- 动量守恒定律
- 共5880题
一质量为2kg的物体P静止于光滑水平地面上,其截面如图所示.图中ab为粗糙的水平面,长度为2m;bc为一光滑曲面,曲面和水平面相切.现有一质量为1kg的小物块以大小为
=6m/s的水平初速度从a点向左运动,在bc曲面上能上升的最大高度h=0.5m,返回后在到达a点前与物体P相对静止.重力加速度g=10
.求:
①物块在以ab段受到的摩擦力大小;
②物块最后距b点的距离.
正确答案
解:①设木块和物体P共同速度为v,两物体从开始到第一次到达共同速度过程由动量守恒得:
mv0=(m+M)v
得:v=2m/s
根据能量守恒定律得:fs=-
-mgh
解得:f=3.5N
②末状态二者再次共速,设为v′,根据动量守恒得:
mv0=(m+M)v′
得:v′=2m/s
再由动量守恒得:fs′=mgh+-
解得:s′=
答:①物块在以ab段受到的摩擦力大小是3.5N;
②物块最后距b点的距离是1.43m.
解析
解:①设木块和物体P共同速度为v,两物体从开始到第一次到达共同速度过程由动量守恒得:
mv0=(m+M)v
得:v=2m/s
根据能量守恒定律得:fs=-
-mgh
解得:f=3.5N
②末状态二者再次共速,设为v′,根据动量守恒得:
mv0=(m+M)v′
得:v′=2m/s
再由动量守恒得:fs′=mgh+-
解得:s′=
答:①物块在以ab段受到的摩擦力大小是3.5N;
②物块最后距b点的距离是1.43m.
如图,在足够长的光滑水平面上,物体A、B、C位于同一直线上,A点位于B、C之间,A的质量为m,B、C的质量都为M,三者均处于静止状态,现使A以某一速度向右运动,求m和M之间应满足什么条件,才能使A只与B、C各发生一次碰撞.设物体间的碰撞都是弹性的.
正确答案
解:A向右运动与C发生碰撞的过程中系统的动量守恒、机械能守恒,选取向右为正方向,设开始时A的速度为v0,第一次与C碰撞后C的速度为vC1,A的速度为vA1.由动量守恒定律、机械能守恒定律得:
mv0=mvA1+MvC1 ①
②
联立①②得: ③
④
可知,只有m<M时,A才能被反向弹回,才可能与B发生碰撞.
A与B碰撞后B的速度为vB1,A的速度为vA2.由动量守恒定律、机械能守恒定律,同理可得:
=
⑤
根据题意要求A只与B、C各发生一次碰撞,应有:vA2≤vC1 ⑥
联立④⑤⑥得:m2+4mM-M2≥0
解得:,(另一解:
舍去)所以m与M之间的关系应满足:
答:m和M之间应满足,才能使A只与B、C各发生一次碰撞.
解析
解:A向右运动与C发生碰撞的过程中系统的动量守恒、机械能守恒,选取向右为正方向,设开始时A的速度为v0,第一次与C碰撞后C的速度为vC1,A的速度为vA1.由动量守恒定律、机械能守恒定律得:
mv0=mvA1+MvC1 ①
②
联立①②得: ③
④
可知,只有m<M时,A才能被反向弹回,才可能与B发生碰撞.
A与B碰撞后B的速度为vB1,A的速度为vA2.由动量守恒定律、机械能守恒定律,同理可得:
=
⑤
根据题意要求A只与B、C各发生一次碰撞,应有:vA2≤vC1 ⑥
联立④⑤⑥得:m2+4mM-M2≥0
解得:,(另一解:
舍去)所以m与M之间的关系应满足:
答:m和M之间应满足,才能使A只与B、C各发生一次碰撞.
如图甲所示,平板小车A静止在水平地面上,平板板长L=6m,小物块B静止在平板左端,质量mB=0.3kg,与A的动摩擦系数μ=0.8,在B正前方距离为S处,有一小球C,质量mC=0.1kg,球C通过长l=0.18m的细绳与固定点O相连,恰当选择O点的位置使得球C与物块B等高,且C始终不与平板A接触.在t=0时刻,平板车A开始运动,运动情况满足如图乙所示SA-t关系.若BC发生碰撞,两者将粘在一起,绕O点在竖直平面内作圆周运动,并能通过O点正上方的最高点.BC可视为质点,g=10m/s2,求:
(1)BC碰撞瞬间,细绳拉力至少为多少?
(2)刚开始时,B与C的距离S要满足什么关系?
正确答案
解:(1)当BC在最高点处:
当BC在最低点到最高点过程中:
当BC在最低点处:
解得:T=24N
(2)BC碰撞过程中动量守恒:mBVB=(mB+mC)VL
解得:VB=4m/s
碰撞时B速度必须满足:vB>4m/s
B的加速度为:
由图可知车A的速度为:VA=8m/s
讨论:
情况1:B在加速阶段与C相碰:;
S要满足条件:S≥1m
情况2:B在减速阶段与C相碰
B加速阶段位移:
B加速阶段时间:;
B加速阶段A的位移:SA1=VAt1=8m;
B加速阶段AB的相对位移:△S=SA1-SB1=4m;
由图可知B匀速阶段时间:t2=0.5s;
B匀速阶段位移:SB2=VAt2=4m
由图可知B匀减速阶段A速度为0
B匀减速阶段时间:
B匀减速阶段位移:;物块未滑出.
