- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,在水平光滑桌面上放一质量为2m的玩具小车,在小车的左侧固定一光滑圆弧轨道(是小车的一部分),其末端处为水平.用手将小车固定在桌面上,然后将质量为m的小球从光滑圆弧轨道某位置由静止释放,小球离开轨道后落在车上A点,OA=s.若小车不固定时,将该小球从光滑圆弧轨道同一位置由静止释放,则小球将落在车上O点多远处?(设小车足够长,球不致落在车外)
正确答案
解:当小车固定不动时,设小球离开水平轨道末端的速度大小为v,从离开水平轨道末端到落到车上A点所用时间为t,有:s=vt
当小车不固定时,设小球离开水平轨道末端时相对于地面的速度的大小为v1,车速的大小为v2,由动量守恒定律有:mv1=2mv2
由机械能守恒定律,两次小球离开水平轨道末端时系统的总动能相同,则有:
mv12+
×2mv22=
mv2
设小球落在车上A′处,OA′=s1,则由平抛运动规律可知:
s1=(v1+v2)t
解得:s1=s
答:小球将落在车上O点s处.
解析
解:当小车固定不动时,设小球离开水平轨道末端的速度大小为v,从离开水平轨道末端到落到车上A点所用时间为t,有:s=vt
当小车不固定时,设小球离开水平轨道末端时相对于地面的速度的大小为v1,车速的大小为v2,由动量守恒定律有:mv1=2mv2
由机械能守恒定律,两次小球离开水平轨道末端时系统的总动能相同,则有:
mv12+
×2mv22=
mv2
设小球落在车上A′处,OA′=s1,则由平抛运动规律可知:
s1=(v1+v2)t
解得:s1=s
答:小球将落在车上O点s处.
现有甲、乙两个小球(可视为质点),它们之间存在大小恒定的引力F.已知甲球质量为3m,乙球质量为m.A、B为光滑水平面上的两点,距离为L.某时刻甲球以向左的速度v0经过A点,同时乙球以向右的速度v0经过B点,求:
(1)甲球加速度的大小;
(2)当两球相距最远时,甲球速度的大小;
(3)甲、乙两球的最大距离.
正确答案
解:(1)根据牛顿第二定律可知,甲球的加速度
(2)当两球间距离达到最大时,两球的速度相同,设此速度为v.取甲、乙两球为系统,系统合外力为零,所以系统动量守恒.取水平向左为正方向,则有 3mv0-mv0=(3m+m)v
所以
(3)设经过时间t,两球间距离达到最大,则有
在这段时间中,甲球向左运动的距离
乙球向右运动的距离
所以两球的最大距离
答:(1)甲球加速度的大小为;(2)当两球相距最远时,甲球速度的大小为
;(3)甲、乙两球的最大距离为
+L.
解析
解:(1)根据牛顿第二定律可知,甲球的加速度
(2)当两球间距离达到最大时,两球的速度相同,设此速度为v.取甲、乙两球为系统,系统合外力为零,所以系统动量守恒.取水平向左为正方向,则有 3mv0-mv0=(3m+m)v
所以
(3)设经过时间t,两球间距离达到最大,则有
在这段时间中,甲球向左运动的距离
乙球向右运动的距离
所以两球的最大距离
答:(1)甲球加速度的大小为;(2)当两球相距最远时,甲球速度的大小为
;(3)甲、乙两球的最大距离为
+L.
牛顿的《自然哲学的数学原理》中记载,A、B两个玻璃球相撞,碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为15:16,分离速度是指碰撞后B对A的速度,接近速度是指碰撞前A对B的速度.若上述过程是质量为2m的玻璃球A以速度v0碰撞质量为m的静止玻璃球B,且为对心碰撞,求碰撞后A、B的速度大小.
正确答案
解:设A、B球碰撞后速度分别为v1和v2,规定A球的初速度方向为正方向,根据动量守恒定律得,
2mv0=2mv1+mv2,
根据题意知,,
解得,
.
答:碰撞后A、B的速度分别为、
.
解析
解:设A、B球碰撞后速度分别为v1和v2,规定A球的初速度方向为正方向,根据动量守恒定律得,
2mv0=2mv1+mv2,
根据题意知,,
解得,
.
答:碰撞后A、B的速度分别为、
.
