- 动量守恒定律
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甲乙两船质量均为M,以相同的速率v相向而行.甲船上站着一个质量为m的人随船行驶,不计水的阻力,当他由甲船跳上乙船,再由乙船跳回到甲船上,这样反复几次后,乙船速度变为零,则甲船的速度为( )
正确答案
解析
解:以两船及人组成的系统为研究对象,系统在水平方向上所受合外力为零,系统动量守恒,以人的初速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
-Mv乙+(M+m)v=0+(M+m)v甲
解得:
故选:A.
如图,两块相同平板P1、P2置于光滑水平面上,质量均为m.P2的右端固定一轻质弹簧,左端A与弹簧的自由端B相距L.物体P置于P1的最右端,质量为2m且可以看作质点.P1与P以共同速度v0向右运动,与静止的P2发生碰撞,碰撞时间极短,碰撞后P1与P2粘连在一起,P压缩弹簧后被弹回并停在A点(弹簧始终在弹性限度内).P与P2之间的动摩擦因数为μ,求:
(1)P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2;
(2)此过程中弹簧最大压缩量x和相应的弹性势能Ep.
正确答案
解:(1)P1、P2碰撞过程,由动量守恒定律
mv0=2mv1 ①
解得v1=,方向水平向右 ②
对P1、P2、P系统,由动量守恒定律
mv0+2mv0=4mv2③
解得v2=,方向水平向右④
(2)当弹簧压缩最大时,P1、P2、P三者具有共同速度v2,由动量守恒定律
mv0+2mv0=4mv2 ⑤
对系统由能量守恒定律
μ(2m)g×2(L+x)=(2m)v
+
(2m)v
-
(4m)v
⑥
解得x=-L ⑦
最大弹性势能Ep=(2m)v
+
(2m)v
-
(4m)v
-μ•2mg(L+x) ⑧
解得Ep=mv
⑨
答:(1)P1、P2刚碰完时的共同速度是,方向水平向右,P的最终速度是
,方向水平向右;
(2)此过程中弹簧最大压缩量x是-L,相应的弹性势能是
mv
.
解析
解:(1)P1、P2碰撞过程,由动量守恒定律
mv0=2mv1 ①
解得v1=,方向水平向右 ②
对P1、P2、P系统,由动量守恒定律
mv0+2mv0=4mv2③
解得v2=,方向水平向右④
(2)当弹簧压缩最大时,P1、P2、P三者具有共同速度v2,由动量守恒定律
mv0+2mv0=4mv2 ⑤
对系统由能量守恒定律
μ(2m)g×2(L+x)=(2m)v
+
(2m)v
-
(4m)v
⑥
解得x=-L ⑦
最大弹性势能Ep=(2m)v
+
(2m)v
-
(4m)v
-μ•2mg(L+x) ⑧
解得Ep=mv
⑨
答:(1)P1、P2刚碰完时的共同速度是,方向水平向右,P的最终速度是
,方向水平向右;
(2)此过程中弹簧最大压缩量x是-L,相应的弹性势能是
mv
.
如图(甲)示,光滑曲面MP与光滑水平面PN平滑连接,N端紧靠速度恒定的传送装置,PN与它上表面在同一水平面.小球A在MP上某点静止释放,与静置于PN上的工件B碰撞后,B在传送带上运动的v-t图象如图(乙)且t0已知,最后落在地面上的E点.已知重力加速度为g,传送装置上表面距地面高度为H.
(1)求B与传送带之间的动摩擦因数μ;
(2)求E点离传送装置右端的水平距离L;
(3)若A、B发生的是弹性碰撞且B的质量是A的2倍,要使B始终落在E点,试判断A静止释放点离PN的高度h的取值范围.
正确答案
解:(1)由v-t图象知,在t0时间内,
B的加速度:a==
,
对B,由牛顿第二定律得:μmg=ma,
解得:;
(2)由v-t图象知,B离开传送带时的速度:vB1=,
B离开传送带后做平抛运动,
水平方向:L=vB1t,
竖直方向:,
解得:L=2H;
(3)由图示图象可知,传送带的速度:v传送带=,
使B始终落到地面上E点,必须是以相同速度离开传送装置,B离开传送带时的速度vB1=,
由图象可求知,B在传送带上运动时,相对地的位移,即传送带长度为:
s=(t0+2t0)×+
×2t0=
,
设A的质量为m,碰前速度为v,碰后速度vA,B质量为2m,碰后速度vB.
