- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,质量为m、长度为L的木块A静止放在光滑的水平面上,另一个质量为2m的小球B以速度v在水平面上向右运动并与A在距竖直墙壁为7L处发生碰撞,已知碰后木块A的速度大小为v,木块A与墙壁的碰撞过程中无机械能损失,且碰撞时间极短,小球的半径可忽略不计.求:
(1)木块和小球发生第一次碰撞过程中的能量损失;
(2)木块和小球发生第二次碰撞时,小球到墙壁的距离.
正确答案
解:(1)设小球与木块第一次碰撞后的速度大小为v,并取水平向右为正方向,由动量守恒有:
2mv0=2mv+mv0,
解得:v=v0.
碰撞过程中的能量损失为:△E=×2mv02-
×2mv2-
mv02=
mv02;
(2)设第二次碰撞时小球到墙壁的距离为x,则在两次碰撞之间,小球运动的路程为:7L-x,木块运动的路程为:7L+x-2L.
由于小球和木块在两次碰撞之间运动的时间相同,由t=可知:
,
解得:x=3L.
答:(1)木块和小球发生碰撞过程中的能量损失为mv02;
(2)木块和小球发生第二次碰撞时,小球到墙壁的距离为3L.
解析
解:(1)设小球与木块第一次碰撞后的速度大小为v,并取水平向右为正方向,由动量守恒有:
2mv0=2mv+mv0,
解得:v=v0.
碰撞过程中的能量损失为:△E=×2mv02-
×2mv2-
mv02=
mv02;
(2)设第二次碰撞时小球到墙壁的距离为x,则在两次碰撞之间,小球运动的路程为:7L-x,木块运动的路程为:7L+x-2L.
由于小球和木块在两次碰撞之间运动的时间相同,由t=可知:
,
解得:x=3L.
答:(1)木块和小球发生碰撞过程中的能量损失为mv02;
(2)木块和小球发生第二次碰撞时,小球到墙壁的距离为3L.
如图所示,在光滑的水平面上,质量为4m、长为L的木板右端紧靠竖直墙壁,与墙壁不粘连.质量为m的小滑块(可视为质点)以水平速度v0滑上木板左端,滑到木板右端时速度恰好为零.现小滑块以另一水平速度v滑上木板左端,滑到木板右端时与竖直墙壁发生碰撞,被原速率弹回,刚好能够滑到木板左端而不掉下,求速度v的值.
正确答案
解:小物块以速度v0右滑时,由动能定理得:,
小滑块以速度v滑上木板到碰墙前速度为v1,由动能定理得:,
碰后至共速由动量守恒,以滑块的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv1=(m+4m)v2,
由能量守恒定律得:,
联立解得:;
答:速度为v0.
解析
解:小物块以速度v0右滑时,由动能定理得:,
小滑块以速度v滑上木板到碰墙前速度为v1,由动能定理得:,
碰后至共速由动量守恒,以滑块的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv1=(m+4m)v2,
由能量守恒定律得:,
联立解得:;
答:速度为v0.
额定功率为80kw的汽车沿平直公路行驶的最大速率为20m/s,汽车质量为2000kg,如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s2,运动中所受阻力大小不变.汽车做匀加速运动的时间是______s.
正确答案
5
解析
解:当速度最大时,F=f.
有P=fvm,则有:f==
=4000N.
由牛顿第二定律得:F-f=ma.
则汽车匀加速时的牵引力:F=f+ma=4000N+2000×2=8000N.
匀加速运动的最大速度为v==
=10m/s,
匀加速直线运动的时间为:t==
=5s;
故答案为:5.
如图所示,某游乐节目过程简化如下,脚上固定有滑盘的选手沿滑道滑入一长度为L的水平传送带的右端A,此时速度为v0,传送带以恒定速度v(v<v0)向左传送.当滑到传送带左端B时,选手抓住竖直悬挂的绳子而向左摆 起,摆至左侧最高点C时,选手用力将手中的包袱沿垂直于绳子方向抛出.之后,选手随绳子摆回传送带左端,即刻放开绳子在传送带上滑行.选手(包括滑盘)和包袱的质量分别为m和km(0<k<1),均可看作质点,滑盘与传送带间的动摩擦因数为µ,绳子的悬挂点到选手的距离L.不考虑空气阻力和绳的质量,重力加速度为g.
(1)求选手在传送带上滑行的加速度a;
(2)求向左运动滑到B点时的速度vB;
(3)要确保抛出包袱后,选手最终能再次滑回A点,则包袱抛出时的速度v1需满足什么条件?
正确答案
解:(1)选手在传送带上受到重力、支持力和摩擦力的作用,沿水平方向:ma=f=μmg
所以:a=
(2)选手从A到B的过程中,摩擦力做功,速度减小,可能一直做减速运动,也可能先减速后匀速;
若一直减速,则:
所以:,
若先减速后匀速,则选手到达B的速度与传送带的速度相等,即:vB=v
(3)若选手能从B点返回A点,恰好返回A点时,到达A的速度恰好为0,则选手在B点的速度v2满足:
所以:,
如果选手的初速度v0足够大,或传送带的速度足够大,vB≥v2,则选手只需要把包裹丢掉即可.