B总位移:SB1+SB2+SB3=11m
综上所述:1m≤S≤11m
答:(1)BC碰撞瞬间,细绳拉力至少为24N;
(2)刚开始时,B与C的距离S要满足1m≤S≤11m.
解析
解:(1)当BC在最高点处:
当BC在最低点到最高点过程中:
当BC在最低点处:
解得:T=24N
(2)BC碰撞过程中动量守恒:mBVB=(mB+mC)VL
解得:VB=4m/s
碰撞时B速度必须满足:vB>4m/s
B的加速度为:
由图可知车A的速度为:VA=8m/s
讨论:
情况1:B在加速阶段与C相碰:;
S要满足条件:S≥1m
情况2:B在减速阶段与C相碰
B加速阶段位移:
B加速阶段时间:;
B加速阶段A的位移:SA1=VAt1=8m;
B加速阶段AB的相对位移:△S=SA1-SB1=4m;
由图可知B匀速阶段时间:t2=0.5s;
B匀速阶段位移:SB2=VAt2=4m
由图可知B匀减速阶段A速度为0
B匀减速阶段时间:
B匀减速阶段位移:;物块未滑出.
B总位移:SB1+SB2+SB3=11m
综上所述:1m≤S≤11m
答:(1)BC碰撞瞬间,细绳拉力至少为24N;
(2)刚开始时,B与C的距离S要满足1m≤S≤11m.
(2016•湛江一模)在光滑水平面上,一质量为2m、速度大小为v的A球与质量为3m静止的B球发生正碰,求:碰后B球速度大小的一切可能值的范围.
正确答案
解:以两球组成的系统为研究对象,以A球的初速度方向为正方向.
①如果碰撞为弹性碰撞,由动量守恒定律得
2mv=2mvA+3mvB
由机械能守恒定律得
•2mv2=
•2mv02+
•3mvB2
解得:vB=v
②如果碰撞为完全非弹性碰撞,由动量守恒定律得:
2mv=(2m+3m)vB
解得:vB=v
则碰撞后B球的速度大小的一切可能值的范围是:v≤vB≤
v
答:碰撞后B球的速度大小的一切可能值的范围是:v≤vB≤
v.
解析
解:以两球组成的系统为研究对象,以A球的初速度方向为正方向.
①如果碰撞为弹性碰撞,由动量守恒定律得
2mv=2mvA+3mvB
由机械能守恒定律得
•2mv2=
•2mv02+
•3mvB2
解得:vB=v
②如果碰撞为完全非弹性碰撞,由动量守恒定律得:
2mv=(2m+3m)vB
解得:vB=v
则碰撞后B球的速度大小的一切可能值的范围是:v≤vB≤
v
答:碰撞后B球的速度大小的一切可能值的范围是:v≤vB≤
v.
如图所示,在光滑水平面上静止着一辆质量为M=10kg的小车,车的上表面水平,小车左端有一质量为m=2kg的物块(可视为质点)处于静止状态,物块和车上表面之间的摩擦因数为μ=0.3,一质量为0.5kg的小球以10m/s的水平速度射向物块,碰撞后以2m/s的速度返回,木块不会从车上掉下来,求:
①小车的最大速度.
②小车至少多长,物块才不至于滑落.
正确答案
解:①小球和木块碰撞过程中,小球和木块组成的系统动量守恒,以小球初速度方向为正,根据动量守恒定律得:
m0v0=mv-m0v′
解得:v=
当木块和小车速度相等时,两者相对静止,此时小车速度最大,根据牛顿第二定律得:
木块的加速度,
小车的加速度,
设经过时间t,两者速度相等,则有:
v+a1t=a2t
解得:t=
则小车的最大速度vm=a2t=,
②此过程中,物块运动的位移为:=2.5-1.0=1.5m
小车运动的位移为:
则小车的长度最少为:x=x1-x2=1.5-0.21=1.29m
答:①小车的最大速度为0.5m/s.
②小车至少1.29m,物块才不至于滑落.
解析
解:①小球和木块碰撞过程中,小球和木块组成的系统动量守恒,以小球初速度方向为正,根据动量守恒定律得:
m0v0=mv-m0v′
解得:v=
当木块和小车速度相等时,两者相对静止,此时小车速度最大,根据牛顿第二定律得:
木块的加速度,
小车的加速度,
设经过时间t,两者速度相等,则有:
v+a1t=a2t
解得:t=
则小车的最大速度vm=a2t=,
②此过程中,物块运动的位移为:=2.5-1.0=1.5m
小车运动的位移为:
则小车的长度最少为:x=x1-x2=1.5-0.21=1.29m
答:①小车的最大速度为0.5m/s.
②小车至少1.29m,物块才不至于滑落.
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