A下滑过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:mgh=,
A、B碰撞过程动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,
A、B碰撞过程中,由动量守恒定律得:mv=mvA+2mvB,
A、B碰撞过程机械能守恒,由系统机械能守恒得:,
解得:,
,
B始终能落到地面上E点,有以下两类情形:
①若vB≥vB1,B进入传送带后,开始做匀减速运动,设B减速到vB1经过位移为S1,
由匀变速直线运动的速度位移公式得:vB12-vB2=-2as1,则应满足S1≤S,
解得:,
②若vB<vB1,B以速度vB进入传送带后,先做匀加速运动,加速到速度为:vB1,
设此过程B对地位移为S2,则vB12-vB2=2as2,且恒有vB>0,
解得:s2<t0,即S2<S恒成立,h>0,
综上所述,要使工件B都落在地面的E点,
小球A释放点高度h必须满足条件为:;
答:(1)B与传送带之间的动摩擦因数;
(2)E点离传送装置右端的水平距离L=2H;
(3)A静止释放点离PN的高度h的取值范围为:.
解析
解:(1)由v-t图象知,在t0时间内,
B的加速度:a==
,
对B,由牛顿第二定律得:μmg=ma,
解得:;
(2)由v-t图象知,B离开传送带时的速度:vB1=,
B离开传送带后做平抛运动,
水平方向:L=vB1t,
竖直方向:,
解得:L=2H;
(3)由图示图象可知,传送带的速度:v传送带=,
使B始终落到地面上E点,必须是以相同速度离开传送装置,B离开传送带时的速度vB1=,
由图象可求知,B在传送带上运动时,相对地的位移,即传送带长度为:
s=(t0+2t0)×+
×2t0=
,
设A的质量为m,碰前速度为v,碰后速度vA,B质量为2m,碰后速度vB.
A下滑过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:mgh=,
A、B碰撞过程动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,
A、B碰撞过程中,由动量守恒定律得:mv=mvA+2mvB,
A、B碰撞过程机械能守恒,由系统机械能守恒得:,
解得:,
,
B始终能落到地面上E点,有以下两类情形:
①若vB≥vB1,B进入传送带后,开始做匀减速运动,设B减速到vB1经过位移为S1,
由匀变速直线运动的速度位移公式得:vB12-vB2=-2as1,则应满足S1≤S,
解得:,
②若vB<vB1,B以速度vB进入传送带后,先做匀加速运动,加速到速度为:vB1,
设此过程B对地位移为S2,则vB12-vB2=2as2,且恒有vB>0,
解得:s2<t0,即S2<S恒成立,h>0,
综上所述,要使工件B都落在地面的E点,
小球A释放点高度h必须满足条件为:;
答:(1)B与传送带之间的动摩擦因数;
(2)E点离传送装置右端的水平距离L=2H;
(3)A静止释放点离PN的高度h的取值范围为:.
(2016•徐汇区一模)A、B两物体在光滑水平地面上沿同一直线均向东运动,A在后,质量为5kg,速度大小为10m/s,B在前,质量为2kg,速度大小为5m/s,两者相碰后,B沿原方向运动,速度大小为10m/s,则A的速度大小为______m/s,方向为______.
正确答案
8
向东
解析
解:设向东为速度正方向,则碰撞前A物体的速度vA=10m/s,B物体的速度vB=5m/s
碰撞后A物体的速度设为,碰撞后B的速度
两物体碰撞过程,由动量守恒定律有:
即×10m/s
解得,为正值,说明碰撞后A物体的速度方向向东;
故答案为:8; 向东.
一质量为m的子弹以某一初速度水平射入置于光滑水平面上的木块A并留在其中,A与木块B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起,开始弹簧处于原长,如图所示.已知弹簧被压缩瞬间A的速度为
,木块A、B的质量均为M.求:
(Ⅰ)子弹射入木块A时的速度;
(Ⅱ)弹簧被压缩到最短时弹簧的弹性势能.
正确答案
解:①以子弹与木块A组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+M)v,
解得:v0=a,
②弹簧压缩最短时,两木块速度相等,以两木块与子弹组成的系统为研究对象,以木块A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(m+M)v=(m+2M)v′,
解得:v′=;
由机械能守恒定律可知:
EP=(M+m)(
)2-
(2M+m)v′2=
答:①弹簧被压缩瞬间A的速度为,B的速度为零;
②弹簧被压缩到最短时的弹性势能为.
解析
解:①以子弹与木块A组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
mv0=(m+M)v,
解得:v0=a,
②弹簧压缩最短时,两木块速度相等,以两木块与子弹组成的系统为研究对象,以木块A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
(m+M)v=(m+2M)v′,
解得:v′=;
由机械能守恒定律可知:
EP=(M+m)(
)2-
(2M+m)v′2=
答:①弹簧被压缩瞬间A的速度为,B的速度为零;
②弹簧被压缩到最短时的弹性势能为.
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