- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,质量均为m的小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上,质量为2m的小明站在小车上用力向右迅速推出木箱,木箱相对于冰面的速度为v,接着木箱与右侧竖直墙壁发生弹性碰撞,反弹后被小明接住,求小明接住木箱后三者共同运动时速度的大小.
正确答案
解:取向左为正方向,根据动量守恒定律得,
推出木箱的过程:0=(m+2m)v1-mv
接住木箱的过程:mv+(m+2m)v1=(m+m+2m)v2
解得共同速度.
答:小明接住木箱后三者共同运动时速度的大小为.
解析
解:取向左为正方向,根据动量守恒定律得,
推出木箱的过程:0=(m+2m)v1-mv
接住木箱的过程:mv+(m+2m)v1=(m+m+2m)v2
解得共同速度.
答:小明接住木箱后三者共同运动时速度的大小为.
如图所示,光滑水平面上有两个并排放置的木块A、B,质量分别为0.5kg和0.3kg,现有一质量为0.2kg的物体C(可看作质点)以12m/s的速度滑上A的表面,最后B、C一起以3m/s的速度共同前进,已知C与B之间的动摩擦系数0.75.(g取10m/s2)求:
(1)木块A的最后速度vA;
(2)CA由于摩擦产生的热量;
(3)木块B至少有多长?
正确答案
解:(1)因为在光滑水平面上运动,所以系统的动量守恒,设木块A的最后速度为vA,规定向右为正方向,则有:
mCv0=mAvA+(mB+mC)v
代入数据解得:vA=1.8m/s;
(2)设离开A时C的速度为vc,根据系统的动量守恒:
mCv0=mCvC+(mA+mB)vA
vc=4.8m/s,
摩擦生热产生的热量为:Q=mcvB2-
mcvc2-
(mA+mB)vA2
代入数据得:Q=10.8J
(3)根据功能关系:μmcgLB=mcvc2+
mBvA2-
(mC+mB)v2
代入数据得:LB=0.36m
答:(1)木块A的最后速度vA为1.8m/s;
(2)CA由于摩擦产生的热量为10.8J;
(3)木块B至少有0.36m.
解析
解:(1)因为在光滑水平面上运动,所以系统的动量守恒,设木块A的最后速度为vA,规定向右为正方向,则有:
mCv0=mAvA+(mB+mC)v
代入数据解得:vA=1.8m/s;
(2)设离开A时C的速度为vc,根据系统的动量守恒:
mCv0=mCvC+(mA+mB)vA
vc=4.8m/s,
摩擦生热产生的热量为:Q=mcvB2-
mcvc2-
(mA+mB)vA2
代入数据得:Q=10.8J
(3)根据功能关系:μmcgLB=mcvc2+
mBvA2-
(mC+mB)v2
代入数据得:LB=0.36m
答:(1)木块A的最后速度vA为1.8m/s;
(2)CA由于摩擦产生的热量为10.8J;
(3)木块B至少有0.36m.
如图,静止放在光滑水平面上的小车左端有四分之一光滑圆弧滑道AB,与水平滑道相切于B点,水平滑道的BC部分粗糙,小车右端固定一轻弹簧P,整个滑道的质量为m1.现让质量为m2的滑块(可视为质点)自A点由静止释放,滑块滑过BC后与小车右端弹簧碰撞,第一次被弹簧弹回后再没有滑上圆弧AB滑道.已知粗糙水平滑道BC长L=1m.滑块与BC间的动摩擦因数µ=0.15,m1=2m2,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)四分之一光滑圆弧滑道AB的半径R大小范围.
(2)整个过程中小车可能获得的最大速度.
正确答案
解:(1)因为m1和m2系统水平方向总动量守恒为0,依题意知最终二者一同静止,且滑块m2静止在粗糙段BC上
设滑块在BC段滑动的路程为S,由能量关系得
m2gR=µ m2gS …①
其中S应满足 L<S≤2L …②
解得 0.15m<R≤0.30m …③
(2)由系统动量守恒可知,滑块速度最大时,小车速度也最大,所以滑块第一次滑到B点时小车具有最大速度,而当半径R=0.30m时小车能获得的速度最大.
规定向右为正方向,根据动量守恒定律有:m2V2-m1V1=0
根据能量守恒定律有:m2gR=m2V22+
m1V12
代入m1=2m2,R=0.30m
解得V1=1m/s为小车可能获得的最大速度.
答:(1)四分之一光滑圆弧滑道AB的半径R大小范围为0.15m<R≤0.30m.
(2)整个过程中小车可能获得的最大速度为1m/s.
解析
解:(1)因为m1和m2系统水平方向总动量守恒为0,依题意知最终二者一同静止,且滑块m2静止在粗糙段BC上
设滑块在BC段滑动的路程为S,由能量关系得
m2gR=µ m2gS …①
其中S应满足 L<S≤2L …②
解得 0.15m<R≤0.30m …③
(2)由系统动量守恒可知,滑块速度最大时,小车速度也最大,所以滑块第一次滑到B点时小车具有最大速度,而当半径R=0.30m时小车能获得的速度最大.
