- 动量守恒定律
- 共5880题
在工业中有一种感应控制装置,利用它进行如图情景演示.两根间距为L=5m的光滑平行金属导轨,电阻不计,左端向上弯曲,其余水平,水平导轨处在磁感应强度为B=0.4T的竖直向上的匀强磁场中,弯曲部分都不在磁场中.有两根金属棒垂直导轨放置,其中a棒质量为M=2kg,电阻为R=2Ω;b棒被感应控制装置固定在水平导轨上,距离水平导轨左端s=2m,b棒质量为m=1kg,电阻也为R=2Ω.现在a棒从左端弯曲导轨高H处静止释放,当a棒即将与b棒相碰时(已知此时a棒的速度v=2m/s),感应控制装置立即放开b棒,让它可以在导轨上自由运动,然后a与b发生弹性正碰.感应控制装置始终对a棒的运动没有任何影响,导轨足够长.则求:
(1)最终稳定后a棒的速度大小;
(2)a与b碰撞后的瞬间,b棒的速度大小;
(3)a棒的释放高度H.
正确答案
解:(1)放开b棒后,两棒组成的系统,合外力为零,动量守恒,a、b最终稳定后共速,根据系统的动量守恒得:Mv=(M+m)v共
解得:v共==
m/s=
m/s
(2)a、b相碰后设速度分别是v1、v2,根据系统的动量守恒和机械能守恒得:
Mv=Mv1+mv2
解得:
所以碰后b的速度为:
(3)a刚下滑至水平轨道时速度为v0有:MgH=
至与b碰前有,取向右方向为正方向,对于a棒,根据动量定理得:
-BILt=Mv-Mv0
其中:=
C=1C
代入得:v0=3m/s
所以:H=0.45m
答:(1)最终稳定后a棒的速度大小为m/s;
(2)a与b碰撞后的瞬间,b棒的速度大小为m/s;
(3)a棒的释放高度H为0.45m.
解析
解:(1)放开b棒后,两棒组成的系统,合外力为零,动量守恒,a、b最终稳定后共速,根据系统的动量守恒得:Mv=(M+m)v共
解得:v共==
m/s=
m/s
(2)a、b相碰后设速度分别是v1、v2,根据系统的动量守恒和机械能守恒得:
Mv=Mv1+mv2
解得:
所以碰后b的速度为:
(3)a刚下滑至水平轨道时速度为v0有:MgH=
至与b碰前有,取向右方向为正方向,对于a棒,根据动量定理得:
-BILt=Mv-Mv0
其中:=
C=1C
代入得:v0=3m/s
所以:H=0.45m
答:(1)最终稳定后a棒的速度大小为m/s;
(2)a与b碰撞后的瞬间,b棒的速度大小为m/s;
(3)a棒的释放高度H为0.45m.
如图,EF为一水平面,O点左侧是粗糙的,O点右侧是光滑的,一轻质弹簧右端与墙壁固定,左端与质量为m的物块A相连,A静止在O点,弹簧处于原长状态,与物体A完全相同的物块B,在大小为F的水平恒力作用下由C处从静止开始向右运动.已知B与EO面间的滑动摩擦力大小为.物块B运动到O点与物块A相碰并一起向右运动(设碰撞时间极短),运动到D点时撤去外力F,已知CO=4s,OD=s,试求撤去处力后:
(1)弹簧的最大弹性势能
(2)物块B最终离O点的距离.
正确答案
解:(1)B与A碰前速度为v0,碰后速度为v1
根据动能定理研究B与A碰前过程:
(F-F)4S=
mv02 (1)
B与A碰撞动量守恒得:
mv0=2m v1 (2)
当AB速度最后减到0时,弹簧具有最大弹性势能.根据功能关系得:
Ep=FS+2mv12 (3)
由(1)、(2)、(3)式得 Ep=FS
(2)设AB回到O点时速度为v2
根据能量守恒得:
Ep=2mv22 (4)
根据动能定理有:
-FL=0-
mv22(5)
由(4)、(5)式得 L=5S
答:(1)弹簧的最大弹性势能为FS
(2)物块B最终离O点的距离是5S.
