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题型:简答题
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简答题

如图所示,一轻质弹簧两端连着物体A和B,放在光滑的水平面上,物体A被水平速度为v0的子弹射中并且嵌入其中.已知物体B的质量为m,物体A的质量是m,子弹的质量是m.

①求弹簧压缩到最短时B的速度.

②弹簧的最大弹性势能.

正确答案

解:①当A、B速度相等时,弹簧的压缩量最大,设此时A、B的共同速度为v.对子弹、A、B组成的系统,从子弹射入A到弹簧压缩到最短时系统的动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(m+m+m)v,

解得:v=v0

②设子弹射入A后,A与子弹的共同速度为v1,A与子弹组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=(m+m)v1

解得:v1=v0

弹簧的压缩量最大时,弹簧弹性势能最大,由能量守恒定律得:

EP=(m+m)v12-(m+m+m)v2

解得:Ep=mv02

答:①弹簧压缩到最短时B的速度为v0

②弹簧的最大弹性势能为mv02

解析

解:①当A、B速度相等时,弹簧的压缩量最大,设此时A、B的共同速度为v.对子弹、A、B组成的系统,从子弹射入A到弹簧压缩到最短时系统的动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(m+m+m)v,

解得:v=v0

②设子弹射入A后,A与子弹的共同速度为v1,A与子弹组成的系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=(m+m)v1

解得:v1=v0

弹簧的压缩量最大时,弹簧弹性势能最大,由能量守恒定律得:

EP=(m+m)v12-(m+m+m)v2

解得:Ep=mv02

答:①弹簧压缩到最短时B的速度为v0

②弹簧的最大弹性势能为mv02

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题型:简答题
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简答题

如图所示,光滑水平台面MN上放两个相同小物块A、B,右端N处与水平传送带理想连接,传送带水平部分长度L=8m,沿逆时针方向以恒定速度v0=2m/s匀速转动.物块A、B(大小不计,视作质点)与传送带间的动摩擦因数均为μ=0.2,物块A、B质量均为m=1kg.开始时A、B静止,A、B间压缩一轻质短弹簧.现解除锁定,弹簧弹开A、B,弹开后B滑上传送带,A掉落到地面上的Q点,已知水平台面高h=0.8m,Q点与水平台面间右端间的距离S=1.6m,g取10m/s2

(1)求物块A脱离弹簧时速度的大小;

(2)求弹簧储存的弹性势能;

(3)求物块B在水平传送带上运动的时间.

正确答案

解:(1)A作平抛运动,竖直方向:

水平方向:S=vAt

代入数据联立解得:vA=4m/s

(2)解锁过程系统动量守恒,规定A的速度方向为正方向,有:mvA-mvB=0

由能量守恒定律:

代入数据解得:Ep=16J

(3)B作匀变速运动,由牛顿第二定律有:μmg=ma

解得:a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2

B向右匀减速至速度为零,由

解得:SB=4m<L=8m,所以B最终回到水平台面.

设B向右匀减速的时间为t1:vB=at1

设B向左加速至与传送带共速的时间为t2,v0=at2

共速后做匀速运动的时间为t3,有:SB-S2=v0t3

代入数据解得总时间:t=t1+t2+t3=4.5s.

答:(1)物块A脱离弹簧时速度的大小为4m/s;

(2)弹簧储存的弹性势能为16J;

(3)物块B在水平传送带上运动的时间为4.5s.

解析

解:(1)A作平抛运动,竖直方向:

水平方向:S=vAt

代入数据联立解得:vA=4m/s

(2)解锁过程系统动量守恒,规定A的速度方向为正方向,有:mvA-mvB=0

由能量守恒定律:

代入数据解得:Ep=16J

(3)B作匀变速运动,由牛顿第二定律有:μmg=ma

解得:a=μg=0.2×10m/s2=2m/s2

B向右匀减速至速度为零,由

解得:SB=4m<L=8m,所以B最终回到水平台面.

设B向右匀减速的时间为t1:vB=at1

设B向左加速至与传送带共速的时间为t2,v0=at2

共速后做匀速运动的时间为t3,有:SB-S2=v0t3

代入数据解得总时间:t=t1+t2+t3=4.5s.

答:(1)物块A脱离弹簧时速度的大小为4m/s;

(2)弹簧储存的弹性势能为16J;

(3)物块B在水平传送带上运动的时间为4.5s.

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题型:简答题
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简答题

质量为1kg的钢球A,系在长为l=0.8m的绳子的一端,绳子的另一端固定.把绳子拉至水平位置后将球由静止释放,球在最低点与质量为5kg的钢块B发生弹性碰撞,钢块与水平地面动摩擦因数μ=0.5,求:(g=10m/s2) 

(1)碰撞后钢球升高的最大高度h,

(2)若钢球A质量可调节,但仍可看作质点,其它条件不变,钢块B在水平面上滑行的最远距离x.

