- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,长为d=3cm的水平传送带a、b两端恰与水平轨道平齐,传送带做顺时针转动,速度v=2m/s;在距传送带右端l=0.7m处的轨道上放有两个科看作质点的小物块A、B,A的质量m1=0.25kg,B的质量m2=0.2kg;两物块间锁定一根长度可不计的轻质压缩弹簧,两物块与弹簧接触但不拴接.A左侧的轨道是粗糙的,物块A与轨道间的动摩擦因数μ1=0.5,与传送带间的动摩擦因数μ2=0.2.物块B右侧的水平轨道是光滑的.有一半径R=0.4m的类似于过山车轨道的光滑圆轨道,与水平轨道在Q点平滑连接,Q点是圆轨道的最低点,P点是圆轨道的最高点.现解除弹簧锁定,两物块倍弹开后沿轨道分别向左、右运动.当物块B经过Q点时,轨道对它的支持力大小为FN=14.5N.不计空气阻力,取g=10m/s2.求:
(1)通过分析计算,说明物块B能否过P点;
(2)弹簧锁定时具有的弹性势能;
(3)物块A在传送带上运动的过程中,由于摩擦产生多少热量?
正确答案
解:(1)物块B过Q点,由牛顿第二定律得:
F-m2g=m2,解得:vQ=5m/s ①
设物块B恰过P点的速度为v0,
由牛顿第二定律得:m2g=m2,解得:v0=2m/s ②
物块B由Q至P过程,由机械能守恒定律得:m2vQ2=
m2vP2+m2g•2R ③,
解得:vP=3m/s,因为vP>vQ,所以B可以过P点.-----④
(2)弹簧弹开时,A、B的速度分别是vA、vB,则vB=vQ=5m/s,
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:m1vA-m2vB=0,解得:vA=4m/s ⑤,
由能量守恒定律得,知弹簧的势能为:EP=m1v12+
m2v22,
解得:EP=4.5J ⑥;
(3)物块A向左运动到b点时速度为v1,
由动能定理可得:-μ1m1gl=m1v12-
m1vA2,解得:v1=3m/s ⑦,
B滑上传送带后经t1s速度减为零,向左的位移大小为x1,由动能定理有
-μ2m1gx1=0-m1v12,解得:x1=2.25m ⑧,
因为x1<d,所以B没从传送带上滑落.
t1==
=1.5s ⑨,
然后B向右加速,经t2s速度达到v,向右的位移大小为x2,
则μ2gt2=v,t2=1s,x2=vt2,x2=1m ⑩;
物块B在传送带上运动时相对传送带的位移为s,
s=(x1+vt1)+(vt2-x2),解得:s=6.25m (11)
产生的热量为Q=μ2m2gs,
解得:Q=3.125J;
答:(1)物块B能过P点;
(2)弹簧锁定时具有的弹性势能为4.5;
(3)物块A在传送带上运动的过程中,由于摩擦产生多少热量为3.125J.
解析
解:(1)物块B过Q点,由牛顿第二定律得:
F-m2g=m2,解得:vQ=5m/s ①
设物块B恰过P点的速度为v0,
由牛顿第二定律得:m2g=m2,解得:v0=2m/s ②
物块B由Q至P过程,由机械能守恒定律得:m2vQ2=
m2vP2+m2g•2R ③,
解得:vP=3m/s,因为vP>vQ,所以B可以过P点.-----④
(2)弹簧弹开时,A、B的速度分别是vA、vB,则vB=vQ=5m/s,
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:m1vA-m2vB=0,解得:vA=4m/s ⑤,
由能量守恒定律得,知弹簧的势能为:EP=m1v12+
m2v22,
解得:EP=4.5J ⑥;
(3)物块A向左运动到b点时速度为v1,
由动能定理可得:-μ1m1gl=m1v12-
m1vA2,解得:v1=3m/s ⑦,
B滑上传送带后经t1s速度减为零,向左的位移大小为x1,由动能定理有
-μ2m1gx1=0-m1v12,解得:x1=2.25m ⑧,
因为x1<d,所以B没从传送带上滑落.
t1==
=1.5s ⑨,
然后B向右加速,经t2s速度达到v,向右的位移大小为x2,
则μ2gt2=v,t2=1s,x2=vt2,x2=1m ⑩;
物块B在传送带上运动时相对传送带的位移为s,
s=(x1+vt1)+(vt2-x2),解得:s=6.25m (11)
产生的热量为Q=μ2m2gs,
解得:Q=3.125J;
答:(1)物块B能过P点;
(2)弹簧锁定时具有的弹性势能为4.5;
(3)物块A在传送带上运动的过程中,由于摩擦产生多少热量为3.125J.
(1)某同学质量为60kg,在军事训练中要求他从岸上以大小为2m/s的速度跳到一条向他缓缓飘来的小船上,然后去执行任务,小船的质量是140kg,原来的速度大小是0.5m/s,该同学上船后又跑了几步,最终停在船上.则______
A.人和小船最终静止在水面上
B.该过程同学的动量变化量为105kg•m/s
C.船最终的速度是0.25m/s
D.船的动量变化量是70kg•m/s
(2)半径为R的光滑圆轨道竖直放置,圆心为O.小球A初始静止于轨道最低点,另有一小球B在最高点获得一水平向右的速度后刚好可以沿圆轨道下滑.当B球运动至最低点时与球A相碰,碰后两球粘在一起继续沿圆轨道运动,上升至轨道C点处便不能再上升,已知OC与竖直方向夹角为60°.两小球半径及空气阻力均忽略不计,求A、B两球的质量之比.