如图所示,C是放在光滑的水平面上的一块木板,木板的质量为3m,在木板的上面有两块质量均为m的小木块A和B,它们与木板间的动摩擦因数均为μ.最初木板静止,A、B两木块同时以相向的水平初速度v0和2v0滑上长木板,木板足够长,A、B始终未滑离木板也未发生碰撞.求:
①木块B的最小速度是多少?
②木块A从刚开始运动到A、B、C速度刚好相等的过程中,木块A所发生的位移是多少?
正确答案
解:(1)三者共速时,B的速度最小,以向右为正,ABC整体根据动量守恒定律得:
m•2v0-mv0=5mv
解得:v=
(2)A、B均在C上滑动时,C保持静止不动.
对A根据牛顿第二定律有:μmg=ma1,
根据匀变速直线运动位移速度公式得:
当A的速度减为零后,AC一起向右加速运动,对AC整体,有:
μmg=4ma2
根据匀变速直线运动位移速度公式得:v2=2a2x2
三者共速前A的对地位移为:x=x1-x2
解得:x=
答:(1)木块B的最小速度是;
②木块A从刚开始运动到A、B、C速度刚好相等的过程中,木块A所发生的位移是.
解析
解:(1)三者共速时,B的速度最小,以向右为正,ABC整体根据动量守恒定律得:
m•2v0-mv0=5mv
解得:v=
(2)A、B均在C上滑动时,C保持静止不动.
对A根据牛顿第二定律有:μmg=ma1,
根据匀变速直线运动位移速度公式得:
当A的速度减为零后,AC一起向右加速运动,对AC整体,有:
μmg=4ma2
根据匀变速直线运动位移速度公式得:v2=2a2x2
三者共速前A的对地位移为:x=x1-x2
解得:x=
答:(1)木块B的最小速度是;
②木块A从刚开始运动到A、B、C速度刚好相等的过程中,木块A所发生的位移是.
两个小球A和B用轻弹簧相连,在光滑的水平直轨道上处于静止状态.在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P,右边有一小球C沿轨道以速度v0射向B球,如图所示,C与B发生碰撞并立即结成一个整体D.在它们继续向左运动过程中,当弹簧长度变到最短时,长度突然被锁定,不再改变.然后,A球与挡板P发生碰撞,碰后A、D都静止不动,A与P接触而不粘连.过一段时间,突然解除锁定(锁定及解除锁定均无机械能损失).已知A、B、C三球的质量均为m.
(1)求弹簧长度刚被锁定后A球的速度;
(2)求在A球离开挡板P之后的运动过程中,弹簧的最大弹性势能.
正确答案
解:(1)设C球与B球粘连成D时,D的速度为v1,由动量守恒定律得:mv0=(m+m)v1
当弹簧压缩至最短时,D与A的速度相等,设此速度为v2,
由动量守恒定律得:2mv1=3mv2,
得A的速度
(2)设弹簧长度被锁定后,贮存在弹簧中的势能为Ep,
由能量守恒得:
撞击P后,A与D的动能都为零,
解除锁定后,当弹簧刚恢复自然长度时,势能全部转变成D的动能,
设D的速度为v3,则有:
以后弹簧伸长,A球离开档板P,并获得速度,当A、D的速度相等时,弹簧伸至最长.
设此时的速度为v4,由动量守恒定律得:
当弹簧伸到最长时,其势能最大,设此势能为,
由能量守恒定律得:
由以上各式解得:
答:(1)求弹簧长度刚被锁定后A球的速度是v0;
(2)当弹簧伸到最长时,其势能最大,弹簧的最大弹性势能是
解析
解:(1)设C球与B球粘连成D时,D的速度为v1,由动量守恒定律得:mv0=(m+m)v1
当弹簧压缩至最短时,D与A的速度相等,设此速度为v2,
由动量守恒定律得:2mv1=3mv2,
得A的速度
(2)设弹簧长度被锁定后,贮存在弹簧中的势能为Ep,
由能量守恒得:
撞击P后,A与D的动能都为零,
解除锁定后,当弹簧刚恢复自然长度时,势能全部转变成D的动能,
设D的速度为v3,则有:
以后弹簧伸长,A球离开档板P,并获得速度,当A、D的速度相等时,弹簧伸至最长.
设此时的速度为v4,由动量守恒定律得:
当弹簧伸到最长时,其势能最大,设此势能为,
由能量守恒定律得:
由以上各式解得:
答:(1)求弹簧长度刚被锁定后A球的速度是v0;
(2)当弹簧伸到最长时,其势能最大,弹簧的最大弹性势能是
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