- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,光滑水平直轨道上有三个滑块A、B、C,质量分别为mA=m,mB=mC=2m,A、B用细绳连接,中间有一压缩的轻弹簧(弹簧与滑块不栓接).开始时A、B以共同速度v0运动,C静止.某时刻细绳突然断开,A、B被弹开,然后B又与C发生碰撞并粘在一起,最终三滑块速度恰好相同.求:
(1)B与C碰撞前B的速度
(2)B与C碰撞前后,机械能的损失为多少?
正确答案
解:(1)A、B被弹开过程A、B系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,
对整个过程,由动量守恒定律得:(mA+mB)v0=(mA+mB+mC)vB,
解得:vA=v0,vB=
v0;
(2)由能量守恒定律可知,B、C碰撞前后损失的机械能:
△E=mBvB2-
(mB+mC)vA2,解得:△E=
mv02;
答:(1)B与C碰撞前B的速度为v0.
(2)B与C碰撞前后,机械能的损失为为mv02.
解析
解:(1)A、B被弹开过程A、B系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,
对整个过程,由动量守恒定律得:(mA+mB)v0=(mA+mB+mC)vB,
解得:vA=v0,vB=
v0;
(2)由能量守恒定律可知,B、C碰撞前后损失的机械能:
△E=mBvB2-
(mB+mC)vA2,解得:△E=
mv02;
答:(1)B与C碰撞前B的速度为v0.
(2)B与C碰撞前后,机械能的损失为为mv02.
如图所示,在光滑绝缘水平面上有两个带电小球A、B,质量分别为3m和m,小球A带正电q,小球B带负电-2q,开始时两小球相距s0,小球A有一个水平向右的初速度v0,小球B的初速度为零,若取初始状态下两小球构成的系统的电势能为零,则
(1)试证明:当两小球的速度相同时系统的电势能最大,并求出该最大值;
(2)在两小球的间距仍不小于s0的运动过程中,求出系统的电势能与系统的动能的比值的取值范围.
正确答案
解:(1)由于两小球构成的系统合外力为零,设某状态下两小球的速度分别为vA和vB,由动量守恒定律得 3mv0=3mvA+mvB(1)
所以,系统的动能减小量为 (2)
由于系统运动过程中只有电场力做功,所以系统的动能与电势能之和守恒,考虑到系统初状态下电势能为零,故该状态下的电势能可表为
(3)
联立(1)、(3)两式,得 (4)
由(4)式得:当 时,系统的电势能取得最大值,而将(5)式代入(1)式,得
(6)
即当两小球速度相同时系统的电势能最大,最大值为(7)
(2)由于系统的电势能与动能之和守恒,且初始状态下系统的电势能为零,所以在系统电势能取得最大值时,系统的动能取得最小值,为(8)
由于Ekmin>Epemax
所以在两球间距仍不小于s0的运动过程中,系统的电势能总小于系统的动能.
在这过程中两种能量的比值的取值范围为(9)
答:(1)最大的电势能为.
(2)系统的电势能与系统的动能的比值的取值范围.
解析
解:(1)由于两小球构成的系统合外力为零,设某状态下两小球的速度分别为vA和vB,由动量守恒定律得 3mv0=3mvA+mvB(1)
所以,系统的动能减小量为 (2)
由于系统运动过程中只有电场力做功,所以系统的动能与电势能之和守恒,考虑到系统初状态下电势能为零,故该状态下的电势能可表为
(3)
联立(1)、(3)两式,得 (4)
由(4)式得:当 时,系统的电势能取得最大值,而将(5)式代入(1)式,得
(6)
即当两小球速度相同时系统的电势能最大,最大值为(7)
(2)由于系统的电势能与动能之和守恒,且初始状态下系统的电势能为零,所以在系统电势能取得最大值时,系统的动能取得最小值,为(8)
由于Ekmin>Epemax
所以在两球间距仍不小于s0的运动过程中,系统的电势能总小于系统的动能.
在这过程中两种能量的比值的取值范围为(9)
答:(1)最大的电势能为.
(2)系统的电势能与系统的动能的比值的取值范围.