正确答案
解:(1)A、C、人与船组成的系统,在水平方向动量守恒,选取人运动的方向为正方向得:
m1v1-m2v2=(m1+m2)v,所以
m/s,
与人的速度方向相同.故A错误,C正确;
B、该过程同学的动量变化量为:
△P1=m1v-m1v1=60×(0.25-2)kg•m/s=105kg•m/s.故B正确;
D、船的动量变化量是:
△P2=m2v-(-mv2)=140×(0.25+0.5)kg•m/s=-105kg•m/s.故D错误.
故选:BC
(2)小球B刚好可以沿圆轨道下滑:mBg=…①
B下降到最低点的过程中机械能守恒:mBg2R=…②
碰撞的过程中动量守恒,选取B运动的方向为正方向:mBv1=(mB+mA)v2… ③
=(mB+mA)gRcos60°…④
联立解得:…⑤
答:A、B两球的质量之比.
解析
解:(1)A、C、人与船组成的系统,在水平方向动量守恒,选取人运动的方向为正方向得:
m1v1-m2v2=(m1+m2)v,所以
m/s,
与人的速度方向相同.故A错误,C正确;
B、该过程同学的动量变化量为:
△P1=m1v-m1v1=60×(0.25-2)kg•m/s=105kg•m/s.故B正确;
D、船的动量变化量是:
△P2=m2v-(-mv2)=140×(0.25+0.5)kg•m/s=-105kg•m/s.故D错误.
故选:BC
(2)小球B刚好可以沿圆轨道下滑:mBg=…①
B下降到最低点的过程中机械能守恒:mBg2R=…②
碰撞的过程中动量守恒,选取B运动的方向为正方向:mBv1=(mB+mA)v2… ③
=(mB+mA)gRcos60°…④
联立解得:…⑤
答:A、B两球的质量之比.
如图所示,载人小车和弹性球静止在光滑长直水平面上,球的质量为m,人与车的总质量为16m.人将球以水平速率v推向竖直墙壁,球又以速率v弹回.求:
①在人将球推出的过程中,人做了多少功
②人接住球后,人和车的共同速度.
正确答案
解:①以水平向右为正方向.人第一次将球推出,设人与车的速度为v′,球、人与车系统动量守恒:
0=16mv′-mv
根据动能定理得人对系统做功:
解得:
②球以水平速率v推向竖直墙壁,球又以速率v弹回,人接住球由动量守恒列出等式:
mv+16mv′=17mv″
所以:
答:①在人将球推出的过程中,人做的功是.
②人接住球后,人和车的共同速度是.
解析
解:①以水平向右为正方向.人第一次将球推出,设人与车的速度为v′,球、人与车系统动量守恒:
0=16mv′-mv
根据动能定理得人对系统做功:
解得:
②球以水平速率v推向竖直墙壁,球又以速率v弹回,人接住球由动量守恒列出等式:
mv+16mv′=17mv″
所以:
答:①在人将球推出的过程中,人做的功是.
②人接住球后,人和车的共同速度是.
如图所示,两辆相同的平板小车a、b成一直线排列,静止在光滑水平地面上,a车上一个小孩跳到b,接着又立即从b跳回a车,他跳回a车并相对a车保持静止,此后( )
正确答案
解析
解:人与a、b组成的系统水平方向不受外力,水平方向动量守恒,则有
0=(m人+ma)va-mbvb
得 =
<1,则a车的速率小于b车的速率.
故选C
一个质量为0.2kg的弹性小球,在光滑水平面上以5m/s的速度垂直撞到墙上,碰撞后小球沿相反方向运动,
经0.1s反弹,反弹后的速度大小与碰撞前相同.则下列关于碰撞前后小球速度变化量的大小△v、碰撞过程中墙对小球做功的大小W、墙对小球的平均作用力大小F、动量变化量的大小△p的数值,正确的是( )
正确答案
解析
解:以小球的初速度方向为正方向,则初速度v=5m/s,末速度v′=-5m/s;
A、小球速度变化量△v=v′-v=-5-5=-10m/s,负号表示速度变化量的方向与初速度方向相反,速度变化量的大小为10m/s,故A正确;
B、碰撞前后,小球的动能相等,动能的变化为零,由动能定理可得,W=△Ek=0,即碰撞过程中墙对小球做功的大小W为0,故B错误;
C、碰撞过程,由动量定理得:Ft=mv-mv′,墙对小球的平均作用力:F==
=-20N,负号表示力的方向与小球初速度方向相反,则作用力大小为20N,故C正确;
C、碰撞过程小球动量的变化量:△P=mv′-mv=0.2×(-5)-0.2×5=-2kg•m/s,负号表示动量的变化方向与初速度方向相反,故D错误;
故选:AC.
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