- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,绝缘小球A静止在高为h=0.8m的光滑平台上,带电量为qB=+0.3C的小球B用长为L=1m的细线悬挂在平台上方,两球质量mA=mB=0.5kg,整个装置放在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=10N/C,现将细线拉开角度α=60°后,由静止释放B球,在最低点与A球发生对心碰撞,碰撞时无机械能损失.不计空气阻力,取g=10m/s2,求:
(1)B球在碰撞前的速度;
(2)A球离开平台的水平位移大小.
正确答案
解:(1)设B球在最低点速度为,对B球,由动能定理得:
mBgL(1-cosα)+qBEL(1-cosα)=mB
解得:v0=4m/s
(2)碰撞后A球B球速度分别为vA,vB,由动量守恒得:
mBv0=mBvB+mAvA
能量守恒:
联立解得 vA=4m/s (vB=0)
碰后A先匀速运动,再平抛运动
竖直方向:
水平位移s=vAt=4×0.4=1.6m
答:
(1)B球在碰撞前的速度是4m/s;
(2)A球离开平台的水平位移大小是1.6m.
解析
解:(1)设B球在最低点速度为,对B球,由动能定理得:
mBgL(1-cosα)+qBEL(1-cosα)=mB
解得:v0=4m/s
(2)碰撞后A球B球速度分别为vA,vB,由动量守恒得:
mBv0=mBvB+mAvA
能量守恒:
联立解得 vA=4m/s (vB=0)
碰后A先匀速运动,再平抛运动
竖直方向:
水平位移s=vAt=4×0.4=1.6m
答:
(1)B球在碰撞前的速度是4m/s;
(2)A球离开平台的水平位移大小是1.6m.
如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为M=3kg的薄板和质量m=1kg的物块.现给薄板和物块相同的初速度v=4m/s朝相反方向运动,它们之间有摩擦,薄板足够长,求
①当薄板的速度为2.4m/s时,物块的速度大小和方向.
②薄板和物块最终停止相对运动时,因摩擦而产生的热量.
正确答案
解:①取向左为正向,当薄板速度为v1=2.4m/s时,由动量守恒定律可得,
(M-m)v=Mv1+mv2,
解得v2=0.8m/s,方向向左
②停止相对运动时,由动量守恒定律得,Mv-mv=(M+m)v′,
解得最终共同速度v′=2m/s,方向向左;
因摩擦而产生的热量J
答:
①当薄板的速度为2.4m/s时,物块的速度大小为0.8m/s,方向向左.
②薄板和物块最终停止相对运动时,因摩擦而产生的热量为24J.
解析
解:①取向左为正向,当薄板速度为v1=2.4m/s时,由动量守恒定律可得,
(M-m)v=Mv1+mv2,
解得v2=0.8m/s,方向向左
②停止相对运动时,由动量守恒定律得,Mv-mv=(M+m)v′,
解得最终共同速度v′=2m/s,方向向左;
因摩擦而产生的热量J
答:
①当薄板的速度为2.4m/s时,物块的速度大小为0.8m/s,方向向左.
②薄板和物块最终停止相对运动时,因摩擦而产生的热量为24J.
如图所示,A、B两球质量均为m,其间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态.弹簧的长度、两球的大小均可忽略,整体视为质点.该装置从半径为R的竖直光滑圆轨道左侧与圆心等高处由静止下滑,滑至最低点时,解除对弹簧的锁定状态之后,B球恰好能到达轨道最高点,求:
(1)滑至最低点时,解除对弹簧的锁定状态之前A球和B球的速度v0的大小.
(2)最低点时,解除对弹簧的锁定状态之后A球和B球速度vA和vB的大小.
(3)弹簧处于锁定状态时的弹性势能.
正确答案
解:(1)设A、B系统滑到圆轨道最低点时锁定为v0,解除弹簧锁定后A、B的速度分别为vA、vB,B到轨道最高点的速度为v,则有
解得
即滑至最低点时,解除对弹簧的锁定状态之前A球和B球的速度v0的大小为.
(2)对B 在最高点:
解除锁定后在最低点:
解得
对A.B组成系统:2mv0=mvA+mvB
解得
即最低点时,解除对弹簧的锁定状态之后A球的速度大小为,B球速度和的大小为
.
(3)两个球和弹簧系统机械能守恒,有
解得:
即弹簧处于锁定状态时的弹性势能为.
解析
解:(1)设A、B系统滑到圆轨道最低点时锁定为v0,解除弹簧锁定后A、B的速度分别为vA、vB,B到轨道最高点的速度为v,则有
解得
即滑至最低点时,解除对弹簧的锁定状态之前A球和B球的速度v0的大小为.
(2)对B 在最高点:
解除锁定后在最低点:
解得
对A.B组成系统:2mv0=mvA+mvB
解得
即最低点时,解除对弹簧的锁定状态之后A球的速度大小为,B球速度和的大小为
.
(3)两个球和弹簧系统机械能守恒,有
解得:
即弹簧处于锁定状态时的弹性势能为.
