- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,一质量为m的光滑弧形槽固定在光滑水平面上,弧形槽的高为h,一质量为m的物块B静止放在光滑水平面上O点,B上连一轻弹簧,现让一质量也为m的物块从弧形槽的顶端由静止下滑,问:
(1)弹簧能获得的最大弹性势能多大?
(2)若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为多大?
正确答案
解:(1)物块A下滑过程,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mgh=mv12,
A、B速度相等时,弹簧弹性势能最大,以向右为正方向,
A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv1=(m+m)v2,
由机械能守恒定律得:EP1=mv12-
•(m+m)v22,
解得:EP1=mgh;
(2)弧形槽不固定,物块A下滑过程,物块A与弧形槽系统机械能守恒,在水平方向动量守恒,
以向右为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得:mv3-mv4=0,
由机械能守恒定律得:mv32+
mv42=mgh,
A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv3=(m+m)v5,
由机械能守恒定律得:EP2=mv32-
•(m+m)v52,
解得:EP2=mgh;
答:(1)弹簧能获得的最大弹性势能为mgh;
(2)若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为mgh.
解析
解:(1)物块A下滑过程,机械能守恒,
由机械能守恒定律得:mgh=mv12,
A、B速度相等时,弹簧弹性势能最大,以向右为正方向,
A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv1=(m+m)v2,
由机械能守恒定律得:EP1=mv12-
•(m+m)v22,
解得:EP1=mgh;
(2)弧形槽不固定,物块A下滑过程,物块A与弧形槽系统机械能守恒,在水平方向动量守恒,
以向右为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得:mv3-mv4=0,
由机械能守恒定律得:mv32+
mv42=mgh,
A、B系统动量守恒,由动量守恒定律得:mv3=(m+m)v5,
由机械能守恒定律得:EP2=mv32-
•(m+m)v52,
解得:EP2=mgh;
答:(1)弹簧能获得的最大弹性势能为mgh;
(2)若弧形槽不固定,则物块A滑下后,与弹簧相碰,弹簧获得的最大弹性势能又为mgh.
在足够高的光滑水平台面上静置一质量为m的木板A,在木板的右端静置一质量为4m可视为质点的小物体B,A、B间的滑动摩擦系数μ=0.25,且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.离A右端足够远的平台边缘有一光滑定滑轮,用不可伸长的轻绳绕过定滑轮连接A和质量也为m的物体C,现由静止释放C,当它自由下落L时轻绳绷紧.当B与A相对静止时刚好到达A的左端.若重力加速度为g,不计空气阻力,不考虑A与滑轮碰撞及之后的情形.
(1)求轻绳绷紧后瞬间物体C的速度大小;
(2)求木板A的长度;
(3)若物体B带有一定量的正电,其电荷量恒为q,轻绳刚绷紧的瞬间在空间加一水平向右的匀强电场,在保证物体B能滑离木板A的情况下求A、B间摩擦生热的最大极限值.
正确答案
解:(1)自由释放C至轻绳绷紧前瞬间,由机械能守恒,得:
mgL=,v0=
绳绷紧前、后瞬间A、C组成的系统,内力远大于外力,系统的动量守恒,则有:mv0=2mv,
得 v=
(2)绳绷紧后,对A和C系统有:mg-4μmg=2ma1,μ=0.25
可得 a1=0,二者匀速运动
对B,有 4μmg=4ma2,得 a2=0.25g,匀加速运动.
从绳绷紧至二者共速 a2t=v,t==2
A板的长度即为二者相对位移大小,LA=xA-xB=vt-=L
(3)经分析,A、B共速后能使B相对A向右运动的最小对应最大的产热.临界情形下,B与A加速度相同,且二者之间的摩擦力为最大静摩擦力
对B:qE-4μmg=4ma
对AC:mg+4μmg=2ma
得a=g,E=
绳绷紧至A、B共速前,A仍v匀速运动,对B
qE+4μmg=4ma2′
a2′t′=v
二者相对位移△x=vt′-=
之后,B又从A的右端滑出,所以全程摩擦产热 Qmax=4μmg•△x=mgL
答:
(1)轻绳绷紧后瞬间物体C的速度大小是;
(2)木板A的长度为L;
(3)A、B间摩擦生热的最大极限值是mgL.
