- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,距离为L的两块平行金属板A、B竖直固定在表面光滑的绝缘小车上,并与
车内电动势为U的电池两极项链,金属板B下开有小孔,整个装置质量为M,静止放
在光滑水平面上,一个质量为m带正电q的小球以初速度v0沿垂直于金属板的方向射
入小孔,若小球始终未与A板相碰,且小球不影响金属板间的电场,板外电场忽略不计.
(1)当小球在A、B板之间运动时,车和小车各做什么运动?加速度各是多少?
(2)假设小球经过小孔时系统电势能为零,则系统电势能的最大值是多少?从小球刚进入小孔,到系统电势能最大时,小车和小球相对于地面的位移各是多少?
正确答案
解:(1)小球以初速度v0沿垂直金属板的方向从B板底部小孔射入,且恰好不与A板相碰,说明小球与电容器板间电场间存在作用力,使小球做减速运动,小车做加速运动,小球做匀减速运动,,小车做匀加速运动,
(2)系统的电势能最大时,小球相对小车静止,设此时小车与小球的速度均为v,
由动量守恒得(m+M)v=mv0,即
则系统的最大电势能为
根据运动学公式得:
小球位移为
小车位移为
答:(1)小球做匀减速运动,,小车做匀加速运动,
(2)系统的最大电势能为,小车和小球相对于地面的位移各是
,
.
解析
解:(1)小球以初速度v0沿垂直金属板的方向从B板底部小孔射入,且恰好不与A板相碰,说明小球与电容器板间电场间存在作用力,使小球做减速运动,小车做加速运动,小球做匀减速运动,,小车做匀加速运动,
(2)系统的电势能最大时,小球相对小车静止,设此时小车与小球的速度均为v,
由动量守恒得(m+M)v=mv0,即
则系统的最大电势能为
根据运动学公式得:
小球位移为
小车位移为
答:(1)小球做匀减速运动,,小车做匀加速运动,
(2)系统的最大电势能为,小车和小球相对于地面的位移各是
,
.
如图,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的带有圆弧轨道的平板车,车的上表面是一段长L=1.5m的粗糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径R=0.25m 的四分之一光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在O′点相切.现将一质量m=1.0kg的小物块(可视为质点)从平板车的右端以水平向左的初速度v0滑上平板车,小物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.5,小物块恰能到达圆弧轨道的最高点A.取g=10m/s2,求:
(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小.
(2)小物块与车最终相对静止时,它距O′点的距离.
正确答案
解:(1)平板车和小物块组成的系统水平方向动量守恒,设小物块到达圆弧最高点A时,二者的共同速度,
规定向左为正方向,由动量守恒得:mv0=(M+m)v1…①
由能量守恒得:m
-
(M+m)
=mgR+μmgL…②
联立①②并代入数据解得:v0=5m/s…③
(2)设小物块最终与车相对静止时,二者的共同速度v2,从小物块滑上平板车,到二者相对静止的过程中,规定向左为正方向,由动量守恒得:
mv0=(M+m)v2…④
设小物块与车最终相对静止时,它距O′点的距离为x.由能量守恒得:
m
-
(M+m)
=μmg(L+x)…⑤
联立③④⑤并代入数据解得:x=0.5m
答:(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小是5m/s.
(2)小物块与车最终相对静止时,它距O′点的距离是0.5m.
解析
解:(1)平板车和小物块组成的系统水平方向动量守恒,设小物块到达圆弧最高点A时,二者的共同速度,
规定向左为正方向,由动量守恒得:mv0=(M+m)v1…①
由能量守恒得:m
-
(M+m)
=mgR+μmgL…②
联立①②并代入数据解得:v0=5m/s…③
(2)设小物块最终与车相对静止时,二者的共同速度v2,从小物块滑上平板车,到二者相对静止的过程中,规定向左为正方向,由动量守恒得:
mv0=(M+m)v2…④
设小物块与车最终相对静止时,它距O′点的距离为x.由能量守恒得:
m
-
(M+m)
=μmg(L+x)…⑤
联立③④⑤并代入数据解得:x=0.5m
答:(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小是5m/s.
