- 动量守恒定律
- 共5880题
冰球运动员甲的质量为80.0kg.当他以5.0m/s的速度向前运动时,与另一质畺为100kg、速度为3.0m/s的迎面而来的运动员 乙相撞.碰后甲恰好静止.假设碰撞时间极短,求:
(1)碰后乙的速度的大小;
(2)碰撞中总机械能的损失.
正确答案
解:(1)设运动员甲、乙的质量分别为m、M,碰前速度大小分别为v、V,碰后乙的速度大小为V′,规定甲的运动方向为正方向,由动量守恒定律有:
mv-MV=MV′…①
代入数据解得:V′=1.0m/s…②
(2)设碰撞过程中总机械能的损失为△E,应有:
…③
联立②③式,代入数据得:△E=1400J.
答:(1)碰后乙的速度的大小为1.0m/s;
(2)碰撞中总机械能的损失为1400J.
解析
解:(1)设运动员甲、乙的质量分别为m、M,碰前速度大小分别为v、V,碰后乙的速度大小为V′,规定甲的运动方向为正方向,由动量守恒定律有:
mv-MV=MV′…①
代入数据解得:V′=1.0m/s…②
(2)设碰撞过程中总机械能的损失为△E,应有:
…③
联立②③式,代入数据得:△E=1400J.
答:(1)碰后乙的速度的大小为1.0m/s;
(2)碰撞中总机械能的损失为1400J.
一列火车共有n节车厢,各车厢间距相等,间距总长为a.第一节车厢以速度v向第二节车厢运动,碰后不分开,然后一起向第三节车厢运动,…依次直到第n节车厢.试求:
(1)火车的最后速度多大?
(2)整个过程经历的时间多长?
正确答案
解:(1)n节车厢运动、碰撞中,系统所受外力之和为零,设运动方向为正方向;
由动量守恒得,
mv=nmvn
解得:vn=
(2)设每两节相邻车厢间距为s,则有:
碰撞后连接在一起的车厢节数依次为2节、3节…(n-1)节,
它们的速度相应为,
,
…,所以火车的最后速度为
由x=vt得:通过各间距的时间分别为:,
…
整个过程经历的时间为:
t=t1+t2+t3+…+tn-1
=+
+
+…
=
答:(1)火车的最后速度是;
(2)整个过程经历的时间是.
解析
解:(1)n节车厢运动、碰撞中,系统所受外力之和为零,设运动方向为正方向;
由动量守恒得,
mv=nmvn
解得:vn=
(2)设每两节相邻车厢间距为s,则有:
碰撞后连接在一起的车厢节数依次为2节、3节…(n-1)节,
它们的速度相应为,
,
…,所以火车的最后速度为
由x=vt得:通过各间距的时间分别为:,
…
整个过程经历的时间为:
t=t1+t2+t3+…+tn-1
=+
+
+…
=
答:(1)火车的最后速度是;
(2)整个过程经历的时间是.
如图,水平地面和半圆轨道面均光滑,质量为 m 的小车静止在地面上,小车上表面与半径为 R 的半圆轨道最低点 P 切线相平,质量为 mB 的物体 B 静止在 P 点.现有一质量为 mA 的物体 A 以初速度 v0 滑上小车左端,当 A 与小车共速时,小车还未与墙 壁碰撞,小车与墙壁碰撞时即被粘在墙壁上,已知滑块与小车表面的滑动摩擦因数为 μ,mA=mB=m,物体 A、B 可视为质点,重力加速度为 g.试求:
(1)物体 A 与小车共速时的速度大小;
(2)小车的最小长度 L;
(3)当物体 A 与 B 发生弹性碰撞后,欲使 B 碰后在圆轨道运动时不脱离圆轨道,小车的长度 L应在什么范围内.
正确答案
解:(1)物体A在小车上面运动,把小车与物体A看做一系统,合外力为零,满足动量守恒,
有:mAV0=(mA+mB)V共且mA=mB=m
解得V共=v0
(2)若问题A与小车达到共同速度时,恰好运动到小车的右端,此情况下小车的长度是最小长度,
由系统动能定理得
-μmAgL=(mA+m)
-
mA
解得L=
(3)假设问题A与小车达到共同速度时,距离小车的右端为S,小车粘到墙壁上之后,
物体A开始匀减速直线运动,直到P点是速度为vt,
由动能定理得:
-μmAgS=mA
-
mA
得出:mA
=
mA
-μmAgS
①欲保证A能滑到P点,vt≥0
mA
-μmAgS≥0
S≤,此情况下小车的长度L总=L+S=
②A能滑到P点与B发生弹性碰撞,满足动量和动能守恒,
mAvt=mAvA+mBvB
解得:vA=0,vB=vt
以后B做圆周运动,恰能运动到最高点,
在最高点速度vB0=
根据机械能守恒有
mBg•2R+mB
=
mB
解得:S=-
此情况下小车的长度L总=L+S=-
③如果滑块滑到圆滑就停止,滑块也能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道根据机械能守恒有
mBgR=mB
S═-
此情况下小车的长度L总=L+S=-
综上所述,滑块能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,半圆轨道的半径必须满足:
<L≤
-
或=-
≤L≤
答:(1)物体 A 与小车共速时的速度大小是v0;
(2)小车的最小长度是;
(3)当物体 A 与 B 发生弹性碰撞后,欲使 B 碰后在圆轨道运动时不脱离圆轨道,
小车的长度 L范围是
<L≤
-
或-
≤L≤
.
