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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量为M、半径为R的质量分布均匀的圆环静止在粗糙的水平桌面上,一质量为m(m>M)的光滑小球以某一水平速度通过环上的小孔正对环心射入环内,与环发生第一次碰撞后到第二次碰撞前小球恰好不会从小孔中穿出.假设小球与环内壁的碰撞为弹性碰撞,只考虑圆环与桌面之间的摩擦,求圆环通过的总位移?

正确答案

解:设小球的初速度为v0,第一次碰撞后,小球的速度为v1,圆环的速度为v2

圆环和小球组成的系统动量守恒,以球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律:mv0=mv1+Mv2

由能量守恒定律得:mv02=mv12+Mv22

多次碰撞后小球和环最终静止,设圆环受到的摩擦力为f,

通过的总位移为x.系统的动能全部转化为摩擦生热:fx=mv02

第一次碰撞后经时间t,小球恰好未从小孔中穿出,即二者共速,均为v1

由运动学规律:t-v1t=2R,

对圆环,由动量定理:-ft=Mv1-Mv2

解得,圆环通过的总位移:x=R;

答:圆环通过的总位移为R.

解析

解:设小球的初速度为v0,第一次碰撞后,小球的速度为v1,圆环的速度为v2

圆环和小球组成的系统动量守恒,以球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律:mv0=mv1+Mv2

由能量守恒定律得:mv02=mv12+Mv22

多次碰撞后小球和环最终静止,设圆环受到的摩擦力为f,

通过的总位移为x.系统的动能全部转化为摩擦生热:fx=mv02

第一次碰撞后经时间t,小球恰好未从小孔中穿出,即二者共速,均为v1

由运动学规律:t-v1t=2R,

对圆环,由动量定理:-ft=Mv1-Mv2

解得,圆环通过的总位移:x=R;

答:圆环通过的总位移为R.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,两小球A、B均用细绳吊在天花板上,且mA=4mB,当小球A从高为h处由静止向下摆到最低点时,恰好与小球B正碰,关于碰后B球能升起的高度,以下数据中不可能的是(  )

A0.5h

B0.8h

C2.5h

D3h

正确答案

A,D

解析

解:A向下运动过程,机械能守恒,由机械能守恒定律得:mAgh=mAv02,解得:v0=

A、B碰撞过程系统动量守恒,以向左为正方向,

①如果两球的碰撞为完全弹性碰撞,

由动量守恒定律得:mAv0=mAvA+mBvB

由机械能守恒定律得:mAv02=mAvA2+mBvB2

对B由机械能守恒定律得:mBvB2=mBghB

解得:hB=2.56h;

②如果两球发生完全非弹性碰撞,

由动量守恒定律得:mAv0=(mA+mB)v,

由机械能守恒定律得:(mA+mB)v2=(mA+mB)ghB

解得:hB=0.64h;

则B上升的高度为:0.64h≤hB≤2.56h;

故选:AD.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,在水平桌面上固定着一个水平放置的光滑圆轨道,在轨道的B点静止着一个质量为m2的弹性小球乙,另一个质量为m1的弹性小球甲以初速度Vo运动,与乙球发生第一次碰撞后,恰在C点发生第二次碰撞.若碰撞过程中没有动能损失,则甲、乙两球的质量之比m1:m2可能等于(  )

A5:3

B9:1

C1:7

D3:5

正确答案

A,C,D

解析

解:有三种可能:

设m1碰后速度为v1,m2碰后速度为v2

(一)m1小球由A到B撞m2,且m1碰撞后反向

以v0方向为正,由动量守恒定律得m1v0=m2v2-m1v1

因为恰在C点发生第二次碰撞,故有3v2=v1

由机械能守恒得:

解得:

(二)m1小球由A到B撞m2,且碰撞后同向

以v0方向为正,由动量守恒定律得m1v0=m2v2+m1v1

因为恰在C点发生第二次碰撞,故有v2=5v1

由机械能守恒得:

解得:

(三)m1小球由A到D到D再到B撞m2v0方向为正,由动量守恒定律得m1v0=m2v2-m1v1

因为恰在C点发生第二次碰撞,故有v2=3v1

由机械能守恒得:

解得:

故选ACD.

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题型: 单选题
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单选题

细线下面吊着一个质量为0.99kg的沙袋,构成一个单摆,摆长为10cm.一颗质量为10g的子弹水平射入沙袋并留在沙袋中,随沙袋一起摆动.已知沙袋摆动时摆线的最大偏角是60°,g=10m/s2,求子弹射入沙袋前的速度(  )

A100m/s

B99m/s

C200m/s

D198m/s

正确答案

A

解析

解:沙袋与子弹一起摆动的过程中,机械能守恒,则由机械能守恒定律可得:

(M+m)gL(1-cos60°)=(M+m)v2

则得:v==m/s=1m/s

子弹击中木块的过程中,系统动量守恒,由动量守恒定律可得:mv0=(M+m)v,

则得:v0==m/s=100m/s.即子弹射入沙袋前的速度为100m/s.

故选:A

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题型: 单选题
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单选题

一小船相对地面以速度v1向东匀速行驶,若在船上以相对于地面的速率v水平向西抛出一个质量为m的重物,则小船的速度将(  )

A不变

B增大

C减小

D改变方向

正确答案

B

解析

解:以重物和船组成的系统为研究对象,抛重物的过程系统遵守满足动量守恒定律.取向东方向为正方向,设船的质量为M.

根据动量守恒定律得:

(M+m)v1=-mv+Mv′,

所以有:v′=v1+v>v1,即船速增大.故B正确;

故选:B

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