- 动量守恒定律
- 共5880题
某同学设计了如图所示的趣味实验来研究碰撞问题,用材料和长度相同的不可伸长的轻绳依次将N个大小相同、质量不等的小球悬挂于水平天花板下方,且相邻的小球静止时彼此接触但无相互作用力,小球编号从左到右依次为1、2、3、…、N,每个小球的质量为其相邻左边小球质量的k倍(k<1).在第N个小球右侧放置一倾角α=37°的斜面,斜面左侧靠近第N个小球处有一光滑平台,平台上放置一小球P,小球P的质量与第N个小球的质量相等,所有小球的球心等高.现将1号小球由最低点向左拉起高度h,保持绳绷紧状态由静止释放1号小球,使其与2号小球碰撞,2号小球再与3号小球碰撞….所有碰撞均为在同一直线上的正碰且无机械能损失.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8;重力加速度为g,空气阻力、小球每次碰撞时间均可忽略不计.
(1)求1号小球与2号小球碰撞之前的速度v1大小;
(2)求P小球离开光滑平台时的速度vP的大小;
(3)若N=5,且发现P小球离开平台后第一次落于斜面上与P点竖直高度差为H=h的Q点,求k的值.
正确答案
解:(1)设1号小球的质量为m1,碰前的速度为v1,
对于1号小球由h高运动到最低点过程,根据机械能守恒
解得:
(2)设1号、2号小球碰撞后的速度分别为v1′和v2,取水平向右为正方向.
对于1、2号小球碰撞的过程,根据动量守恒定律有
m1v1=m1v‘1+m2v2
根据机械能守恒有
解得:
设2号、3号小球碰撞后的速度分别为v2′和v3,
对于2、3号小球碰撞的过程,根据动量守恒定律有 m2v2=m2v'2+m3v3
根据机械能守恒有
同理可解得:3号小球被碰后的速度
则第N个球与P碰撞前的速度,
而小球P的质量与第N个小球的质量相等,且发生正碰,速度交换,则P小球离开光滑平台时的速度vP=
(3)由(2)中的结果可推知5号小球被碰后的速度
因为5号小球与P小球质量相等,可知二者发生碰撞后交换速度,
所以P小球第一次被碰撞后的速度
P球此后做平抛运动,则有:
H=
,
解得:
答:(1)1号小球与2号小球碰撞之前的速度v1大小为;
(2)求P小球离开光滑平台时的速度vP的大小为;
(3)若N=5,且发现P小球离开平台后第一次落于斜面上与P点竖直高度差为H=h的Q点,k的值为
.
解析
解:(1)设1号小球的质量为m1,碰前的速度为v1,
对于1号小球由h高运动到最低点过程,根据机械能守恒
解得:
(2)设1号、2号小球碰撞后的速度分别为v1′和v2,取水平向右为正方向.
对于1、2号小球碰撞的过程,根据动量守恒定律有
m1v1=m1v‘1+m2v2
根据机械能守恒有
解得:
设2号、3号小球碰撞后的速度分别为v2′和v3,
对于2、3号小球碰撞的过程,根据动量守恒定律有 m2v2=m2v'2+m3v3
根据机械能守恒有
同理可解得:3号小球被碰后的速度
则第N个球与P碰撞前的速度,
而小球P的质量与第N个小球的质量相等,且发生正碰,速度交换,则P小球离开光滑平台时的速度vP=
(3)由(2)中的结果可推知5号小球被碰后的速度
因为5号小球与P小球质量相等,可知二者发生碰撞后交换速度,
所以P小球第一次被碰撞后的速度
P球此后做平抛运动,则有:
H=
,
解得:
答:(1)1号小球与2号小球碰撞之前的速度v1大小为;
(2)求P小球离开光滑平台时的速度vP的大小为;
(3)若N=5,且发现P小球离开平台后第一次落于斜面上与P点竖直高度差为H=h的Q点,k的值为
.
在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球A的前方O点有一质量为m2的小球B处于静止状态,如图所示.小球A与小球B发生正碰后小球A、B均向右运动.小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇,PQ=1.5PO.假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性的,求两小球碰撞后的速度大小之比及质量之比m1:m2.
正确答案
解:两球发生弹性碰撞,设碰后A、B两球的速度分别为v1、v2,规定向右为正方向,根据系统动量守恒得:
m1v0=m1v1+m2v2 …①
已知小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞均无机械能损失,
由机械能守恒定律得:m1v02=
m1v12+
m2v22 …②
从两球碰撞后到它们再次相遇,甲和乙的速度大小保持不变,
由于PQ=1.5PO,则A和B通过的路程之比为:
s1:s2=1:4,
联立解得:=
;
答:两小球质量之比为2:1.
解析
解:两球发生弹性碰撞,设碰后A、B两球的速度分别为v1、v2,规定向右为正方向,根据系统动量守恒得:
m1v0=m1v1+m2v2 …①
已知小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞均无机械能损失,
由机械能守恒定律得:m1v02=
m1v12+
m2v22 …②
从两球碰撞后到它们再次相遇,甲和乙的速度大小保持不变,
由于PQ=1.5PO,则A和B通过的路程之比为:
s1:s2=1:4,
联立解得:=
;
答:两小球质量之比为2:1.
