- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,倾角为θ=37°的斜面底端有一轻质弹簧,左端与挡板A连接,斜面顶端与一光滑圆管平滑对接.斜面上有凹槽M,槽M内靠近左侧壁(但刚好不粘连)有一光滑滑块N,槽M的内侧左右各带有一粘性物质(两物体相碰会粘在一起),刚开始M、N两者均被锁定.现斜面上有一光滑小球P以速度V0=9m/s与槽M发生碰撞,并以速度v1=3m/s反弹.在碰撞瞬间同时释放M、N两物体.
已知N的质量为m1=1kg、M的质量为m2=3kg、P质量为m0=1.5kg、M与斜面之间的动摩擦因数为μ=、槽长L=3m、圆弧半径R=0.25m,且圆心D与C点等高.AB足够长、小球直径略小于管的内径,忽略槽M两侧厚度、N的大小,g=10m/s2求:
(1)P滑至圆管最高点E时对圆管压力大小;
(2)被小球撞后M、N经多长时间粘在一起;
(3)槽M运动的过程中弹簧的最大弹性势能大小.
正确答案
解:(1)小球反弹后到达最高点过程中,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:m0v12=m0gR+
m0vE2,解得:vE=2m/s,
在最高点,设球与管的上侧接触,
由牛顿第二定律得:m0g+N=m0,解得:N=9N,
由牛顿第三定律可知,球对轨道的压力大小为9N.方向竖直向上;
(2)m0与m2碰撞组成的系统在碰撞过程动力守恒,以m0的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m0v0=-m0v1+m2v2,解得:v2=6m/s,
碰撞后N做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得:
m1gsinθ=m1a1,解得:a1=6m/s2,
M做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得:
μ(m1+m2)gcosθ-m2gsinθ=m2a2,解得:a2=2m/s2,
假设M与N左侧相碰撞,当两者速度相等时,N离M的左侧距离最大,
由匀变速运动的速度公式得:v2-a2t1=a1t1,解得:t1=0.75s,
由位移公式可得:△L=v2t1-a2t12-
a1t12=2.25m<3m,
说明N与M的右侧没有发生碰撞,
设两者相撞需要的时间为t2,
则有:v2t2-a2t22=
a1t22,解得:t2=1.5s,
因槽减速到速度为零的时间△t==3s>t2,
故两者相撞所需要的时间为1.5s;
(3)从M被P撞后一直到与弹簧接触之前,对M、N有:
(m1+m2)gsinθ=μ(m1+m2)gcosθ,系统动量守恒,
以M的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m2v2=(m1+m2)v3,解得:v3=4.5m/s,
弹簧弹性势能的最大值:EP=(m1+m2)v32,
解得:EP=40.5J;
答:(1)P滑至圆管最高点E时对圆管压力大小为9N;
(2)被小球撞后M、N经1.5s粘在一起;
(3)槽M运动的过程中弹簧的最大弹性势能大小为40.5J.
解析
解:(1)小球反弹后到达最高点过程中,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:m0v12=m0gR+
m0vE2,解得:vE=2m/s,
在最高点,设球与管的上侧接触,
由牛顿第二定律得:m0g+N=m0,解得:N=9N,
由牛顿第三定律可知,球对轨道的压力大小为9N.方向竖直向上;
(2)m0与m2碰撞组成的系统在碰撞过程动力守恒,以m0的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m0v0=-m0v1+m2v2,解得:v2=6m/s,
碰撞后N做匀加速直线运动,由牛顿第二定律得:
m1gsinθ=m1a1,解得:a1=6m/s2,
M做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得:
μ(m1+m2)gcosθ-m2gsinθ=m2a2,解得:a2=2m/s2,
假设M与N左侧相碰撞,当两者速度相等时,N离M的左侧距离最大,
由匀变速运动的速度公式得:v2-a2t1=a1t1,解得:t1=0.75s,
由位移公式可得:△L=v2t1-a2t12-
a1t12=2.25m<3m,
说明N与M的右侧没有发生碰撞,
设两者相撞需要的时间为t2,
则有:v2t2-a2t22=
a1t22,解得:t2=1.5s,
因槽减速到速度为零的时间△t==3s>t2,
故两者相撞所需要的时间为1.5s;
(3)从M被P撞后一直到与弹簧接触之前,对M、N有:
(m1+m2)gsinθ=μ(m1+m2)gcosθ,系统动量守恒,
以M的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
m2v2=(m1+m2)v3,解得:v3=4.5m/s,
弹簧弹性势能的最大值:EP=(m1+m2)v32,
解得:EP=40.5J;
答:(1)P滑至圆管最高点E时对圆管压力大小为9N;
(2)被小球撞后M、N经1.5s粘在一起;
(3)槽M运动的过程中弹簧的最大弹性势能大小为40.5J.
如图所示,质量为M的重锤在h高处由静止开始下落,砸到质量为m的木楔上没有弹起,二者一起向下运动.设地层给它们的平均阻力为F=16mg,M=5m,则木楔可进入的深度L是多少?
正确答案
解:第一阶段,M做自由落体运动,机械能守恒,m不动,直到M开始接触m为止.
根据动能定理得:Mgh=Mv2
第二阶段,M与m以共同速度开始向地层内运动,阻力F做负功,系统机械能损失.
以向下为正方向,根据动量守恒得:Mv+0=(M+m)v′,
根据动能定理有:(M+m)gL-FL=0-(M+m)v′2
联立以上各式解得:L==
h.
答:木楔可进入的深度L是h.
解析
解:第一阶段,M做自由落体运动,机械能守恒,m不动,直到M开始接触m为止.
