- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,粗糙斜面与水平面通过半径可忽略的光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角α=37°,水平面的M到N段是长度L1=0.3m的粗糙平面,N点的右边是光滑的.A、B是两个质量均为m=1kg的小滑块(可看作质点),置于N点处的C是左端附有胶泥的薄板(质量不计),D是两端分别与B和C连接的轻质弹簧,滑块A与斜面和与水平面MN段的动摩擦因数相同.当滑块A置于斜面上且受到大小F=4N、方向垂直斜面向下的恒力作用时,恰能向下匀速运动.现撤去F,让滑块A从斜面上距斜面底端L2=1m处由静止下滑(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),求:滑块A与C接触并粘连在一起后,两滑块与弹簧所构成的系统在相互作用的过程中,弹簧的最大弹性势能.
正确答案
解:(1)设滑块A与斜面和与水平面MN段的动摩擦因数均为μ,施加恒力时根据平衡条件得:
μ(F+mgcosα)=mgsinα
未施加力时,设A滑到斜面底端的速度然后,滑块在MN段运动时,受水平面的摩擦力作用速度减为v2,由动能定理有:
(mgsinα-μmgcosα)L2-μmgL1=mv12
代入数据得:v2=1m/s
滑块A与C接触后,A、B、C、D组成的系统动量守恒,能量守恒,所以当A、B具有共同速度v3时,系统的动能最小,弹簧弹性势能最大,设为Ep,则:
mv2=2mv3
mv22=Ep+
×2mv32
代入数据得:Ep=0.25J
答:滑块A与C接触并粘连在一起后,两滑块与弹簧所构成的系统在相互作用的过程中,弹簧的最大弹性势能为0.25J.
解析
解:(1)设滑块A与斜面和与水平面MN段的动摩擦因数均为μ,施加恒力时根据平衡条件得:
μ(F+mgcosα)=mgsinα
未施加力时,设A滑到斜面底端的速度然后,滑块在MN段运动时,受水平面的摩擦力作用速度减为v2,由动能定理有:
(mgsinα-μmgcosα)L2-μmgL1=mv12
代入数据得:v2=1m/s
滑块A与C接触后,A、B、C、D组成的系统动量守恒,能量守恒,所以当A、B具有共同速度v3时,系统的动能最小,弹簧弹性势能最大,设为Ep,则:
mv2=2mv3
mv22=Ep+
×2mv32
代入数据得:Ep=0.25J
答:滑块A与C接触并粘连在一起后,两滑块与弹簧所构成的系统在相互作用的过程中,弹簧的最大弹性势能为0.25J.
如图(1)所示,在光滑的水平面上有甲、乙两辆小车,质量为30kg的小孩乘甲车以5m/s的速度水平向右匀速运动,甲车的质量为15kg,乙车静止于甲车滑行的前方,两车碰撞前后的位移随时间变化图象如图(2)所示.求:
(1)甲乙两车碰撞后的速度大小;
(2)乙车的质量;
(3)为了避免甲乙两车相撞,小孩至少以多大的水平速度从甲车跳到乙车上?
正确答案
解:(1)由图可知,碰撞后甲车的速度大小:
v1==
=-1m/s,负号表示方向,
乙车的速度大小:v2==
=3m/s;
(2)甲、乙两车碰撞过程中,三者组成的系统动量守恒,
以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(m人+m甲)v0=(m人+m甲)v1+m乙v2,代入数据解得:m乙=90kg;
(3)设人跳向乙车的速度为v人,系统动量守恒,
以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
人跳离甲车:(m人+m甲)v0=m人v人+m甲v3,
人跳至乙车:m人v人=(m人+m乙)v4,
为使二车避免相撞,应满足:v3≤v4,
取“=”时,人跳离甲车的速度最小,
代入数据解得:v人=m/s≈6.7m/s;
答:(1)甲乙两车碰撞后的速度大小分别为:1m/s、3m/s;
(2)乙车的质量为90kg;
(3)为了避免甲乙两车相撞,小孩至少以6.7m/s的水平速度从甲车跳到乙车上.