正确答案

解:(1)A球释放的过程中,根据动能定理得:

解得:

A球与钢块B发生弹性碰撞,动量和能量守恒,设A的速度方向为正方向,则有:

根据动量守恒定律得:mAvA=mAv′+mBv,

根据能量守恒得:

解得:,v=

则碰撞后钢球反向,根据动能定理得:

升高的最大高度h=

(2)碰撞后B球在水平面上做匀减速直线运动,加速度a=

钢块B在水平面上滑行的最远距离x=

则当B球速度最大时,滑行的距离最大,

A与B发生弹性碰撞,能量守恒,当A球的能量全部转化为B的能量时,B速度最大,即当A球的质量与B质量相等时,AB碰撞后交换速度,

则此时B的速度为vB=4m/s,则xmax=

答:(1)碰撞后钢球升高的最大高度为0.36m;

(2)若钢球A质量可调节,但仍可看作质点,其它条件不变,钢块B在水平面上滑行的最远距离x为1.6m.

解析

解:(1)A球释放的过程中,根据动能定理得:

解得:

A球与钢块B发生弹性碰撞,动量和能量守恒,设A的速度方向为正方向,则有:

根据动量守恒定律得:mAvA=mAv′+mBv,

根据能量守恒得:

解得:,v=

则碰撞后钢球反向,根据动能定理得:

升高的最大高度h=

(2)碰撞后B球在水平面上做匀减速直线运动,加速度a=

钢块B在水平面上滑行的最远距离x=

则当B球速度最大时,滑行的距离最大,

A与B发生弹性碰撞,能量守恒,当A球的能量全部转化为B的能量时,B速度最大,即当A球的质量与B质量相等时,AB碰撞后交换速度,

则此时B的速度为vB=4m/s,则xmax=

答:(1)碰撞后钢球升高的最大高度为0.36m;

(2)若钢球A质量可调节,但仍可看作质点,其它条件不变,钢块B在水平面上滑行的最远距离x为1.6m.

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题型: 单选题
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单选题

设A、B两小球相撞,碰撞前后都在同一直线上运动,若测得它们碰前的速度为vA,vB,碰后的速度为vA′,vB′,则两小球的质量之比等于(  )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

解:两球碰撞过程系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mavA+mbvB=mavA′+mbvB′,解得:=

或、mavA-mbvB=mavA′+mbvB′,解得:=

或、mavA+mbvB=mavA′-mbvB′,解得:=-

或、mavA-mbvB=mavA′-mbvB′,解得:=

故选:A.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,有一个固定在水平面的透气圆筒,筒中有一劲度系数为k、长度为L的轻弹簧,其一端固定在筒底,另一端连接一质量为m的薄滑块,圆筒内壁涂有一层新型智能材料--ER流体,它对滑块的阻力是可调的.开始时滑块静止在筒内筒口处,ER流体对其阻力为0,弹簧处于原长.质量也为m的表面光滑的物体(可视为质点)静止在距筒底2L处的水平面上,现有一水平恒力F将该物体向右推入圆筒内,物体与滑块碰撞后粘在一起向右运动(碰撞时间极短).已知碰撞后物体与滑块做匀速运动,且向底移动距为(小于L)时速度减为0.若物体与滑块碰撞前无能量损失,圆筒壁的厚度忽略不计.求:

(1)物体与滑块碰撞前瞬间的速度大小;

(2)物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能;

(3)滑块向下运动过程中加速度的大小;

(4)滑块向筒底移动距离为d时,ER流体对滑块阻力的大小.

正确答案

解:(1)设物体与滑块碰撞前的速度为v0,

对物体,由动能定理得:FLmv02,解得:v0=

(2)物体与滑块碰撞过程系统动量守恒,以物体的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mv0-(m+m)v1=0,

由能量守恒定律可知,碰撞过程损失的机械能:

△E=mv02-(m+m)v12

解得:△E=FL;

(3)对滑块,由速度位移公式得:v12=2as,

解得,加速度:a=

(4)设弹簧弹力为F1,ER流体对滑块的作用力为F2,受力如图所示,

由牛顿第二定律得:F1+F2-F=2ma,

其中:F1=kx,s=d,

解得:F2=F+kL-kd;

答:(1)物体与滑块碰撞前瞬间的速度大小为

(2)物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能为FL;

(3)滑块向下运动过程中加速度的大小为

(4)滑块向筒底移动距离为d时,ER流体对滑块阻力的大小为F+kL-kd.

解析

解:(1)设物体与滑块碰撞前的速度为v0,

对物体,由动能定理得:FLmv02,解得:v0=

(2)物体与滑块碰撞过程系统动量守恒,以物体的初速度方向为正方向,

由动量守恒定律得:mv0-(m+m)v1=0,

由能量守恒定律可知,碰撞过程损失的机械能:

△E=mv02-(m+m)v12

解得:△E=FL;

(3)对滑块,由速度位移公式得:v12=2as,

解得,加速度:a=

(4)设弹簧弹力为F1,ER流体对滑块的作用力为F2,受力如图所示,

由牛顿第二定律得:F1+F2-F=2ma,

其中:F1=kx,s=d,

解得:F2=F+kL-kd;

答:(1)物体与滑块碰撞前瞬间的速度大小为

(2)物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能为FL;

(3)滑块向下运动过程中加速度的大小为

(4)滑块向筒底移动距离为d时,ER流体对滑块阻力的大小为F+kL-kd.

下一知识点 : 动量守恒定律的应用
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