,由牛顿第二定律得:m1g=m1,
设甲离开弹簧运动至D点的过程中机械能守恒,由机械能守恒定律得:
m1vB2=
m1vD2+m1g•2R,
代入数据联立解得:vB=2m/s.
(2)甲固定,烧断细线后乙的速度大小为v2,由能量守恒定律得:
EP=m1vB2=
m2v22,
代入数据解得:v2=4m/s.
乙在粗糙水平面做匀减速运动:μm2g=m2a,
代入数据解得:a=4m/s2,
则有:s==
=2m.
答:(1)甲离开弹簧后经过B点时的速度的大小为2m/s;
(2)乙物体在粗糙水平面运动的位移为2m.
解析
解:(1)甲在最高点D,由牛顿第二定律得:m1g=m1,
设甲离开弹簧运动至D点的过程中机械能守恒,由机械能守恒定律得:
m1vB2=
m1vD2+m1g•2R,
代入数据联立解得:vB=2m/s.
(2)甲固定,烧断细线后乙的速度大小为v2,由能量守恒定律得:
EP=m1vB2=
m2v22,
代入数据解得:v2=4m/s.
乙在粗糙水平面做匀减速运动:μm2g=m2a,
代入数据解得:a=4m/s2,
则有:s==
=2m.
答:(1)甲离开弹簧后经过B点时的速度的大小为2m/s;
(2)乙物体在粗糙水平面运动的位移为2m.
如图所示,质量为m的小球A以水平速率v与静止在光滑水平面上质量为3m的小球B发生正碰后,小球A的速率变为
,则碰后B球的速度为(以v的方向为正方向)( )
正确答案
解析
解:碰撞过程中AB动量守恒,则
mv=mvA+3mvB
又因为vA=
解得:或
其中当<
还要发生第二次碰撞,这不可能,故此答案舍去
故选D.
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