解析
解:(1)物体A在小车上面运动,把小车与物体A看做一系统,合外力为零,满足动量守恒,
有:mAV0=(mA+mB)V共且mA=mB=m
解得V共=v0
(2)若问题A与小车达到共同速度时,恰好运动到小车的右端,此情况下小车的长度是最小长度,
由系统动能定理得
-μmAgL=(mA+m)
-
mA
解得L=
(3)假设问题A与小车达到共同速度时,距离小车的右端为S,小车粘到墙壁上之后,
物体A开始匀减速直线运动,直到P点是速度为vt,
由动能定理得:
-μmAgS=mA
-
mA
得出:mA
=
mA
-μmAgS
①欲保证A能滑到P点,vt≥0
mA
-μmAgS≥0
S≤,此情况下小车的长度L总=L+S=
②A能滑到P点与B发生弹性碰撞,满足动量和动能守恒,
mAvt=mAvA+mBvB
解得:vA=0,vB=vt
以后B做圆周运动,恰能运动到最高点,
在最高点速度vB0=
根据机械能守恒有
mBg•2R+mB
=
mB
解得:S=-
此情况下小车的长度L总=L+S=-
③如果滑块滑到圆滑就停止,滑块也能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道根据机械能守恒有
mBgR=mB
S═-
此情况下小车的长度L总=L+S=-
综上所述,滑块能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道,半圆轨道的半径必须满足:
<L≤
-
或=-
≤L≤
答:(1)物体 A 与小车共速时的速度大小是v0;
(2)小车的最小长度是;
(3)当物体 A 与 B 发生弹性碰撞后,欲使 B 碰后在圆轨道运动时不脱离圆轨道,
小车的长度 L范围是
<L≤
-
或-
≤L≤
.
水平面上的一辆小车的长度为L,质量等于M.在车的一端站一个人,人的质量等于m,开始时人和车都保持静止.当人从车的一端走到车的另一端时,小车后退的距离为( )
正确答案
解析
解:当人从车的一端走到另一端,人和车系统的动量守恒,令此过程人、车的移动的距离分别为x1、x2,规定人的速度方向为正方向,由系统动量守恒定律得:
mv1-Mv2=0
人和车的运动时间相等的,所以有:mx1-Mx2=0,
又x1+x2=L
解得:x2=,
故选:A.
如图所示,质量为M的平板车P高h,质量为m的小物块Q的大小不计,位于平板车的左端,系统原来静止在光滑水平面地面上.一不可伸长的轻质细绳长为R,一端悬于Q正上方高为R处,另一端系一质量也为m的小球(大小不计).今将小球拉至悬线与竖直位置成60°角,由静止释放,小球到达最低点时与Q的碰撞时间极短,且无能量损失,已知Q离开平板车时速度大小是平板车速度的两倍,Q与P之间的动摩擦因数为μ,M:m=4:1,重力加速度为g.求:
(1)小物块Q离开平板车时速度为多大?
(2)平板车P的长度为多少?
(3)小物块Q落地时距小球的水平距离为多少?
正确答案
解:(1)小球由静止摆到最低点的过程中,有
mgR(1-cos60°)=
解得,小物块到达最低点与Q碰撞之前瞬间的速度是:
小球与物块Q相撞时,没有能量损失,动量守恒,机械能守恒,则有
mv0=mv1+mvQ
=
+
,
解得,v1=0,vQ=v0=
二者交换速度,即小球静止下来,Q在平板车上滑行的过程中,系统的动量守恒,则有
mvQ=Mv+m•2v
解得,v==
小物块Q离开平板车时,速度为2v=
(2)由能的转化和守恒定律,知
fL=-
-
又f=μmg
解得,平板车P的长度为L=
(3)小物块Q在平板车上滑行过程中,对地位移为s,则
-μmgs=-
解得,s=
小物块Q离开平板车做平抛运动,平抛时间为 t=
水平距离x=2vt=
故Q落地点距小球的水平距离为s+x=+
.
答:
(1)小物块Q离开平板车时速度为;
(2)平板车P的长度为为;
(3)小物块Q落地时距小球的水平距离为+
.
解析
解:(1)小球由静止摆到最低点的过程中,有
mgR(1-cos60°)=
解得,小物块到达最低点与Q碰撞之前瞬间的速度是:
小球与物块Q相撞时,没有能量损失,动量守恒,机械能守恒,则有
mv0=mv1+mvQ
=
+
,
解得,v1=0,vQ=v0=
二者交换速度,即小球静止下来,Q在平板车上滑行的过程中,系统的动量守恒,则有
mvQ=Mv+m•2v
解得,v==
小物块Q离开平板车时,速度为2v=
(2)由能的转化和守恒定律,知
fL=-
-
又f=μmg
解得,平板车P的长度为L=
(3)小物块Q在平板车上滑行过程中,对地位移为s,则
-μmgs=-
解得,s=
小物块Q离开平板车做平抛运动,平抛时间为 t=
水平距离x=2vt=
故Q落地点距小球的水平距离为s+x=+
.
答:
(1)小物块Q离开平板车时速度为;
(2)平板车P的长度为为;
(3)小物块Q落地时距小球的水平距离为+
.
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