解析
解:(1)B与A碰前速度为v0,碰后速度为v1
根据动能定理研究B与A碰前过程:
(F-F)4S=
mv02 (1)
B与A碰撞动量守恒得:
mv0=2m v1 (2)
当AB速度最后减到0时,弹簧具有最大弹性势能.根据功能关系得:
Ep=FS+2mv12 (3)
由(1)、(2)、(3)式得 Ep=FS
(2)设AB回到O点时速度为v2
根据能量守恒得:
Ep=2mv22 (4)
根据动能定理有:
-FL=0-
mv22(5)
由(4)、(5)式得 L=5S
答:(1)弹簧的最大弹性势能为FS
(2)物块B最终离O点的距离是5S.
A.如图甲所示,质量为m的不带电绝缘小物块B静止在b点,绝缘水平轨道abc与绝缘光滑圆弧轨道cd平滑连接,d为cd轨道的最高点.质量为m、电量为+q的小物块A以初速度自a点开始水平向右运动,到达b点与小物块B发生正碰,碰撞后A、B粘合在一起不再分离.与此同时,在分界面bb‘与分界面cc'之间的空间内附加一水平向左的电场,设小物块AB进入电场时为t=0时刻,电场随时间变化的图象如图乙所示,已知场强
,
,a、b两点距离为l0,电场的宽度为
,d点高度为l0,小物块A、B与水平轨道的动摩擦因数μ=0.5,其余摩擦不计,小物块A、B均视为质点.重力加速度用g表示.求:
(1)小物块A到达b点即将与小物块B碰撞前的速度vA大小.
(2)自小物块A从a点开始运动到小物块A、B第一次离开电场,试讨论在这个过程中摩擦力对小物块A、B做的总功Wf与L的关系
(3)判断小物块AB能否上滑到cd轨道的d点.
B.如图丙所示,a、b两滑块原来紧靠在一起,静止在水平面上的A点,滑块a、b的质量分别为m、2m,物块与水平地面间的动摩擦因数为0.1,B点为圆轨道的最低点,A、B之间的距离为5R.现在a、b在某种内力的作用下突然分开,a以的速度由A点开始向B点滑行,并滑上光滑的半径为R的
圆弧BC,在C点正上方有一离C点高度也为R的旋转平台,沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能达到C点的正上方.若滑块滑过C点后从P孔上升又恰能从Q孔落下,求
(1)分开后b球获得的速度vb
(2)滑块a在B点时对轨道的压力;
(3)滑块上升至P点时的速度vP
(4)平台转动的角速度ω应满足什么条件?
正确答案
解:A、(1)小物块A从a点滑到b点,动能定理
得
即小物块A到达b点即将与小物块B碰撞前的速度vA大小为
(2)A、B碰撞,设碰后速度为v,动量守恒定律mvA=2mv
得:
AB一起在电场减速运动,设速度为0时,位移为S,动能定理
将代入得:
对向右减速过程有 qE+μ.2mg=2ma1 得:
减速为0所用时间为:
对向左加速过程有 qE-μ.2mg=2ma2 得:
由 可得到达左边界bb‘的时间:
所以在电场中最长运动时间: 因tm<2T0,即小物块AB在bb'与cc'之间运动时,一直受到电场力作用.
讨论如下:
①当 时,L≤s,AB可以穿过电场右边界cc',
②当 时,L>s,AB在电场先向右做减速运动,速度减为0,由于qE=2mg>f=mg,即AB最后向左加速,从左边界bb'离开电场.则
即当 时
当 时
=-
(3)①当,AB穿越电场的右边界cc',设到达c的动能为EKc
由动能定理:
得:
即:
由于 Ekc<2mgl0,不能到达d点.
②当 时,AB从左边界bb'离开电场,不能到达d点.
即
B.解:
(1)a、b分开的过程,选向右方向为正方向,由动量守恒得mva-2mvb=0
解之得:
(2)设滑块至B点时速度为vB,对滑块由A点到B点应用动能定理有:
对滑块在B点,由牛顿第二定律有:
解得:FN=9mg
由牛顿第三定律可知,滑块在B点时对轨道的压力大小 方向竖直向下.
