- 动量守恒定律
- 共5880题
绝缘材料制成的圆柱形细管质量为m、带电荷量为+q、管长为h,管底封闭且水平,由于空间有竖直向上的匀强电场,它刚好能竖直静止.现从其管口无初速释放一个绝缘的、不带电的、质量也为m的弹性小球(直径小于管的内径,可以视为质点),不计空气对小球和细管的作用力,在小球和细管的运动或碰撞过程中,不会改变各自的带电情况,已知重力加速度为g,问:
(1)电场强度E多大?
(2)小球第一次与管底碰撞前瞬间的速度多大?
(3)小球与管底的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间可忽略,小球第二次与管底碰前瞬间的速度多大?
正确答案
解:(1)带电管刚好在电场中静止,则 qE=mg,得
(2)小球在管中自由下落,小球第一次与管底碰撞前瞬间的速度为
(3)小球与管底发生弹性碰撞,两者组成的系统动量守恒,得 mv=mv1+mv2
机械能守恒得 (式中v1、v2分别是小球与管底碰撞后的速度)
解方程得
两者碰后管向下做匀速运动,小球做自由落体运动,直到它们再第二次相碰.
设第一次碰后到第二次相碰的时间为t,则
对小球有
对管有 s=v2t
解得:
故小球第二次跟管底相碰时的速度为
答:
(1)电场强度E是.
(2)小球第一次与管底碰撞前瞬间的速度是.
(3)小球与管底的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间可忽略,小球第二次与管底碰前瞬间的速度是2.
解析
解:(1)带电管刚好在电场中静止,则 qE=mg,得
(2)小球在管中自由下落,小球第一次与管底碰撞前瞬间的速度为
(3)小球与管底发生弹性碰撞,两者组成的系统动量守恒,得 mv=mv1+mv2
机械能守恒得 (式中v1、v2分别是小球与管底碰撞后的速度)
解方程得
两者碰后管向下做匀速运动,小球做自由落体运动,直到它们再第二次相碰.
设第一次碰后到第二次相碰的时间为t,则
对小球有
对管有 s=v2t
解得:
故小球第二次跟管底相碰时的速度为
答:
(1)电场强度E是.
(2)小球第一次与管底碰撞前瞬间的速度是.
(3)小球与管底的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间可忽略,小球第二次与管底碰前瞬间的速度是2.
如图所示,在光滑水平面上,用等大反向的F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,已知mA<mB,经过相同的路程后同时撤去两力,以后两物体相碰并粘为一体,则粘合体最终将( )
正确答案
解析
解:两个推力等大、反向,作用距离相同,由动能定理知,撤去两力时A、B两物体具有相同的动能;
动量P=mv=,已知mA<mB,则PA<PB,两物体组成的系统初动量方向向左,
两物体碰撞过程系统动量守恒,右动量守恒定律可知,碰撞后系统速度方向向左,相碰后A、B一起向左运动.
故选:C.
载人气球(人在气球上)原来静止在空中,与地面距离为h,已知人的质量为m,气球质量(不含人的质量)为M.若人要沿轻绳梯返回地面,则绳梯的长度至少为______米.
正确答案
h
解析
解:设人沿绳梯滑至地面,绳梯长度至少为L.以人和气球的系统为研究对象,竖直方向动量守恒,规定竖直向下为正方向可得:
0=Mv2+mv1①
人沿绳梯滑至地面时,气球上升的高度为L-h,速度大小v2=,②
人相对于地面下降的高度为h,速度大小为v1=③
将②③代入①得:0=M(-)+m•
,解得:L=
h;
故答案为:h.
如图所示,一只内壁光滑的半球形碗固定在小车上,小车放在光滑水平面上.在小车正前边的碗边A处无初速度释放一只质量为m的小球.则小球沿碗内壁下滑的过程中,下列说法正确的是(半球形碗的半径为R)( )
正确答案
解析
解:A、由于没有摩擦,对于小球、碗和车组成的系统,只有重力对小球做功,系统的机械能守恒.故A正确.
B、设小球滑到最低点时速度为v.假设小车不动,则由机械能守恒得:mgR=,v=
.由于小球对碗有压力,小车获得动能,故小球的最大速度度小于
.故B错误.
C、小球运动过程,具有向心加速度,有竖直向上的分加速度,根据牛顿第二定律得知,系统的合外力不为零,故系统的动量不守恒.故C错误.
C、小球从a到b过程中左侧墙壁对半球有弹力作用但弹力不做功,所以两物体组成的系统机械能守恒,但动量不守恒,故D错误.
故选A
如图所示,光滑杆上套有一质量为M的小环,长L的细线一端系在环上另一端系一质量为m的小球,细线与竖直方向夹角为θ,开始系统由静止释放小球,当小球运动到最低点时,小环的位移多大( )
正确答案
解析
解:开始系统时,细绳与竖直方向成θ角时,二者的水平距离是Lsinθ.
以小球、细绳及圆环组成的系统为研究对象,系统在水平方向不受外力,因而水平动量守恒,到达最低点时.
由水平动量守恒有:
Mv=mv′
且系统机械能守恒,mgL(1-cosθ)=Mv2+
mv′2,
且在任意时刻或位置v与v′均满足这一关系,加之时间相同,公式中的v和v′可分别用其水平位移替代,则上式可写为:
Md=m(Lsinθ-d)
mgL(1-cosθ)=Md2+
m(Lsinθ-d)2
解得圆环移动的距离:
d=Lsinθ
故选:D
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