根据动能定理得:Mgh=Mv2
第二阶段,M与m以共同速度开始向地层内运动,阻力F做负功,系统机械能损失.
以向下为正方向,根据动量守恒得:Mv+0=(M+m)v′,
根据动能定理有:(M+m)gL-FL=0-(M+m)v′2
联立以上各式解得:L==
h.
答:木楔可进入的深度L是h.
如图所示,质量为mB=2kg足够长的木板B静止放在光滑水平面上,质量为mA=1kg的木块A静止在B的最左侧,A与B之间的动摩擦因数μ=0.25,一质量为m=15g的子弹水平向右瞬间射穿木块A,射穿A后的速度大小100m/s,之后经过0.4s,A,B达到共同速度,取g=10m/s2.求:
(1)子弹射进A前瞬间的速度大小;
(2)木板B至少多长.
正确答案
解:(1)子弹射穿A后,A经0.4s与B达到共同速度,对B进行受力分析知:
B在A的摩擦力作用下做匀加速运动,加速度
所以经过0.4s后,AB的共同速度v′=aBt=1.25×0.4m/s=0.5m/s
子弹射穿A后,A与B组成的系统动量守恒有:
mAvA=(mA+mB)v′
可得子弹射穿A后,A的速度
子弹射穿A的过程中,子弹与A组成的系统动量守恒有
mv0=mv+mAvA
可得子弹射入前的速度
(2)子弹射出A后A的速度为vA=1.5m/s,此后以AB组成的系统根据能量守恒有:
所以可得物体A相对物体B滑动的距离s==
=0.3m
即木板B的长度至少为0.3m.
答:(1)子弹射进A前瞬间的速度大小为200m/s;
(2)木板B至少为0.3m.
解析
解:(1)子弹射穿A后,A经0.4s与B达到共同速度,对B进行受力分析知:
B在A的摩擦力作用下做匀加速运动,加速度
所以经过0.4s后,AB的共同速度v′=aBt=1.25×0.4m/s=0.5m/s
子弹射穿A后,A与B组成的系统动量守恒有:
mAvA=(mA+mB)v′
可得子弹射穿A后,A的速度
子弹射穿A的过程中,子弹与A组成的系统动量守恒有
mv0=mv+mAvA
可得子弹射入前的速度
(2)子弹射出A后A的速度为vA=1.5m/s,此后以AB组成的系统根据能量守恒有:
所以可得物体A相对物体B滑动的距离s==
=0.3m
即木板B的长度至少为0.3m.
答:(1)子弹射进A前瞬间的速度大小为200m/s;
(2)木板B至少为0.3m.
(1)下列说法中错误的是______
A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为42He+147N→178O+11H
B.铀核裂变的核反应是:23592U→14156Ba+9236Kr+210n
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3,质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2,那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
(2)(质量为M=2kg的木板若固定在光滑的水平地面上,质量为m=0.04kg的子弹以速度v1=500m/s射入,射出时子弹速度v2=300m/s,如图所示,今将钉子拔掉,子弹穿出木块后的速度多大?(设前后两次子弹和木块的作用力相同)
正确答案
解:(1)A、卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子,根据电荷数守恒、质量守恒,知方程式正确.故A正确.
B、铀核裂变的核反应是用一个中子轰击铀核得到三个中子,但是方程式中中子不能约去.故B错误.
C、2个质子和2个中子结合成1个α粒子,根据质能方程知,△E=△mc2=(2m1+2m2-m3)c2.故C正确.
D、原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子,知ac能级差△E1=h,原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,知cb间能级差
,因为λ1>λ2,则从a能级状态跃迁到c能级需吸收光子,有
,解得
.故D正确.
本题选错误的,故选B.
(2)固定木块时,系统摩擦产生的热量为Q
Q=mv12-
mv22 ①
因为将固定木块的钉子拔出后,子弹仍能射出木块
以m 和M 组成系统为研究对象,系统在水平方向动量守恒,根据动量守恒列方程:
mv1=MV+mv ②
mv12=Q+
Mv2+
mv2③
由解得①②③得
v=298.5m/s
答:子弹穿出木块后的速度为298.5m/s.
解析
解:(1)A、卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子,根据电荷数守恒、质量守恒,知方程式正确.故A正确.
B、铀核裂变的核反应是用一个中子轰击铀核得到三个中子,但是方程式中中子不能约去.故B错误.
C、2个质子和2个中子结合成1个α粒子,根据质能方程知,△E=△mc2=(2m1+2m2-m3)c2.故C正确.
D、原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子,知ac能级差△E1=h,原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,知cb间能级差
,因为λ1>λ2,则从a能级状态跃迁到c能级需吸收光子,有
,解得
.故D正确.
本题选错误的,故选B.
(2)固定木块时,系统摩擦产生的热量为Q
Q=mv12-
mv22 ①
因为将固定木块的钉子拔出后,子弹仍能射出木块
以m 和M 组成系统为研究对象,系统在水平方向动量守恒,根据动量守恒列方程:
mv1=MV+mv ②
mv12=Q+
Mv2+
mv2③
由解得①②③得
v=298.5m/s
答:子弹穿出木块后的速度为298.5m/s.
如图所示,一轻质弹簧,两端连着物体A和B放在光滑水平面上,如果物体A被水平速度为v0的子弹射中并嵌在物体A中,已知物体A的质量为物体B的质量的
,子弹的质量是物体B质量的
.弹簧被压缩到最短时物体B的速度为( )
正确答案
解析
解:对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统,A、B速度相等时弹簧被压缩到最短.
设B的质量为m,
根据动量守恒定律可得:
mv0=(
m+mA+mB)v
由此解得:v=
故选:B.
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