(3)滑块从B点开始运动后机械能守恒,设滑块到达P处时速度为vP,则:
解得:
(4)滑块穿过P孔后再回到平台的时间:t==4
要想实现题述过程,需满足:ωt=(2n+1)π
解得:
解析
解:A、(1)小物块A从a点滑到b点,动能定理
得
即小物块A到达b点即将与小物块B碰撞前的速度vA大小为
(2)A、B碰撞,设碰后速度为v,动量守恒定律mvA=2mv
得:
AB一起在电场减速运动,设速度为0时,位移为S,动能定理
将代入得:
对向右减速过程有 qE+μ.2mg=2ma1 得:
减速为0所用时间为:
对向左加速过程有 qE-μ.2mg=2ma2 得:
由 可得到达左边界bb‘的时间:
所以在电场中最长运动时间: 因tm<2T0,即小物块AB在bb'与cc'之间运动时,一直受到电场力作用.
讨论如下:
①当 时,L≤s,AB可以穿过电场右边界cc',
②当 时,L>s,AB在电场先向右做减速运动,速度减为0,由于qE=2mg>f=mg,即AB最后向左加速,从左边界bb'离开电场.则
即当 时
当 时
=-
(3)①当,AB穿越电场的右边界cc',设到达c的动能为EKc
由动能定理:
得:
即:
由于 Ekc<2mgl0,不能到达d点.
②当 时,AB从左边界bb'离开电场,不能到达d点.
即
B.解:
(1)a、b分开的过程,选向右方向为正方向,由动量守恒得mva-2mvb=0
解之得:
(2)设滑块至B点时速度为vB,对滑块由A点到B点应用动能定理有:
对滑块在B点,由牛顿第二定律有:
解得:FN=9mg
由牛顿第三定律可知,滑块在B点时对轨道的压力大小 方向竖直向下.
(3)滑块从B点开始运动后机械能守恒,设滑块到达P处时速度为vP,则:
解得:
(4)滑块穿过P孔后再回到平台的时间:t==4
要想实现题述过程,需满足:ωt=(2n+1)π
解得:
如图,小球a、b质量均为m,b球用长h的细绳(承受最大拉力为2.8mg)悬挂于水平轨道BC(距地高0.5h)的出口C处.a球从距BC高h的A处由静止释放后,沿ABC光滑轨道滑下,在C处与b球正碰并与b粘在一起.ED是放在水平地面上长为3R的垫子,试问:
(1)a与b球碰后瞬间的速度大小?
(2)a、b两球碰后,细绳是否会断裂?
(3)小球a、b两球碰后,绳子断裂,欲使小球能通过C点落到垫子外,小球在A点下滑高度H 至少是多少?
正确答案
解:(1)根据动能定理知,,解得a球与b球碰撞前的速度为:
,
规定向左为正方向,根据动量守恒定律得,mva=2mv,解得a与b碰后瞬间的速度大小为:v=.
(2)根据牛顿第二定律得:,解得:T=3mg>2.8mg,可知细绳断裂.
(3)根据0.5h=得:t=
,
则落在垫子外平抛运动的最小初速度为:,
根据动能定理得:,
解得:H=.
答:(1)a与b球碰后瞬间的速度大小为;
(2)细绳会断裂;
(3)小球在A点下滑高度H 至少是.
解析
解:(1)根据动能定理知,,解得a球与b球碰撞前的速度为:
,
规定向左为正方向,根据动量守恒定律得,mva=2mv,解得a与b碰后瞬间的速度大小为:v=.
(2)根据牛顿第二定律得:,解得:T=3mg>2.8mg,可知细绳断裂.
(3)根据0.5h=得:t=
,
则落在垫子外平抛运动的最小初速度为:,
根据动能定理得:,
解得:H=.
答:(1)a与b球碰后瞬间的速度大小为;
(2)细绳会断裂;
(3)小球在A点下滑高度H 至少是.
如图,质量为M的小车A停放在光滑的水平面上,小车上表面粗糙.质量为m的滑块B以初速度v0滑到小车A上,车足够长,滑块不会从车上滑落,则小车的最终速度大小为( )
正确答案
解析
解:B滑上A的过程中,AB系统动量守恒,根据动量守恒定律得:
mv0=(M+m)v
解得:v=
故选:C
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