- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,质量为3m、长度为L的木块置于光滑的水平面上,质量为m的子弹以初速度v0水平向右射入木块,穿出木块时速度为
v0,设木块对子弹的阻力始终保持不变.求:
(1)子弹穿透木块后,木块速度的大小;
(2)整个过程中,产生的热能;
(3)子弹穿透木块的过程中,木块滑行的距离s.
正确答案
解:(1)子弹射穿木块过程系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=m×v0++3mv,
解得:v=;
(2)由能量守恒定律可知,整个过程产生的热量:
Q=mv02-
m(
v0)2-
•3mv2=
mv02;
(3)设s为木块的位移,由动能定理得:
对木块:fs=•3mv2-0,
对子弹:-f(s+L)=m(
v0)2-
mv02,
解得:s=L;
答:(1)子弹穿透木块后,木块速度的大小为;
(2)整个过程中,产生的热能为mv02;
(3)子弹穿透木块的过程中,木块滑行的距离s为L.
解析
解:(1)子弹射穿木块过程系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=m×v0++3mv,
解得:v=;
(2)由能量守恒定律可知,整个过程产生的热量:
Q=mv02-
m(
v0)2-
•3mv2=
mv02;
(3)设s为木块的位移,由动能定理得:
对木块:fs=•3mv2-0,
对子弹:-f(s+L)=m(
v0)2-
mv02,
解得:s=L;
答:(1)子弹穿透木块后,木块速度的大小为;
(2)整个过程中,产生的热能为mv02;
(3)子弹穿透木块的过程中,木块滑行的距离s为L.
如图所示,AB为倾角θ=37°的粗糙斜面轨道,通过一小段光滑圆弧与光滑水平轨道BC相连接,质量为2m的小球乙静止在水平轨道上,质量为m的小球甲以速度v0与乙球发生弹性正碰.若轨道足够长,两球能发生第二次碰撞,求乙球与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
正确答案
解:设碰后甲的速度为v1,乙的速度为v2,m2=m1=2m由动量守恒和能量关系:m1v0=m1v1+m2v2①
②
联立①②解得:
设上滑的最大位移大小为s,滑到斜面底端的速度大小为v,由动能定理:(m2gsin37°+μm2gcos37°)s=,③
(m2gsin37°-μm2gcos37°)s=,④
联立③④解得:
乙要能追上甲,则:⑤
解得:μ<0.45.
故动摩擦因数的范围为:0<μ<0.45.
答:乙球与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围为0<μ<0.45.
解析
解:设碰后甲的速度为v1,乙的速度为v2,m2=m1=2m由动量守恒和能量关系:m1v0=m1v1+m2v2①
②
联立①②解得:
设上滑的最大位移大小为s,滑到斜面底端的速度大小为v,由动能定理:(m2gsin37°+μm2gcos37°)s=,③
(m2gsin37°-μm2gcos37°)s=,④
联立③④解得:
乙要能追上甲,则:⑤
解得:μ<0.45.
故动摩擦因数的范围为:0<μ<0.45.
答:乙球与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围为0<μ<0.45.
A、有A、B两球在光滑水平面上沿着一条直线运动,它们发生碰撞后粘在一起,已知碰前两球的动量分别为PA=20kg•m/s和PB=15kg•m/s,碰撞后B球的动量改变了△PB=-10kg•m/s,则碰撞后A球的动量为PA′=______ kg•m/s,碰撞前两球的速度大小之比vA:vB=______.
B、一行星绕某恒星做圆周运动.由天文观测可得其运行的周期为T、线速度的大小为v,已知引力常量为G,则行星运动的轨道半径为______,恒星的质量为______.
正确答案
30
2:9
解析
解:(A)AB球碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律得:
PA+PB=PA′+PB′
解得:PA′=30kgm/s
碰撞后速度相等,设此速度为v,则
mAv=30kgm/s
mBv=5kgm/s
解得:
碰撞前有:
mAvA=20kgm/s
mBvB=15kgm/s
解得:
(B)根据圆周运动知识得:
由v=
解得:r=
根据万有引力提供向心力,列出等式:
G
解得:M=
故答案为:(A)30,2:9;(B);
如图所示,有一质量为M=2kg 的平板小车静止在光滑的水平地面上,现有质量均为m=1kg 的小物块A和B(均可视为质点),由车上P处开始,A以初速度v1=2m/s向左运动,B同时以v2=4m/s 向右运动.最终A、B两物块恰好停在小车两端没有脱离小车.两物块与小车间的动摩擦因数都为μ=0.1,取g=10m/s2.求:
(1)求小车总长L;
(2)B在小车上滑动的过程中产生的热量QB;
(3)从A、B开始运动计时,经6s小车离原位置的距离x.
正确答案
解:(1)设最后达到共同速度v,整个系统动量守恒,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv2-mv1=(2m+M)v-----------①
由能量守恒定律得:μmgL=mv12+
mv22-
(2m+M)v2-------------②
解得:v=0.5m/s,L=9.5m;
(2)A车离左端距离x1 刚运动到左端历时t1,在A运动至左端前,木板静止.