解析
解:(1)自由释放C至轻绳绷紧前瞬间,由机械能守恒,得:
mgL=,v0=
绳绷紧前、后瞬间A、C组成的系统,内力远大于外力,系统的动量守恒,则有:mv0=2mv,
得 v=
(2)绳绷紧后,对A和C系统有:mg-4μmg=2ma1,μ=0.25
可得 a1=0,二者匀速运动
对B,有 4μmg=4ma2,得 a2=0.25g,匀加速运动.
从绳绷紧至二者共速 a2t=v,t==2
A板的长度即为二者相对位移大小,LA=xA-xB=vt-=L
(3)经分析,A、B共速后能使B相对A向右运动的最小对应最大的产热.临界情形下,B与A加速度相同,且二者之间的摩擦力为最大静摩擦力
对B:qE-4μmg=4ma
对AC:mg+4μmg=2ma
得a=g,E=
绳绷紧至A、B共速前,A仍v匀速运动,对B
qE+4μmg=4ma2′
a2′t′=v
二者相对位移△x=vt′-=
之后,B又从A的右端滑出,所以全程摩擦产热 Qmax=4μmg•△x=mgL
答:
(1)轻绳绷紧后瞬间物体C的速度大小是;
(2)木板A的长度为L;
(3)A、B间摩擦生热的最大极限值是mgL.
(选修模块3-5)
(1)以下有关近代物理内容的若干叙述中,正确的是:______
A、一束光照射到某金属表面时,能发生光电效应,此时若减弱照射光的强度,则很有可能不能发生光电效应
B、物质波既是一种电磁波,又是一种概率波
C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增加,电势能减小
D、在核聚变反应中,由于要释放能量,发生质量亏损,所以聚变后的原子的总质量数要减少
(2)第一代核反应堆以铀235为裂变燃料,而在天然铀中占99%的铀238不能被利用,为了解决这个问题,科学家们研究出快中子增殖反应堆,使铀238变成高效核燃料.在反应堆中,使用的核燃料是钚239,裂变时释放出快中子,周围的铀238吸收快吕子后变成铀239,铀239()很不稳定,经过______次β次衰变后变成钚239(
),写出该过程的核反应方程式:______.
(3)如图所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视为质点,质量分别为m和3m.Q与轻弹簧相连,若Q静止,P以某一速度v向Q运动,并与弹簧发生碰撞.求P、Q速度相等时两者的速度是多大?此时弹簧弹性势能多大?
正确答案
解:(1)A、只要入射光的频率大于金属的极限频率,金属板就会发生光电效应,和光照强度无关,故A错误;
B、物质波是种概率波,不是电磁波,故B错误;
C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,电子到达低轨道,电子的动能增加,电势能减小,故C正确;
D、由质量亏损可知,核反应时核子数不变,而是核子的平均质量发生改变,故D错误;
故选C.
(2)在衰变中每次放出一个电子,由质量数和电荷数守恒可知,应有两次衰变,方程为:92239U→94239Pu+2-10e
(3)由动量守恒:mv=(m+3m)v1得,v1=
则Ep=mv2-
×4m
=
故答案为:(1)C;(2)两;92239U→94239Pu+2-10e;(3)
解析
解:(1)A、只要入射光的频率大于金属的极限频率,金属板就会发生光电效应,和光照强度无关,故A错误;
B、物质波是种概率波,不是电磁波,故B错误;
C、氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,电子到达低轨道,电子的动能增加,电势能减小,故C正确;
D、由质量亏损可知,核反应时核子数不变,而是核子的平均质量发生改变,故D错误;
故选C.