如图所示,在水平光滑轨道PQ上有一轻弹簧,其左端固定在竖直墙上,右端与一质量m=2.0kg的小物块(可视为质点)接触,现推动小物块将弹簧压缩后由静止释放,物块被弹簧弹出后沿水平轨道运动至右端沿切线进入竖直固定的半圆轨道,且小物块进入半圆轨道时与轨道间恰无相互作用.小物块沿半圆轨道运动经过最低点后滑上质量M=8.0kg的长木板,最后恰好停在长木板最左端.已知竖直半圆轨道光滑且半径R=0.5m,物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,木板与水平地面间摩擦不计,取g=10m/s2.求:
(1)释放小物块前弹簧具有的弹性势能;
(2)木板的长度L.
正确答案
解:(1)设释放小物块时弹簧具有弹性势能为Ep,小物块在轨道右端的速度为v1,由于物块进入轨道后恰与轨道无相互作用,所以由牛顿第二定律:
mg=m…①
由能的转化和守恒定律得弹簧具有弹性势能:
Ep=mv2②
解①②代入数据得:Ep=5J…③
(2)设小物块滑上长木板时速度为v2,最后小物块与木板相对静止时共同速度为v,则物块由顶端滑到底端过程由机械能守恒定律:
mg2R=m
-
m
…④
小物块在长木板上滑动过程中,由动量守恒定律:
mv2=(m+M)v…⑤
根据功能关系,对小物块与木板组成系统:
fs=m
-
(m+M)
…⑥
解④⑤⑥代入数据得:L=5 m
答:(1)弹簧具有的弹性势能是5J
(2)木板的长度是5m
解析
解:(1)设释放小物块时弹簧具有弹性势能为Ep,小物块在轨道右端的速度为v1,由于物块进入轨道后恰与轨道无相互作用,所以由牛顿第二定律:
mg=m…①
由能的转化和守恒定律得弹簧具有弹性势能:
Ep=mv2②
解①②代入数据得:Ep=5J…③
(2)设小物块滑上长木板时速度为v2,最后小物块与木板相对静止时共同速度为v,则物块由顶端滑到底端过程由机械能守恒定律:
mg2R=m
-
m
…④
小物块在长木板上滑动过程中,由动量守恒定律:
mv2=(m+M)v…⑤
根据功能关系,对小物块与木板组成系统:
fs=m
-
(m+M)
…⑥
解④⑤⑥代入数据得:L=5 m
答:(1)弹簧具有的弹性势能是5J
(2)木板的长度是5m
如图所示,半径r=0.2m的
光滑圆弧形槽底端B与水平传带平滑相接,传送带以v1=4m/s的速率顺时针转动,其右端C点正上方悬挂一质量为m=0.1kg的物块b,BC距离L=1.25m,一质量为m=0.1kg物块a从A点无初速滑下,经传送带后与物块b相碰并粘在一起,在a、b碰撞瞬间绳子断开,a、b沿水平方向飞出,已知滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,C点距水平面的高度为h=0.8m,a、b两物块均视为质点,不计空气阻力,g取10m/s2,求:
(1)滑块a到达底端B时对槽的压力
(2)滑块a到达传送带C点的速度大小
(3)求滑块a、b的落地点到C点的水平距离.
正确答案
解:(1)a从A到B过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:mgr=mvB2,
在B点,对滑块,由牛顿第二定律得:F-mg=m,
代入数据解得:F=3N,
由牛顿第三定律可知滑块对槽压力为3N,方向竖直向下;
(2)滑块在传送带上,由牛顿第二定律得:μmg=ma,
设滑块在传送带上一直加速,则有:vC2-vB2=2aL,
代入数据解得:vC=3m/s<4m/s,
由此可知滑块到C点的速度大小为3m/s;
(3)设两滑块相碰速度为v,以碰撞前a的速度方向为正方向,
由动量守恒得:mvC=2mv,
a、b从C点水平抛出后做平抛运动,
水平方向:x=vt,竖直方向:y=gt2,
代入数据解得:x=0.6m;
答:(1)滑块a到达底端B时对槽的压力大小为3N,方向竖直向下;
(2)滑块a到达传送带C点的速度大小为3m/s.
(3)求滑块a、b的落地点到C点的水平距离为0.6m.
解析
解:(1)a从A到B过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:mgr=mvB2,
在B点,对滑块,由牛顿第二定律得:F-mg=m,
代入数据解得:F=3N,
由牛顿第三定律可知滑块对槽压力为3N,方向竖直向下;
(2)滑块在传送带上,由牛顿第二定律得:μmg=ma,
设滑块在传送带上一直加速,则有:vC2-vB2=2aL,
代入数据解得:vC=3m/s<4m/s,
由此可知滑块到C点的速度大小为3m/s;
(3)设两滑块相碰速度为v,以碰撞前a的速度方向为正方向,
由动量守恒得:mvC=2mv,
a、b从C点水平抛出后做平抛运动,
水平方向:x=vt,竖直方向:y=gt2,
代入数据解得:x=0.6m;
答:(1)滑块a到达底端B时对槽的压力大小为3N,方向竖直向下;
(2)滑块a到达传送带C点的速度大小为3m/s.
(3)求滑块a、b的落地点到C点的水平距离为0.6m.
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