(2)小物块与车最终相对静止时,它距O′点的距离是0.5m.
一光滑水平地面上静止放着质量为m、半径为R的光滑圆弧轨道,质量也为m小球从轨道最左端的A点由静止滑下(AC为水平直径),重力加速度为g,下列正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、当小球滑到圆弧的最高点时,根据水平方向动量守恒得知,小球与圆弧的速度均为零,根据系统的机械能守恒得知,小球能滑到右端c.故A错误.
B、设小球通过最低点时小球与轨道的速度分别为v和V,由动量守恒和机械能守恒定律得
mgR=+
0=mv+mV
解得,v=.故B正确.
C、小球向右运动的过程中,轨道先向左加速,后向左减速,当小球到达c点时,速度为零.故C错误.
D、设小球滑到最低点时,轨道向左运动的距离为s,则小球相对于地水平位移大小为:R-s.取水平向右为正方向,
根据系统水平方向动量守恒得:m-m
=0
解得,s=
所以轨道做往复运动,离原先静止位置最大距离为2s=R.故D错误.
故选B
一轻质弹簧,两端连接两滑块A和B,已知mA=0.99kg,mB=3kg,放在光滑水平桌面上,开始时弹簧处于原长.现滑块A被水平飞来的质量为mc=10g,速度为400m/s的子弹击中,且没有穿出,如图所示,试求:
(1)子弹击中A的瞬间A和B的速度;
(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能;
(3)B可获得的最大动能.
正确答案
解:(1)子弹击中滑块A的过程,子弹与滑块A组成的系统动量守恒有:
mCv0=(mC+mA)vA
解得:vA=4m/s
子弹与A作用过程时间极短,B没有参与,速度仍为零,故:vb=0.
故子弹击中A的瞬间A和B的速度分别为:vA=4m/s,vb=0.
(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统,A、B速度相等时弹性势能最大.
根据动量守恒定律和功能关系可得:
mCv0=(mC+mA+mB)v
由此解得:v=1m/s
根据功能关系可得:
=6J
故弹簧的最大弹性势能为6J.
(3)设B动能最大时的速度为vB′,A的速度为vA′,则
(mC+mA)vA=(mC+mA)vA′+mBvB′
当弹簧恢复原长时,B的动能最大,根据功能关系有:
解得:vB′=2m/s
B获得的最大动能:
答:(1)子弹击中A的瞬间A的速度为4m/s,B的速度为0;
(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能为6J;
(3)B可获得的最大动能为6J.
解析
解:(1)子弹击中滑块A的过程,子弹与滑块A组成的系统动量守恒有:
mCv0=(mC+mA)vA
解得:vA=4m/s
子弹与A作用过程时间极短,B没有参与,速度仍为零,故:vb=0.
故子弹击中A的瞬间A和B的速度分别为:vA=4m/s,vb=0.
(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统,A、B速度相等时弹性势能最大.
根据动量守恒定律和功能关系可得:
mCv0=(mC+mA+mB)v
由此解得:v=1m/s
根据功能关系可得:
=6J
故弹簧的最大弹性势能为6J.
(3)设B动能最大时的速度为vB′,A的速度为vA′,则
(mC+mA)vA=(mC+mA)vA′+mBvB′
当弹簧恢复原长时,B的动能最大,根据功能关系有:
解得:vB′=2m/s
B获得的最大动能:
答:(1)子弹击中A的瞬间A的速度为4m/s,B的速度为0;
(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能为6J;
(3)B可获得的最大动能为6J.
一辆列车总质量为M,在平直轨道上以v速度匀速行驶,突然后一节质量为m的车厢脱钩,假设列车所受的阻力与质量成正比,牵引力不变,当后一节车厢刚好静止时,前面列车的速度为______.
正确答案
解析
解:因整车匀速运动,故整体合外力为零; 由动量守恒,选列车的速度方向为正方向,可得:
Mv=(M-m)v′
解得前面列车的速度为:v′=
故答案为:.
扫码查看完整答案与解析