解析
解:(1)由图可知,碰撞后甲车的速度大小:
v1==
=-1m/s,负号表示方向,
乙车的速度大小:v2==
=3m/s;
(2)甲、乙两车碰撞过程中,三者组成的系统动量守恒,
以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(m人+m甲)v0=(m人+m甲)v1+m乙v2,代入数据解得:m乙=90kg;
(3)设人跳向乙车的速度为v人,系统动量守恒,
以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
人跳离甲车:(m人+m甲)v0=m人v人+m甲v3,
人跳至乙车:m人v人=(m人+m乙)v4,
为使二车避免相撞,应满足:v3≤v4,
取“=”时,人跳离甲车的速度最小,
代入数据解得:v人=m/s≈6.7m/s;
答:(1)甲乙两车碰撞后的速度大小分别为:1m/s、3m/s;
(2)乙车的质量为90kg;
(3)为了避免甲乙两车相撞,小孩至少以6.7m/s的水平速度从甲车跳到乙车上.
有一只小船停止在静水中,船上一人从船头走到船尾,如果人的质量m=60kg,船的质量M=120kg,船长L=3m,则船在水中移动的距离是多少?设水的阻力不计.
正确答案
解:船和人组成的系统,在水平方向上动量守恒,人在船上行进,船向后退,
以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv-MV=0.
人从船头走到船尾,设船后退的位移大小为x,则人相对于岸的位移大小为L-x.
由 m-M
,解得:x=
=
=1m;
答:船在水中移动的距离是1m.
解析
解:船和人组成的系统,在水平方向上动量守恒,人在船上行进,船向后退,
以人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv-MV=0.
人从船头走到船尾,设船后退的位移大小为x,则人相对于岸的位移大小为L-x.
由 m-M
,解得:x=
=
=1m;
答:船在水中移动的距离是1m.
长度1m的轻绳下端挂着一质量为9.99kg的沙袋,一颗质量为10g的子弹以500m/s的速度水平射入沙袋(未穿出),求在子弹射入沙袋后的瞬间,悬绳的拉力是多大?(设子弹与沙袋的接触时间很短,g取10m/s2)
正确答案
解:子弹射入沙袋的过程,对它们组成的系统,遵守动量守恒定律,取子弹射入前的速度方向为正方向,则得:
mv0=(M+m)v
解得:
子弹射入沙袋后的瞬间,由重力和绳子的拉力的合力提供向心力,则由牛顿第二定律得:
,
解得:
答:在子弹射入沙袋后的瞬间,悬绳的拉力是102.5N.
解析
解:子弹射入沙袋的过程,对它们组成的系统,遵守动量守恒定律,取子弹射入前的速度方向为正方向,则得:
mv0=(M+m)v
解得:
子弹射入沙袋后的瞬间,由重力和绳子的拉力的合力提供向心力,则由牛顿第二定律得:
,
解得:
答:在子弹射入沙袋后的瞬间,悬绳的拉力是102.5N.
如图是计算机模拟出的一种宇宙空间的情境,在此宇宙空间存在这样一个远离其他空间的区域,以MN为界,上部分匀强磁场的磁感强度为B1,下部分的匀强磁场的磁感强度为B2,B1=2B2=2B0,方向相同,且磁场区域足够大.在距离界线为h的P点有一宇航员处于静止状态,宇航员以平行于界线的速度抛出一质量为m、带电量-q的小球,发现球在界线处速度方向与界线成60°角,进入下部分磁场.然后当宇航员沿与界线平行的直线匀速到达目标Q点时,刚好又接住球而静止,求
(1)PQ间距离是多大?
(2)宇航员质量是多少?
正确答案
解:
(1)画出小球在磁场B1中运动的轨迹如图所示,可知
R1-h=R1cos60°,R1=2h
由和B1=2B2
可知R2=2R1=4h
由
得
根据运动的对称性,PQ的距离为
l=2(R2sin60°-R1sin60°)=2h;
(2)粒子由P运动到Q的时间
宇航员匀速运动的速度大小为
由动量守恒定律得MV-mv=0
可求得宇航员的质量
答:(1)PQ间的距离为2h;(2)宇航员的质量为
.
解析
解:
(1)画出小球在磁场B1中运动的轨迹如图所示,可知
R1-h=R1cos60°,R1=2h
由和B1=2B2
可知R2=2R1=4h
由
得
根据运动的对称性,PQ的距离为
l=2(R2sin60°-R1sin60°)=2h;
(2)粒子由P运动到Q的时间
宇航员匀速运动的速度大小为
由动量守恒定律得MV-mv=0
可求得宇航员的质量
答:(1)PQ间的距离为2h;(2)宇航员的质量为
.
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