(2)在衰变中每次放出一个电子,由质量数和电荷数守恒可知,应有两次衰变,方程为:92239U→94239Pu+2-10e
(3)由动量守恒:mv=(m+3m)v1得,v1=
则Ep=mv2-
×4m
=
故答案为:(1)C;(2)两;92239U→94239Pu+2-10e;(3)
一只质量为m=50克的青蛙静止于平静的水面上的质量为M=400克的荷叶上,当它发现一只飞虫时立即以2米/秒的水平速度跳向飞虫,不计水的阻力,则:
①荷叶瞬间以多大的速度后退?
②青蛙瞬间所做的功为多少?
正确答案
解:①蜻蜓与荷叶组成的系统水平方向动量守恒,以蜻蜓的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1-Mv2=0,解得:v2=0.25 m/s.
②青蛙所做的功等于系统增加的机械能,
蜻蜓做功:W=mv
+
mv
,解得:W=0.1125J.
答:①荷叶瞬间以0.25m/s的速度后退;
②青蛙瞬间所做的功为0.1125J.
解析
解:①蜻蜓与荷叶组成的系统水平方向动量守恒,以蜻蜓的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:mv1-Mv2=0,解得:v2=0.25 m/s.
②青蛙所做的功等于系统增加的机械能,
蜻蜓做功:W=mv
+
mv
,解得:W=0.1125J.
答:①荷叶瞬间以0.25m/s的速度后退;
②青蛙瞬间所做的功为0.1125J.
如图所示,光滑水平面上放有A、B、C三个物块,其质量分别为mA=2.0kg,mB=mC=1.0kg,用一轻弹簧固接A、B两物块,B、C只是靠在一起.现用力压缩弹簧使三物块靠近,此过程外力做功72J,然后释放,求:
(1)释放后物块B对物块C一共做了多少功?
(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为多大?
正确答案
解:(1)释放后,在弹簧恢复原长的过程中B和C和一起向左运动,当弹簧恢复原长后B和C的分离,所以此过程B对C做功.选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中动量守恒(取向右为正向):
mAvA-(mB+mC)vC=0①
系统能量守恒:mAvA2+
(mB+mC)vC2=W=72J ②
∴B对C做的功:W′=mCvC2 ③
联立①②③并代入数据得:W′=18J.
(2)B和C分离后,选取A、B为一个系统,当弹簧被压缩至最短时,弹簧的弹性势能最大,此时A、B具有共同速度v,取向右为正向由动量守恒:
mAvA-mBvB=(mB+mA)v (vB=vC) ④
弹簧的最大弹性势能:Ep=mAvA2+
mBvB2-
(mB+mA)v ⑤
联立①②④⑤并代入数据得:Ep=48J
答:(1)释放后物块B对物块C一共做了18J功.
(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为48J.
解析
解:(1)释放后,在弹簧恢复原长的过程中B和C和一起向左运动,当弹簧恢复原长后B和C的分离,所以此过程B对C做功.选取A、B、C为一个系统,在弹簧恢复原长的过程中动量守恒(取向右为正向):
mAvA-(mB+mC)vC=0①
系统能量守恒:mAvA2+
(mB+mC)vC2=W=72J ②
∴B对C做的功:W′=mCvC2 ③
联立①②③并代入数据得:W′=18J.
(2)B和C分离后,选取A、B为一个系统,当弹簧被压缩至最短时,弹簧的弹性势能最大,此时A、B具有共同速度v,取向右为正向由动量守恒:
mAvA-mBvB=(mB+mA)v (vB=vC) ④
弹簧的最大弹性势能:Ep=mAvA2+
mBvB2-
(mB+mA)v ⑤
联立①②④⑤并代入数据得:Ep=48J
答:(1)释放后物块B对物块C一共做了18J功.
(2)弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能为48J.
扫码查看完整答案与解析