- 动量守恒定律
- 共5880题
图中,轻弹簧的一端固定,另一端与滑块B相连,B静止在水平导轨上,弹簧处在原长状态.另一质量与B相同滑块A,从导轨上的P点以某一初速度向B滑行,当A滑过距离l1时,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B紧贴在一起运动,但互不粘连.已知最后A恰好返回出发点P并停止.滑块A和B与导轨的滑动摩擦因数都为μ,运动过程中弹簧最大形变量为l2,求A从P出发时的初速度v0.
正确答案
解:令A、B质量皆为m,A刚接触B时速度为v1(碰前),由功能关系,有
-μmgl1=m
-
m
①
A、B碰撞过程中动量守恒,令碰后A、B共同运动的速度为v2.有
mv1=2mv2 ②
碰后A、B先一起向左运动,接着A、B一起被弹回,在弹簧恢复到原长时,设A、B的共同速度为v3,在这过程中,弹簧势能始末两态都为零,利用功能关系,有
③
此后A、B开始分离,A单独向右滑到P点停下,由功能关系有
④
由以上各式,解得
即A从P出发时的初速度为.
解析
解:令A、B质量皆为m,A刚接触B时速度为v1(碰前),由功能关系,有
-μmgl1=m
-
m
①
A、B碰撞过程中动量守恒,令碰后A、B共同运动的速度为v2.有
mv1=2mv2 ②
碰后A、B先一起向左运动,接着A、B一起被弹回,在弹簧恢复到原长时,设A、B的共同速度为v3,在这过程中,弹簧势能始末两态都为零,利用功能关系,有
③
此后A、B开始分离,A单独向右滑到P点停下,由功能关系有
④
由以上各式,解得
即A从P出发时的初速度为.
如图所示,O为一水平轴,轴上系一长l=0.5m的细绳,细绳的下端系一质量m=0.5kg的小球(可视为质点),原来处于静止状态,球与平台的B点接触但对平台无压力,平台高h=1.8m,一质量M=1.0kg的小球沿平台自左向右运动到B处与小球m发生正碰,碰后小球m在绳的约束下做圆周运动,恰好经过最高点A点,而M落在水平地面上的C点,其水平位移为s=1.2m,求
(1)质量为M的小球与m碰撞前的速度.(取g=10m/s2)
(2)试判断两球的碰撞是否为弹性碰撞?
正确答案
解:(1)设向右为正方向,M与m碰撞前后,由动量守恒定律可得:
Mv0=mv1+Mv2
M离开平台后做平抛运动; 由平抛运动的规律可知:
h=
s=v2t
解得:v2=2m/s;
m从B到A的过程中由能量守恒定律可知:
-mg•2l=mvA2-
mv12
m在A点时
mg=m
解得:v1=5m/s
联立以上各式解得:v0=4.5m/s;
(2)碰撞前的动能E1=Mv02=
1×4.52=10.625J;
碰撞后的动能为:
E2=mv12+
Mv22=8.25J;
能量有损失,故撞撞为非弹性碰撞
答:(1)质量为M的小球与m碰撞前的速度为4.5m/s;
(2)试判断两球的碰撞不是弹性碰撞.
解析
解:(1)设向右为正方向,M与m碰撞前后,由动量守恒定律可得:
Mv0=mv1+Mv2
M离开平台后做平抛运动; 由平抛运动的规律可知:
h=
s=v2t
解得:v2=2m/s;
m从B到A的过程中由能量守恒定律可知:
-mg•2l=mvA2-
mv12
m在A点时
mg=m
解得:v1=5m/s
联立以上各式解得:v0=4.5m/s;
(2)碰撞前的动能E1=Mv02=
1×4.52=10.625J;
碰撞后的动能为:
E2=mv12+
Mv22=8.25J;
能量有损失,故撞撞为非弹性碰撞
答:(1)质量为M的小球与m碰撞前的速度为4.5m/s;
(2)试判断两球的碰撞不是弹性碰撞.
质量为m,速度为v0的子弹,水平射入一固定的地面上质量为M的木块中,深入木块的深度为L.如果将该木块放在光滑的水平面上,欲使同样质量的子弹水平射入木块的深度也为L,则其水平速度应为______.
正确答案
解析
解:木块固定时,对子弹与木块组成的系统,设子弹受到的阻力为f,由能量守恒定律得:
fL=mv02,
木块不固定时,子弹击中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:
mv=(M+m)v′,
由能量守恒定律得:mv2=
(m+M)v′2+fL,
解得:v=;
故答案为:.
质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上,平衡时,弹簧的压缩量为x0,如图所示,一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连,它们到达最低点后又向上运动,已知物块质量也为m时,它们恰能回到O点,若物块质量为2m,仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度,求物块向上运动到达最高点O点的距离.