规定向右为正方向,根据动量守恒定律有:m2V2-m1V1=0
根据能量守恒定律有:m2gR=m2V22+
m1V12
代入m1=2m2,R=0.30m
解得V1=1m/s为小车可能获得的最大速度.
答:(1)四分之一光滑圆弧滑道AB的半径R大小范围为0.15m<R≤0.30m.
(2)整个过程中小车可能获得的最大速度为1m/s.
如图所示,光滑水平面左侧有一竖直墙面,墙面上固定一弹簧2,水平面上有物体A,其右侧连接一弹簧1,现有另一物体B以速度v0=10m/s向左运动压缩弹簧1,当弹簧1被压缩到最短时(此时A未与弹簧2接触)锁定弹簧1,A、B一起向左运动压缩弹簧2,当弹簧2被压缩到最短时,锁定弹簧2.经过一段时间后解除弹簧1的锁定,求物块B离开弹簧1后的速度.(已知弹簧均为轻质弹簧,且A、B质量相同)
正确答案
解:设AB质量均为m,AB碰撞过程在水平方向系统满足动量守恒,选择向左为正方向,由动量守恒定律得:mv0=2mv
再由能量守恒,弹簧中储存的弹性势能为:
AB与弹簧2碰撞后处于静止,再将弹簧1解除锁定,弹簧1将B弹出,此时弹簧1的弹性势能转化为物块B的动能,即:
所以:
答:物块B离开弹簧1后的速度是m/s.
解析
解:设AB质量均为m,AB碰撞过程在水平方向系统满足动量守恒,选择向左为正方向,由动量守恒定律得:mv0=2mv
再由能量守恒,弹簧中储存的弹性势能为:
AB与弹簧2碰撞后处于静止,再将弹簧1解除锁定,弹簧1将B弹出,此时弹簧1的弹性势能转化为物块B的动能,即:
所以:
答:物块B离开弹簧1后的速度是m/s.
如图所示,在离地面H=5.45m的O处用长L=0.45m的不可伸长的细线挂一质量为0.9kg的爆竹(火药质量忽略不计),把爆竹拉起至D点使细线水平伸直,点燃导火线后将爆竹静止释放,爆竹刚好到达最低点B时炸成质量相等的两块,一块朝相反方向水平抛出,落到地面上的A处,抛出的水平距离s=5m.另一块仍系在细线上继续做圆周运动,空气阻力忽略不计,取g=10m/s2,求:
(1)爆竹爆炸前瞬间的速度大小v0;
(2)继续做圆周运动的那一块在B处对细线的拉力T的大小;
(3)火药爆炸释放的能量E.
正确答案
解:(1)设爆竹的总质量为2m,爆竹从D运动到B的过程中,由动能定理得:
2mgL=×2mv02,
解得:v0=3m/s;
(2)刚好到达B时的速度为v,爆炸后抛出的那一块的水平速度为v1,做圆周运动的那一块的水平速度为v2,则对做平抛运动的那一块有:H-L=gt2,s=v1t
解得:v1=5m/s,
爆竹爆炸前后动量守恒,所以有:2mv=mv2-mv1,
在B点,由牛顿第二定律可得:T-mg=m,
由牛顿第三定律得:对细线的拉力:T′=T=12.55N;
联立以上各式,解得:T=12.55N
(3)火药爆炸释放的能量为:E=mv12+
mv22-2mgL=2.88J
答:(1)爆竹爆炸前瞬间的速度大小为3m/s;
(2)继续做圆周运动的那一块在B处对细线的拉力T的大小为12.55N;
(3)火药爆炸释放的能量为2.88J.
解析
解:(1)设爆竹的总质量为2m,爆竹从D运动到B的过程中,由动能定理得:
2mgL=×2mv02,
解得:v0=3m/s;
(2)刚好到达B时的速度为v,爆炸后抛出的那一块的水平速度为v1,做圆周运动的那一块的水平速度为v2,则对做平抛运动的那一块有:H-L=gt2,s=v1t
解得:v1=5m/s,
爆竹爆炸前后动量守恒,所以有:2mv=mv2-mv1,
在B点,由牛顿第二定律可得:T-mg=m,
由牛顿第三定律得:对细线的拉力:T′=T=12.55N;
联立以上各式,解得:T=12.55N
(3)火药爆炸释放的能量为:E=mv12+
mv22-2mgL=2.88J
答:(1)爆竹爆炸前瞬间的速度大小为3m/s;
(2)继续做圆周运动的那一块在B处对细线的拉力T的大小为12.55N;
(3)火药爆炸释放的能量为2.88J.
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