由牛顿第二定律得:μmg=maA-----------------③
速度:v1=aAt1----------------------④
位移:x1=aAt12----------------------⑤
解得:t1=2s,x1=2m,
所民,B离右端距离:x2=L-x1=7.5m,
热量:QB=μmgx2=7.5J;
(3)从开始到达到共速历时t2,
速度:v=v2-aBt2-----------------⑥
由牛顿第二定律得:μmg=maB--------------------------⑦
解得:t2=3.5s,
小车在t1前静止,在t1至t2之间以a向右加速:
由牛顿第二定律得:μmg=(M+m)a---------------------⑧
小车向右走位移:s=a(t2-t1)2-----------⑨
接下去三个物体组成的系统以v 共同匀速运动了:s′=v(6s-t2) ⑩
联立以上式子,解得:小车在6s内向右走的总距离:x=s+s′=1.625m;
答:(1)小车总长L为9.5m;
(2)B在小车上滑动的过程中产生的热量QB为7.5J;
(3)从A、B开始运动计时,经6s小车离原位置的距离x为1.625m.
解析
解:(1)设最后达到共同速度v,整个系统动量守恒,
以向右为正方向,由动量守恒定律得:mv2-mv1=(2m+M)v-----------①
由能量守恒定律得:μmgL=mv12+
mv22-
(2m+M)v2-------------②
解得:v=0.5m/s,L=9.5m;
(2)A车离左端距离x1 刚运动到左端历时t1,在A运动至左端前,木板静止.
由牛顿第二定律得:μmg=maA-----------------③
速度:v1=aAt1----------------------④
位移:x1=aAt12----------------------⑤
解得:t1=2s,x1=2m,
所民,B离右端距离:x2=L-x1=7.5m,
热量:QB=μmgx2=7.5J;
(3)从开始到达到共速历时t2,
速度:v=v2-aBt2-----------------⑥
由牛顿第二定律得:μmg=maB--------------------------⑦
解得:t2=3.5s,
小车在t1前静止,在t1至t2之间以a向右加速:
由牛顿第二定律得:μmg=(M+m)a---------------------⑧
小车向右走位移:s=a(t2-t1)2-----------⑨
接下去三个物体组成的系统以v 共同匀速运动了:s′=v(6s-t2) ⑩
联立以上式子,解得:小车在6s内向右走的总距离:x=s+s′=1.625m;
答:(1)小车总长L为9.5m;
(2)B在小车上滑动的过程中产生的热量QB为7.5J;
(3)从A、B开始运动计时,经6s小车离原位置的距离x为1.625m.
如图所示,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带长度L=0.8m,皮带以恒定速率v=3.0m/s向右匀速运动.传送带的右端处平滑连接着一个在竖直平面内、半径为R=0.4m的光滑半圆轨道PQ,两个质量均为m=0.2kg的滑块A、B置于水平导轨MN上,开始时滑块A、B之间用细绳相连,其间有一压缩的轻弹簧,系统处于静止状态.现使细绳断开,弹簧伸展,滑块B脱离弹簧后滑上传送带,从右端滑出并沿半圆轨道运动到最高点Q后水平飞出,又正好落回N点.已知滑块B与传送带之间的动摩擦因数μ=
,取g=10m/s2.求:
(1)滑块B到达Q点时速度的大小;
(2)滑块B在半圆轨道P处对轨道的压力;
(3)压缩的轻弹簧的弹性势能Ep.
正确答案
解:(1)滑块B从Q飞出后做平抛运动,有:
L=vQt…①
2R=…②
由①②解得vQ=2m/s
(2)滑块B从P运动到Q过程中,满足机械能守恒,则有:
+2mgR=
…③
在Q点有:N-mg=m…④
由③④解得:N=5mg+m=12N
(3)由③得:vP==2
m/s
则有vP>v=3m/s,滑块B在皮带上做匀减速运动
加速度a=-=-μg
又-
=2aL
细绳断开后弹簧伸展过程,A、B组成的系统动量守恒:mvN=mvA,
弹簧的弹性势能EP==5J
答:
(1)滑块B到达Q点时速度的大小是2m/s;
(2)滑块B在半圆轨道P处对轨道的压力是12N;
(3)压缩的轻弹簧的弹性势能Ep是5J.
解析
解:(1)滑块B从Q飞出后做平抛运动,有:
L=vQt…①
2R=…②
由①②解得vQ=2m/s
(2)滑块B从P运动到Q过程中,满足机械能守恒,则有:
+2mgR=
…③
在Q点有:N-mg=m…④
由③④解得:N=5mg+m=12N
(3)由③得:vP==2
m/s
则有vP>v=3m/s,滑块B在皮带上做匀减速运动
加速度a=-=-μg
又-
=2aL
细绳断开后弹簧伸展过程,A、B组成的系统动量守恒:mvN=mvA,
弹簧的弹性势能EP==5J
答:
(1)滑块B到达Q点时速度的大小是2m/s;
(2)滑块B在半圆轨道P处对轨道的压力是12N;
(3)压缩的轻弹簧的弹性势能Ep是5J.
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