正确答案
解:物块与钢板碰撞时的速度由机械能守恒,得
①
设v1表示质量为m的物块钢板碰撞后一起向下运动的速度,因碰撞时间极短,系统所受外力远小于相互作用的内力,符合动量守恒,故有
mv0=2mv1 ②
设刚碰完时弹簧的弹性势能为Ep,当他们一起回到O点时,弹簧无形变,弹簧势能为零,根据题意,由机械能守恒得
③
设v2表示质量为2m的物块与钢板碰后开始一起向下运动的速度,由动量守恒,则有
2mv0=3mv2 ④
设刚碰完时弹簧势能为Ep′,它们回到O点时,弹性势能为零,但它们仍继续向上运动,设此时速度为v2,则由机械能守恒定律得
⑤
在上述两种情况下,弹簧的初始压缩量都是x0,故有Ep′=Ep ⑥
当质量为2m的物块与钢板一起回到O点时,弹簧的弹力为零,物块与钢板只受到重力的作用,加速度为g,一过O点,钢板受到弹簧向下的拉力作用,加速度大于g,由于物块与钢板不粘连,物块不可能受到钢板的拉力,其加速度仍为g,方向向下,故在O点物块与钢板分离.分离后,物块以速度v竖直上升,由竖直上抛最大位移公式得,而
所以物块向上运动到达的最高点距O点的距离h=.
解析
解:物块与钢板碰撞时的速度由机械能守恒,得
①
设v1表示质量为m的物块钢板碰撞后一起向下运动的速度,因碰撞时间极短,系统所受外力远小于相互作用的内力,符合动量守恒,故有
mv0=2mv1 ②
设刚碰完时弹簧的弹性势能为Ep,当他们一起回到O点时,弹簧无形变,弹簧势能为零,根据题意,由机械能守恒得
③
设v2表示质量为2m的物块与钢板碰后开始一起向下运动的速度,由动量守恒,则有
2mv0=3mv2 ④
设刚碰完时弹簧势能为Ep′,它们回到O点时,弹性势能为零,但它们仍继续向上运动,设此时速度为v2,则由机械能守恒定律得
⑤
在上述两种情况下,弹簧的初始压缩量都是x0,故有Ep′=Ep ⑥
当质量为2m的物块与钢板一起回到O点时,弹簧的弹力为零,物块与钢板只受到重力的作用,加速度为g,一过O点,钢板受到弹簧向下的拉力作用,加速度大于g,由于物块与钢板不粘连,物块不可能受到钢板的拉力,其加速度仍为g,方向向下,故在O点物块与钢板分离.分离后,物块以速度v竖直上升,由竖直上抛最大位移公式得,而
所以物块向上运动到达的最高点距O点的距离h=.
质量为m1=1.01kg和质量为m2(未知)的两个物体在光滑的水平面上发生正碰,碰撞时间不计,其位移x随时间t变化的图象如图所示,求:
(1)质量m2;
(2)质量为m1的物体在碰撞过程中动量变化量;
(3)通过计算说明,碰撞过程是弹性碰撞还是非弹性碰撞.
正确答案
解:(1)由图示图象可知,碰撞前m2是静止的,m1的速度为:v1==
=4m/s,
碰后m1的速度:v1′==
=-2m/s,
m2的速度:v2′==
=2m/s,
以m1的初速度方向为正方向,由动量守恒定律有:m1v1=m1v1′+m2v2′,
代入数据得:1×4=1×(-2)+m2×2,
解得:m2=3kg;
(2)质量为m1的物体在碰撞过程中动量的变化量是:
△p1=p1′-p1=1×(-2)-1×4=-6Kg•m/s,
负号表示动量的变化量方向与初速度方向相反.
(3)碰撞前总动能为:Ek=Ek1+Ek2=m1v12=
×1×42+0=8J,
碰撞后总动能为:Ek′=Ek1′+Ek2′=m1v1′2+
m2v2′2=
×1×22+
×3×22=8J,
则:Ek=Ek′,碰撞过程动能没有损失,则碰撞是弹性碰撞.
答:(1)质量m2为3kg;
(2)质量为m1的物体在碰撞过程中动量变化量大小是6Kg.m/s,动量的变化量方向与初速度方向相反.
(3)碰撞过程是弹性碰撞.
解析
解:(1)由图示图象可知,碰撞前m2是静止的,m1的速度为:v1==
=4m/s,
碰后m1的速度:v1′==
=-2m/s,
m2的速度:v2′==
=2m/s,
以m1的初速度方向为正方向,由动量守恒定律有:m1v1=m1v1′+m2v2′,
代入数据得:1×4=1×(-2)+m2×2,
解得:m2=3kg;
(2)质量为m1的物体在碰撞过程中动量的变化量是:
△p1=p1′-p1=1×(-2)-1×4=-6Kg•m/s,
负号表示动量的变化量方向与初速度方向相反.
(3)碰撞前总动能为:Ek=Ek1+Ek2=m1v12=
×1×42+0=8J,
碰撞后总动能为:Ek′=Ek1′+Ek2′=m1v1′2+
m2v2′2=
×1×22+
×3×22=8J,
则:Ek=Ek′,碰撞过程动能没有损失,则碰撞是弹性碰撞.
答:(1)质量m2为3kg;
(2)质量为m1的物体在碰撞过程中动量变化量大小是6Kg.m/s,动量的变化量方向与初速度方向相反.
(3)碰撞过程是弹性碰撞.
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