如图所示,在离地面H=5.45m的O处用长L=0.45m的细线挂一质量为9×10-3kg的爆竹(火药质量忽略不计),把爆竹拉起至D点使细线水平伸直,点燃导火线后将爆竹无初速释放,爆竹刚好到达最低点B时炸成质量相等的两块,一块朝反方向水平抛出,落地点A距抛出点水平距离s=5m.另一块随细线做圆周运动以vC=
m/s的速度通过最高点C.不计空气阻力,不考虑导火索对运动的影响,g=10m/s2,下列选项正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设爆竹的总质量为2m,爆竹从D运动到B的过程中,由动能定理得:
2mgL=×2mv02,
代入数据解得:v0=3m/s;故A正确;
B、刚好到达B时的速度为v,爆炸后抛出的那一块的水平速度为v1,做圆周运动的那一块的水平速度为v2,则对做平抛运动的那一块有:
H-L=gt2,s=v1t
代入数据解得:v1=5m/s,故B正确;
C、爆竹爆炸前后动量守恒,规定向右为正方向,所以有:2mv=mv2-mv1,
代入数据解得:v2=11m/s,故C正确;
D、通过最高点时其重力恰好提供向心力的速度为:v0==
m/s≠
m/s
故不是重力恰好提供向心力,D错误;
故选:ABC.
一段凹槽B放置在水平面上,槽与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,槽的内表面光滑,在内表面上有一小球A靠左侧壁放置,此时小球A与槽的右侧壁相距为l,如图所示.A、B的质量均为m.现对槽B施加一个大小等于2mg(g为重力加速度)、方向水平向右的推力F,使B和A一起开始向右运动,当槽B运动的距离为d时,立刻将推力撤去,此后A和B发生相对运动,再经一段时间球A与槽的右侧壁发生碰撞,碰后A和B立刻连在一起运动.
(1)求撤去推力瞬间槽B的速度v的大小
(2)若A碰到槽的右侧壁时,槽已停下,求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x.
(3)当l和d满足什么关系时球A碰到槽的右侧壁时槽恰好停下.
正确答案
解:(1)推力F作用过程,由动能定理得①
将μ=0.5和F=2mg代入解得槽B的速度②
(2)推力撤去后,球A保持匀速运动,A碰到槽的右侧壁时,槽B已停下,碰撞过程动量守恒,得mv=2mv‘③
碰后由动能定理得 ④
由以上各式可得槽B在水平面上继续滑行的距离 ⑤
(3)槽B向右减速滑行过程,由牛顿定律和运动学规律得μ•2mg=ma⑥
⑦
vB=v-atB⑧
球A在槽内运动过程做匀速运动,当球A碰到槽的右侧壁时,A、B间的位移关系为vt-xB=l⑨
当球A碰到槽的右侧壁时槽恰好停下,则vB=0,可解得l和d的关系是:
答:(1)求撤去推力瞬间槽B的速度v的大小为
(2)若A碰到槽的右侧壁时,槽已停下,求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x为.
(3)当l和d满足时球A碰到槽的右侧壁时槽恰好停下.
解析
解:(1)推力F作用过程,由动能定理得①
将μ=0.5和F=2mg代入解得槽B的速度②
(2)推力撤去后,球A保持匀速运动,A碰到槽的右侧壁时,槽B已停下,碰撞过程动量守恒,得mv=2mv‘③
碰后由动能定理得 ④
由以上各式可得槽B在水平面上继续滑行的距离 ⑤
(3)槽B向右减速滑行过程,由牛顿定律和运动学规律得μ•2mg=ma⑥
⑦
vB=v-atB⑧
球A在槽内运动过程做匀速运动,当球A碰到槽的右侧壁时,A、B间的位移关系为vt-xB=l⑨
当球A碰到槽的右侧壁时槽恰好停下,则vB=0,可解得l和d的关系是:
答:(1)求撤去推力瞬间槽B的速度v的大小为
(2)若A碰到槽的右侧壁时,槽已停下,求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x为.
(3)当l和d满足时球A碰到槽的右侧壁时槽恰好停下.
如图所示,水平光滑地面上停放着一辆质量为M 的小车,其左侧有半径为R 的四分之一光滑圆弧轨道AB,轨道最低点B 与水平轨道BC相切,整个轨道处于同一竖直平面内.将质量为m 的物块(可视为质点)从A 点无初速释放,物块沿轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出.设重力加速度为g,空气阻力可忽略不计.关于物块从A 位置运动至 C位置的过程中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在物块从A位置运动到B位置过程中,小车和物块构成的系统在受到的合力不为零,系统动量不守恒,但在水平方向上动量守恒,故A正确;
B、物块从A滑到B的过程中,小车静止不动,对物块,由动能定理得:mgR=mv2-0,解得,物块到达B点时的速度,v=
;在物块从B运动到C过程中,物块做减速运动,小车做加速运动,最终两者速度相等,在此过程中,系统在水平方向动量守恒,由动量守恒定律可得:mv=(M+m)v′,v′=
,以物块为研究对象,
由动能定理可得:-Wf=mv′2-
mv2,解得:Wf=mgR-
,故BC错误,D正确;
故选:AD
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