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题型:简答题
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简答题

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.

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题型:简答题
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简答题

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

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题型:简答题
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简答题

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且mA=mB=m

解得V=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=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=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=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≤-

-≤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且mA=mB=m

解得V=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=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=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=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≤-

-≤L≤

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题型: 单选题
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单选题

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(  )

A

B

C

D

正确答案

A

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.

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题型:简答题
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简答题

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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