若选手的初速度比较小,或传送带的速度比较小,vB<v2,选手到达C时,C点的高度h:
选手用力将手中的包袱沿垂直于绳子方向抛出的瞬间,在垂直于绳子的方向可以看做选手与包裹的动量守恒,选取包裹运动的方向为正方向,则:
km•v1-mv′=0
所以:
选手从C回到B的过程中机械能守恒,得:
联立解得:
答:(1)选手在传送带上滑行的加速度是μg;
(2)向左运动滑到B点时的速度是v或;
(3)要确保抛出包袱后,选手最终能再次滑回A点:
如果选手的初速度v0足够大,或传送带的速度足够大,vB≥v2,则选手只需要把包裹丢掉即可.
若选手的初速度比较小,或传送带的速度比较小,vB<v1,选手到达C时,包袱抛出时的速度v1需满足大于或等于.
解析
解:(1)选手在传送带上受到重力、支持力和摩擦力的作用,沿水平方向:ma=f=μmg
所以:a=
(2)选手从A到B的过程中,摩擦力做功,速度减小,可能一直做减速运动,也可能先减速后匀速;
若一直减速,则:
所以:,
若先减速后匀速,则选手到达B的速度与传送带的速度相等,即:vB=v
(3)若选手能从B点返回A点,恰好返回A点时,到达A的速度恰好为0,则选手在B点的速度v2满足:
所以:,
如果选手的初速度v0足够大,或传送带的速度足够大,vB≥v2,则选手只需要把包裹丢掉即可.
若选手的初速度比较小,或传送带的速度比较小,vB<v2,选手到达C时,C点的高度h:
选手用力将手中的包袱沿垂直于绳子方向抛出的瞬间,在垂直于绳子的方向可以看做选手与包裹的动量守恒,选取包裹运动的方向为正方向,则:
km•v1-mv′=0
所以:
选手从C回到B的过程中机械能守恒,得:
联立解得:
答:(1)选手在传送带上滑行的加速度是μg;
(2)向左运动滑到B点时的速度是v或;
(3)要确保抛出包袱后,选手最终能再次滑回A点:
如果选手的初速度v0足够大,或传送带的速度足够大,vB≥v2,则选手只需要把包裹丢掉即可.
若选手的初速度比较小,或传送带的速度比较小,vB<v1,选手到达C时,包袱抛出时的速度v1需满足大于或等于.
质量为mB=2kg的平板车B上表面水平,开始时静止在光滑水平面上,在平板车左端静止着一块质量为mA=2kg的物体A,一颗质量为m0=0.01kg的子弹以v0=600m/s的水平初速度瞬间射穿A后,速度变为v=100m/s,已知A、B之间的动摩擦因数不为零,且A与B最终达到相对静止.求:
①物体A的最大速度vA;
②平板车B的最大速度vB.
③整个过程中产生的内能是多少?
正确答案
解析:①子弹穿过物体A的过程中,对子弹和物块A,由动量守恒定律得:
m0v0=m0v+mAvA
即:0.01×600=0.01×100+2×vA,
解得:vA=2.5m/s,
此后物体A减速,所以物体A的最大速度为2.5m/s;
②对物块A和平板车B,由动量守恒定律得:
mAvA=(mA+mB)vB
即:2×2.5=(2+2)vB,
解得:vB=1.25m/s,平板车B的最大速度为1.25m/s;
③减少的动能转化内能,由能量守恒有:
Q=m0v02-
(mA+mB)vB2-
m0v2=
×0.01×6002-
×(2+2)×1.252-
×0.01×1002=1746.875J;
答:①物体A的最大速度为2.5m/s;
②平板车B的最大速度为1.25m/s.
③整个过程中产生的内能是1746.875J.
解析
解析:①子弹穿过物体A的过程中,对子弹和物块A,由动量守恒定律得:
m0v0=m0v+mAvA
即:0.01×600=0.01×100+2×vA,
解得:vA=2.5m/s,
此后物体A减速,所以物体A的最大速度为2.5m/s;
②对物块A和平板车B,由动量守恒定律得:
mAvA=(mA+mB)vB
即:2×2.5=(2+2)vB,
解得:vB=1.25m/s,平板车B的最大速度为1.25m/s;
③减少的动能转化内能,由能量守恒有:
Q=m0v02-
(mA+mB)vB2-
m0v2=
×0.01×6002-
×(2+2)×1.252-
×0.01×1002=1746.875J;
答:①物体A的最大速度为2.5m/s;
②平板车B的最大速度为1.25m/s.
③整个过程中产生的内能是1746.875J.
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