- 动量守恒定律
- 共5880题
儿童滑梯可以看成是由斜槽AB和水平槽CD组成,中间用很短的光滑圆弧槽BC连接,如图所示.质量为m的儿童从斜槽的顶点A由静止开始沿斜槽AB滑下,再进入水平槽CD,最后停在水平槽上的E点,由A到E的水平距离设为L.假设儿童可以看作质点,已知儿童的质量为m,他与斜槽和水平槽间的动摩擦因数都为μ,A点与水平槽CD的高度差为h.
(1)求儿童从A点滑到E点的过程中,重力做的功和克服摩擦力做的功;
(2)试分析说明,儿童沿滑梯滑下通过的水平距离L与斜槽AB跟水平面的夹角无关;
(3)要使儿童沿滑梯滑下过程中的最大速度不超过v,斜槽与水平面的夹角不能超过多少?(可用反三角函数表示)
正确答案
解:(1)儿童从A点滑到E点的过程中,重力做功W=mgh,儿童由静止开始滑下最后停在E点,在整个过程中克服摩擦力做功W1,由动能定理得,
mgh-W1=0,则克服摩擦力做功为W1=mgh
(2)设斜槽AB与水平面的夹角为α,儿童在斜槽上受重力mg,支持力FN1和滑动摩擦力f1
f1=μmgcosα
儿童在水平槽上受重力mg、支持力FN2和滑动摩擦力f2
f2=μmg
儿童从A点由静止滑下,最后停在E点,由动能定理得
解得,它与角α无关
(3)儿童沿滑梯滑下的过程中,通过B点的速度最大,显然,倾角α越大,通过B点的速度越大,设倾角为α0时有最大速度v,由动能定理得
解得最大倾角
答:(1)儿童从A点滑到E点的过程中,重力做的功为mgh,克服摩擦力做的功也为mgh;
(2)儿童沿滑梯滑下通过的水平距离L与斜槽AB跟水平面的夹角无关,证明如上;
(3)要使儿童沿滑梯滑下过程中的最大速度不超过v,斜槽与水平面的夹角不能超过.
解析
解:(1)儿童从A点滑到E点的过程中,重力做功W=mgh,儿童由静止开始滑下最后停在E点,在整个过程中克服摩擦力做功W1,由动能定理得,
mgh-W1=0,则克服摩擦力做功为W1=mgh
(2)设斜槽AB与水平面的夹角为α,儿童在斜槽上受重力mg,支持力FN1和滑动摩擦力f1
f1=μmgcosα
儿童在水平槽上受重力mg、支持力FN2和滑动摩擦力f2
f2=μmg
儿童从A点由静止滑下,最后停在E点,由动能定理得
解得,它与角α无关
(3)儿童沿滑梯滑下的过程中,通过B点的速度最大,显然,倾角α越大,通过B点的速度越大,设倾角为α0时有最大速度v,由动能定理得
解得最大倾角
答:(1)儿童从A点滑到E点的过程中,重力做的功为mgh,克服摩擦力做的功也为mgh;
(2)儿童沿滑梯滑下通过的水平距离L与斜槽AB跟水平面的夹角无关,证明如上;
(3)要使儿童沿滑梯滑下过程中的最大速度不超过v,斜槽与水平面的夹角不能超过.
(2016•兰州模拟)有两个小铁块A、B质量分别是2m、m,水平面上O点左侧是光滑的,右侧与两铁块间的动摩擦因数相同都为μ=0.1.某时刻A以速度v0=6m/s向右运动与B相撞并粘在一起,忽略物块的大小,且碰撞时间极短,求:
(1)AB刚粘在一起共同运动时的速度;
(2)最终停下来时与O点的距离.
正确答案
解:(1)因碰撞时间极短,A、B碰撞过程中,动量守恒,规定A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得
2mv0=(m+2m)v
解得:v=4m/s
(2)碰撞后AB一起做匀减速直线运动,根据动能定理得:
解得:x=8m
答:(1)AB刚粘在一起共同运动时的速度为4m/s;
(2)最终停下来时与O点的距离为8m.
解析
解:(1)因碰撞时间极短,A、B碰撞过程中,动量守恒,规定A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得
2mv0=(m+2m)v
解得:v=4m/s
(2)碰撞后AB一起做匀减速直线运动,根据动能定理得:
解得:x=8m
答:(1)AB刚粘在一起共同运动时的速度为4m/s;
(2)最终停下来时与O点的距离为8m.
在竖直平面内固定一轨道ABCO,AB段水平放置,长为4m,BCO段弯曲且光滑,轨道在O点的曲率半径为1.5m.视为质点的圆环a、b套在轨道上,圆环a、b质量相等,都是1kg,b圆环挂在O 点.圆环a与轨道AB 段间的动摩擦因数为0.5.建立如图所示的直角坐标系,a圆环在沿x 轴正方向的恒力F作用下,从A( 7,2)点由静止开始运动,到达原点O时撤去恒力F.a、b两环在O点发生弹性正碰,b环水平飞出后经过D(6,3)点.g取10m/s2,不计空气阻力.求:
(1)碰后瞬间b 环速度;
(2)恒力F大小;
(3)a圆环到达O点时(与b碰撞前)对轨道的压力.
