- 动量守恒定律
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如图所示,木板A和有
光滑圆弧面的滑块B静止在光滑水平面上,A的上表面与圆弧的最低点相切,A的左端有一可视为质点的小铁块C.现突然给C水平向右的初速度v0,C经过A的右端时速度变为
,之后滑到B上并刚好能到达圆弧的最高点.若A、B、C的质量均为m,重力加速度为g.求圆弧的半径.
正确答案
解:先以ABC为系统,水平方向不受外力,所以动量守恒,
可得C滑上B瞬间AB的速度为
C到B上后,B与A脱离,再以BC为系统,水平方向依然动量守恒,
得
BC组成的系统中只有重力做功,满足机械能守恒有:
代入数据可解得
答:圆弧的半径为.
解析
解:先以ABC为系统,水平方向不受外力,所以动量守恒,
可得C滑上B瞬间AB的速度为
C到B上后,B与A脱离,再以BC为系统,水平方向依然动量守恒,
得
BC组成的系统中只有重力做功,满足机械能守恒有:
代入数据可解得
答:圆弧的半径为.
如图甲所示,一轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物块A、B的连接,并静止在光滑的水平面上,现使A瞬时获得水平向右的速度v0,以此刻为计时起点,两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示.求:
(1)两物块质量之比m1:m2多大?
(2)当A物体的速度最小时,弹簧的弹性势能Ep多大?(计算结果用m1和v0表示)
正确答案
解:(1)当弹簧第一次恢复原长时,B物体速度最大,
图象可知,此时A速度为.B的速度为
,
此过程系统动量守恒,以A才初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m1v0=m1(-)+m2
,
解得:m1:m2=1:3;
(2)A、B组成的系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,A的最小速度为零,
由动量守恒得:m1v0=m2v,解得:v=v0,
由能量守恒定律得:m1v02=
m2v2+EP,
解得:EP=m1v02;
答:(1)两物块质量之比m1:m2为1:3;(2)当A物体的速度最小时,弹簧的弹性势能Ep为m1v02.
解析
解:(1)当弹簧第一次恢复原长时,B物体速度最大,
图象可知,此时A速度为.B的速度为
,
此过程系统动量守恒,以A才初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:m1v0=m1(-)+m2
,
解得:m1:m2=1:3;
(2)A、B组成的系统动量守恒,以A的初速度方向为正方向,A的最小速度为零,
由动量守恒得:m1v0=m2v,解得:v=v0,
由能量守恒定律得:m1v02=
m2v2+EP,
解得:EP=m1v02;
答:(1)两物块质量之比m1:m2为1:3;(2)当A物体的速度最小时,弹簧的弹性势能Ep为m1v02.
如图,质量为M=2m的小球A用长为L的轻绳悬挂于O点,在O点正下方L的C点放一质量为m的小球B,将小球A拉至水平自由释放,A下落到C点与B 球发生正碰,碰后两球不粘连.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若发生非弹性碰撞,则系统机械能损失,而发生弹性碰撞时,系统机械能守恒,所以发生弹性碰撞后,A能上升的高度最大,故A正确,BC错误;
D、小球从A运动到B的过程中,根据动能定理得:
解得:
小球A与B发生正碰的过程中,所受外力之和为零,动量守恒,以A球碰撞前的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:
Mv0=MvA+mvB
根据机械能守恒定律得:
,
又M=2m
解得:
碰撞后,对A,根据动能定理得:
Mgh=
解得:h=,故D正确.
故选:AD
如图所示,在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,Q点处为一竖直的墙壁.小球A与小球B发生弹性碰撞后两小球均向右运动,小球B与墙壁碰撞后原速率返回并与小球A在P点相遇,
,求
(ⅰ)两小球质量之比m1:m2;
(ⅱ)若m1和v0已知,并假设两小球第一次碰撞的时间是t秒,求两小球第一次碰撞时平均作用力的大小.
正确答案
解:(ⅰ)设A、B两个小球碰撞后的速度分别为v1、v2,由动量守恒定律有:
m1v0=m1v1+m2v2…①
由能量守恒定律有:…②
两个小球碰撞后到再次相遇,其速度率不变,由运动学规律有:
v1:v2=:(
)=1:5…③
联立①②③,代入数据解得:m1:m2=5:3
(ⅱ)以A球为研究对象,由动量定理有:
…④
联立①④,代入数据解得:.
答:(ⅰ)两小球质量之比m1:m2为 5:3.
(ⅱ)两小球第一次碰撞时平均作用力的大小为.
解析
解:(ⅰ)设A、B两个小球碰撞后的速度分别为v1、v2,由动量守恒定律有:
m1v0=m1v1+m2v2…①
由能量守恒定律有:…②
两个小球碰撞后到再次相遇,其速度率不变,由运动学规律有:
v1:v2=:(
)=1:5…③
联立①②③,代入数据解得:m1:m2=5:3
(ⅱ)以A球为研究对象,由动量定理有:
…④
联立①④,代入数据解得:.
答:(ⅰ)两小球质量之比m1:m2为 5:3.
(ⅱ)两小球第一次碰撞时平均作用力的大小为.
如图所示,两个半径相同的小球A、B分别被不可伸长的细线悬吊着,静止时两根细线竖直,两小球刚好接触,且球心在同一条水平线上.现向左移动小球A,使A球与最低点的高度差为h(悬吊A球的细线张紧),然后无初速释放小球A,小球将发生碰撞.碰撞过程没有机械能损失,且碰撞前后小球的摆动平面不变.碰后A、B上升的最大高度分别为hA和hB(最大高度均未超过绳长)( )
正确答案
解析
解:小球A下摆过程,机械能守恒,由机械能守恒定律得:mAgh=mAvA2,
解得:vA=;
两个小球碰撞过程在水平方向动量守恒,系统机械能守恒,以A球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mAvA=mAvA′+mBvB′,
由机械能守恒定律得:mAvA2=
mAvA′2+
mBvB′2,
解得:vA′=,vB′=
,
碰撞后两小球向上运动的过程中,两小球机械能守恒:mAvA′2=mghA,
mBvB′2=mghB,
A、若mA<mB,碰撞后A球反弹,向左摆动,B球向右摆动,系统机械能守恒,hA、hB可能相等,但都不可能大于h,故AD错误;
B、若mA>mB,碰撞后两球都向右摆动,则一定为hB>h>hA,hA、hB不可能相等,故B正确,C错误;
故选:C.
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