(1)有关原子的下列说法中正确的是______(填选项前的字母)
A.在光电效应现象中,入射光的强度越大,光电子的最大初动能越大
B.汤姆生通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型
C.23592U衰变为86Rn要经过4次α衰变和2次β衰变
D.玻尔原子理论不仅能解释氢原子光谱,而且也能解释其它原子光谱
(2)在光滑的水平面上有两个在同一直线上相向运动的小球,其中甲球的质量m1=2kg,乙球的质量m2=1kg,规定向右为正方向,碰撞前后甲球的速度随时间变化情况如图所示.已知两球发生正碰后粘在一起,则碰前乙球速度的大小和方向分别为______.(填选项前的字母)
A.7m/s,向右 B.7m/s,向左
C.1m/s,向左 D.1m/s,向右.
正确答案
解:(1)A、在光电效应现象中,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,与入射光的强度无关.故A错误.
B、卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型.故B错误.
C、根据质量数守恒和电荷数守恒,α衰变的次数为,配平得到β衰变的次数为2次.故C正确.
D、玻尔原子理论只能解释氢原子光谱,不能解释其它原子光谱.故D错误.
故选C
(2)碰撞前后根据动量守恒定律得:
m1v1+m2v2=0+m2v′2
由图看出,v2=2m/s,v′2=-1m/s,
代入解得v1=-7m/s,所以碰前甲球速度的大小是7m/s,方向向左,故选B.
故答案为:(1)C (2)B
解析
解:(1)A、在光电效应现象中,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,与入射光的强度无关.故A错误.
B、卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型.故B错误.
C、根据质量数守恒和电荷数守恒,α衰变的次数为,配平得到β衰变的次数为2次.故C正确.
D、玻尔原子理论只能解释氢原子光谱,不能解释其它原子光谱.故D错误.
故选C
(2)碰撞前后根据动量守恒定律得:
m1v1+m2v2=0+m2v′2
由图看出,v2=2m/s,v′2=-1m/s,
代入解得v1=-7m/s,所以碰前甲球速度的大小是7m/s,方向向左,故选B.
故答案为:(1)C (2)B
如图所示,甲、乙两冰球运动员为争抢冰球而合理冲撞,已知甲运动员的质量为60kg,乙运动员的质量为70kg,接触前两运动员速度大小均为5m/s,冲撞结果为甲被撞回,速度大小为2m/s,如果接触时间为0.2s,问:
(1)冲撞时两运动员的相互作用力多大?
(2)撞后乙的速度大小是多少?方向又如何?
正确答案
解:(1)取甲碰前的速度方向为正方向,对甲运用动量定理,有:
-Ft=-m甲v-m甲v甲
代入数据得:F==
N=2100N
(2)取甲碰前的速度方向为正方向,对系统运用动量守恒定律,有:
m甲v甲-m乙v乙=-m甲v-m乙
代入数据:60×5-70×5=-60×2+70×
解得:=1m/s,方向与甲碰前速度方向相同.
答:(1)冲撞时两运动员的相互作用力是2100N.
(2)撞后乙的速度大小是1m/s,方向与甲碰前速度方向相同.
解析
解:(1)取甲碰前的速度方向为正方向,对甲运用动量定理,有:
-Ft=-m甲v-m甲v甲
代入数据得:F==
N=2100N
(2)取甲碰前的速度方向为正方向,对系统运用动量守恒定律,有:
m甲v甲-m乙v乙=-m甲v-m乙
代入数据:60×5-70×5=-60×2+70×
解得:=1m/s,方向与甲碰前速度方向相同.
答:(1)冲撞时两运动员的相互作用力是2100N.
(2)撞后乙的速度大小是1m/s,方向与甲碰前速度方向相同.
在光滑的水平地面上静止着一质量M=0.4kg的薄木板,一个质量m=0.2kg的木块(可视为质点)以v0=4m/s的速度,从木板左端滑上,一段时间后,又从木板上滑下(不计木块滑下时的机械能损失),两物体仍沿直线继续向前运动,从木块与木板刚刚分离开始计时,经时间t=3.0s,两物体之间的距离增加了s=3m,已知木块与木板的动摩擦因数μ=0.4,求薄木板的长度.
正确答案
解:设木块与木板分离后速度分别为v1、v2,规定木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=mv1+Mv2
v1-v2=
联立并代入数据解得:v1=2m/s,v2=1m/s
由功能关系得:
μmgd=m
-
m
-
M
代入数据解得:d=1.25m
答:薄木板的长度是1.25m.
解析
解:设木块与木板分离后速度分别为v1、v2,规定木块的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=mv1+Mv2
v1-v2=
联立并代入数据解得:v1=2m/s,v2=1m/s
由功能关系得:
μmgd=m
-
m
-
M
代入数据解得:d=1.25m
答:薄木板的长度是1.25m.
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