正确答案
解:(1)园环从O到D过程中做平抛运动:
在水平方向:x=v0t,
竖直方向:y=gt2,
读图知:x=6m、y=3m,
代入上式解得 v0=m/s;
(2)圆环从A到O过程中,由动能定理得:
FxAO-μmgxAB-mgy=mv02,
代入数据,得F=10N;
(3)a环到达O点时,由牛顿第二定律得:
mg+FN=m,代入数据,
得FN=30N,
根据牛顿第三定律得,对轨道的压力为30N,方向竖直向上.
答:(1)碰后瞬间b环速度为m/s;
(2)恒力F大小为10N;
(3)a圆环到达O点时(与b碰撞前)对轨道的压力大小为30N,方向:竖直向上.
解析
解:(1)园环从O到D过程中做平抛运动:
在水平方向:x=v0t,
竖直方向:y=gt2,
读图知:x=6m、y=3m,
代入上式解得 v0=m/s;
(2)圆环从A到O过程中,由动能定理得:
FxAO-μmgxAB-mgy=mv02,
代入数据,得F=10N;
(3)a环到达O点时,由牛顿第二定律得:
mg+FN=m,代入数据,
得FN=30N,
根据牛顿第三定律得,对轨道的压力为30N,方向竖直向上.
答:(1)碰后瞬间b环速度为m/s;
(2)恒力F大小为10N;
(3)a圆环到达O点时(与b碰撞前)对轨道的压力大小为30N,方向:竖直向上.
如图所示,在倾角θ=30°、足够长的斜面上分别固定着相距L=0.2m的A、B两个物体,它们的质量为mA=1Kg,mB=3kg,与斜面间动摩擦因数分别为μA=
和μB=
在t=0时刻同时撤去固定两物体的外力后,A物体沿斜面向下运动,并与B物体发生弹性碰撞 (g=10m/s2)求:A与B第一次碰后瞬时B的速率?
正确答案
解:A物体沿斜面下滑时,由牛顿第二定律得:
mAgsinθ-μAmAgcosθ=mAaA,
代入数据解得:aA=2.5m/s2;
B物体沿斜面下滑时:由牛顿第二定律得:
mBgsinθ-μBmBgcosθ=mBaB,
代入数据解得:aB=0,
则撤去固定A、B的外力后,物体B恰好静止于斜面上,物体A将沿斜面向下做匀加速直线运动.
由匀变速直线运动的速度位移公式得:vA2=2aAL,
代入数据解得:vA=1m/s,
A、B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=mAvA′+mBvB,
由机械能守恒定律得:mAvA2=
mAvA′2+
mBvB2,
代入数据解得:vB=0.5m/s;
答:A与B第一次碰后瞬时B的速率为0.5m/s.
解析
解:A物体沿斜面下滑时,由牛顿第二定律得:
mAgsinθ-μAmAgcosθ=mAaA,
代入数据解得:aA=2.5m/s2;
B物体沿斜面下滑时:由牛顿第二定律得:
mBgsinθ-μBmBgcosθ=mBaB,
代入数据解得:aB=0,
则撤去固定A、B的外力后,物体B恰好静止于斜面上,物体A将沿斜面向下做匀加速直线运动.
由匀变速直线运动的速度位移公式得:vA2=2aAL,
代入数据解得:vA=1m/s,
A、B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=mAvA′+mBvB,
由机械能守恒定律得:mAvA2=
mAvA′2+
mBvB2,
代入数据解得:vB=0.5m/s;
答:A与B第一次碰后瞬时B的速率为0.5m/s.
两木板M1=0.5KG,2=0.4kg,开始时M1、M2都静止于光滑水平面上,小物块m=0.1kg以初速度v=10m/s滑上M1的表面,最后停在M2上时速度为v2=1.6m/s,g取10m/s2.
①求最后M1的速度v1.
②若小物块与两木板间的动摩擦因数相同,小物块相对两木板上表面滑行的总长度为8m,求小物块与两木板间的动摩擦因数.
正确答案
解:①M1、M2、m三者整体组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv=M1v1+(m+M2)v2,
代入数据解得:v1=0.4m/s;
②由能量守恒定律得:μmgs=mv2-
M1v12-
(m+M2)v22,
代入数据解得:μ=0.54;
答:①最后M1的速度v1为0.4m/s;
②小物块与两木板间的动摩擦因数为0.54.
解析
解:①M1、M2、m三者整体组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mv=M1v1+(m+M2)v2,
代入数据解得:v1=0.4m/s;
②由能量守恒定律得:μmgs=mv2-
M1v12-
(m+M2)v22,
代入数据解得:μ=0.54;
答:①最后M1的速度v1为0.4m/s;
②小物块与两木板间的动摩擦因数为0.54.
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