- 动量守恒定律
- 共5880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.
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
由,
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
由,
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.
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.
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( )
正确答案
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.
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.
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