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题型:简答题
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简答题

图中滑块和小球的质量均为m,滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动,小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连,轻绳长为l.开始时,轻绳处于水平拉直状态,小球和滑块均静止.现将小球由静止释放,当小球到达最低点时,滑块刚好被一表面涂有粘住物质的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减为零,小球继续向左摆动,当轻绳与竖直方向的夹角θ=60°时小球到达最高点.求:

(1)小球到达最低点时速度的大小;

(2)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度的大小;

(3)小球从释放到第一次到达最低点的过程中,绳的拉力对小球所做的功.

正确答案

解:(1)设滑块与挡板碰前滑块和小球的速度分别为v1、v2

       对上摆过程中的小球机械能守恒:…①

       解得:

    (2)开始阶段下摆过程中,根据系统机械能守恒有:

        …②

       联立两式解得:

    (3)对开始阶段下摆过程中的小球应用动能定理有:

      得绳子拉力对小球做功:

答:(1)小球到达最低点时速度

    (2)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度

    (3)绳的拉力对小球所做的功

解析

解:(1)设滑块与挡板碰前滑块和小球的速度分别为v1、v2

       对上摆过程中的小球机械能守恒:…①

       解得:

    (2)开始阶段下摆过程中,根据系统机械能守恒有:

        …②

       联立两式解得:

    (3)对开始阶段下摆过程中的小球应用动能定理有:

      得绳子拉力对小球做功:

答:(1)小球到达最低点时速度

    (2)滑块与挡板刚接触的瞬时,滑块速度

    (3)绳的拉力对小球所做的功

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量M=4kg的滑板B静止放在光滑水平面上,其右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5m,这段滑板与木块A(可视为质点)之间的动摩擦因数μ=0.2,而弹簧自由端C到弹簧固定端D所对应的滑板上表面光滑.小木块A以速度v0=10m/s由滑板B左端开始沿滑板B表面向右运动.已知木块A的质量m=1kg,g取10m/s2.求:

(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度;

(2)木块A到达弹簧C端时的速度vA(取两位有效数字)

(3)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能.

正确答案

解:(1)弹簧压缩到最短时,A、B速度相等,系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=(M+m)v,

代入数据解得:v=2m/s;

(2)木块A到达C端过程中,A、B系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=mvA+MvB

由能量守恒定律得:μmgL=mv02-mvA2-MvB2

联立并代入数据解得:vA=9.9m/s;

(3)A、B速度相等时弹簧的压缩量最大,弹簧弹性势能最大,由能量守恒定律得:

EP=mv02-(M+m)v2-μmgL,

代入数据解得:EP=39J;

答:(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度为2m/s;

(2)木块A到达弹簧C端时的速度为9.9m/s;

(3)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为39J.

解析

解:(1)弹簧压缩到最短时,A、B速度相等,系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=(M+m)v,

代入数据解得:v=2m/s;

(2)木块A到达C端过程中,A、B系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=mvA+MvB

由能量守恒定律得:μmgL=mv02-mvA2-MvB2

联立并代入数据解得:vA=9.9m/s;

(3)A、B速度相等时弹簧的压缩量最大,弹簧弹性势能最大,由能量守恒定律得:

EP=mv02-(M+m)v2-μmgL,

代入数据解得:EP=39J;

答:(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度为2m/s;

(2)木块A到达弹簧C端时的速度为9.9m/s;

(3)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为39J.

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简答题

如图所示,固定在水平面上倾角为θ=的轨道底端有与之垂直的挡板,材质和粗糙程度都相同的小物块A、B质量分别为m和2m,它们之间夹有少量炸药并一起以v0=2m/s的速度沿轨道匀速下滑,当A、B与挡板距离为L=0.4m时炸药爆炸,炸药爆炸后A的速度恰好变为零,随后物块B与挡板发生弹性碰撞,碰后物块B沿轨道上滑与A碰撞并连成一体.取g=10m/s2,求:

(1)物块B与挡板刚碰撞后B、A的速度大小;

(2)物块B与A刚碰撞后的共同速度大小vc

正确答案

解:(1)设沿轨道向下为正方向,炸药爆炸过程中对物块AB由动量守恒定律有:

(m+2m)v0=2mv1

代入数据解得:v1=3m/s    ②

物块B下滑过程中作匀速运动,与挡板碰撞无能量损失,故碰后物块B的速度大小为

vB=3m/s

物块A在炸药爆炸后至与物块B碰前一直处于静止速度vA=0

(2)设物块B与A碰前速度为v2,对物块B与挡板碰撞后至与A碰前由动能定理得:

-(4mgsinθ) L=×2mv22-×2mv12

规定沿斜面向上为正方向,对物块B、A碰撞过程由动量守恒定律得:

2mv2=(2m+m) vc

由②③④式并代入数据可得:vc=m/s.

