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题型:简答题
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简答题

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=v2

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=v2

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

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题型: 单选题
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单选题

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(  )

A静止

B向右运动

C向左运动

D无法确定

正确答案

C

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.

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题型:填空题
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填空题

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+mv1

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=

将②③代入①得:0=M(-)+m•,解得:L=h;

故答案为:h.

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题型: 单选题
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单选题

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)(  )

A小球、碗和车组成的系统机械能守恒

B小球的最大速度度等于

C小球、碗和车组成的系统动量守恒

D小球不能运动到碗左侧的碗边B点

正确答案

A

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

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题型: 单选题
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单选题

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(  )

AL

BLsinθ

CLsinθ

DLsinθ

正确答案

D

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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