答:(1)物块B与挡板刚碰撞后B、A的速度大小分别为3m/s、0m/s;

(2)物块B与A刚碰撞后的共同速度大小为m/s.

解析

解:(1)设沿轨道向下为正方向,炸药爆炸过程中对物块AB由动量守恒定律有:

(m+2m)v0=2mv1

代入数据解得:v1=3m/s    ②

物块B下滑过程中作匀速运动,与挡板碰撞无能量损失,故碰后物块B的速度大小为

vB=3m/s

物块A在炸药爆炸后至与物块B碰前一直处于静止速度vA=0

(2)设物块B与A碰前速度为v2,对物块B与挡板碰撞后至与A碰前由动能定理得:

-(4mgsinθ) L=×2mv22-×2mv12

规定沿斜面向上为正方向,对物块B、A碰撞过程由动量守恒定律得:

2mv2=(2m+m) vc

由②③④式并代入数据可得:vc=m/s.

答:(1)物块B与挡板刚碰撞后B、A的速度大小分别为3m/s、0m/s;

(2)物块B与A刚碰撞后的共同速度大小为m/s.

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简答题

已知质量为m1的小球在水平面上,以初速度v0与质量为m2的小球发生弹性正碰,(水平面光滑)求:碰后两小球的速度,并适当讨论.

正确答案

解:m1、m2碰时动量守恒m1v0=m1v1+m2v2---①

弹性碰撞机械能守恒m1v02=m1v12+m2v22---------②

由①②得:m1v02-m1v12=m2v22,得:v0+v1=v2-----③

由①③得:v1=-----④

v2=-----------⑤

讨论:①m1=m2时,v1=0,v2=v0 两球交换速度

②m1>m2时,v1、v2与④⑤式相等v1>0,v2>0

③m1<m2时,v1、v2与④⑤式相等v1<0,v2>0

④m1<<m2时,v1=-v0、v2=0,m1反弹,m2不动

⑤m1>>m2时,v1=v、v2≈2 v2,m1不受影响,m2碰后飞出去.

答:①m1=m2时,v1=0,v2=v0 两球交换速度

②m1>m2时,v1、v2与④⑤式相等v1>0,v2>0

③m1<m2时,v1、v2与④⑤式相等v1<0,v2>0

④m1<<m2时,v1=-v0、v2=0,m1反弹,m2不动

⑤m1>>m2时,v1=v、v2≈2 v2,m1不受影响,m2碰后飞出去.

解析

解:m1、m2碰时动量守恒m1v0=m1v1+m2v2---①

弹性碰撞机械能守恒m1v02=m1v12+m2v22---------②

由①②得:m1v02-m1v12=m2v22,得:v0+v1=v2-----③

由①③得:v1=-----④

v2=-----------⑤

讨论:①m1=m2时,v1=0,v2=v0 两球交换速度

②m1>m2时,v1、v2与④⑤式相等v1>0,v2>0

③m1<m2时,v1、v2与④⑤式相等v1<0,v2>0

④m1<<m2时,v1=-v0、v2=0,m1反弹,m2不动

⑤m1>>m2时,v1=v、v2≈2 v2,m1不受影响,m2碰后飞出去.

答:①m1=m2时,v1=0,v2=v0 两球交换速度

②m1>m2时,v1、v2与④⑤式相等v1>0,v2>0

③m1<m2时,v1、v2与④⑤式相等v1<0,v2>0

④m1<<m2时,v1=-v0、v2=0,m1反弹,m2不动

⑤m1>>m2时,v1=v、v2≈2 v2,m1不受影响,m2碰后飞出去.

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简答题

光滑水平面上有三个物块A、B和C位于同一直线上,如图所示,B的质量为m=1kg,A、C的质量都是3m,开始时三个物块都静止,让B获得向右的初速度v0=2m/s,先与C发生弹性碰撞,然后B又与A发生碰撞并黏在一起,求B在前、后两次碰撞中受到的冲量大小之比.

正确答案

解:B、C碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=mv1+3mv2

由机械能守恒定律得:mv02=mv12+•3mv22

对B,由动量定理得:I1=mv1-mv0

B反弹与A碰撞过程系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:

mv1=(m+3m)v3

对B,由动量定理得:I2=mv3-mv1

解得:I1:I2=4:1;

答:B在前、后两次碰撞中受到的冲量大小之比为4:1.

解析

解:B、C碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:

mv0=mv1+3mv2

由机械能守恒定律得:mv02=mv12+•3mv22

对B,由动量定理得:I1=mv1-mv0

B反弹与A碰撞过程系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得:

mv1=(m+3m)v3

对B,由动量定理得:I2=mv3-mv1

解得:I1:I2=4:1;

答:B在前、后两次碰撞中受到的冲量大小之比为4:1.

下一知识点 : 动量守恒定律的应用
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