- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,小球m1沿半径为R的光滑圆弧从顶端A点由静止运动到最低点B时,与小球m2碰撞并粘在一起沿光滑圆弧末端水平飞出,最终落至C点.已知m1=m2=m,重力加速度为g,两球均可视为质点,C点比B点低4R.求:
(1)小球m1在与小球m2碰撞之前瞬间,m1对圆弧轨道最低点B的压力;
(2)两球落地点C与O点的水平距离S.
正确答案
(1)小球m1从A→B过程,由机械能守恒定律得:m1gR=m
解得:VB=
小球m1通过最低点B与小球m2碰撞之前时,支持力与重力的合力提供向心力,由牛顿笫二定律有:
N-m1g=m1
由上两式解得:N=3mg
由牛顿笫三定律有:m1对圆弧轨道最低点B的压力N′=N=3mg,方向竖直向下.
(2)小球m1与小球m2碰撞并粘在一起,相互作用的过程中水平方向合力为零,碰撞前后动量守恒,选向右的方向为正,则有:
m1vB=(m1+m2)v
又 m1=m2=m
则得:v=
小球m1与小球m2碰撞后做平抛运动,则:
水平方向有:S=vt
竖直方向有:4R=gt2
由上三式得:S=2R
答:(1)小球m1在与小球m2碰撞之前瞬间,m1对圆弧轨道最低点B的压力大小为3mg,方向竖直向下;
(2)两球落地点C与O点的水平距离S为2R.
如图所示,光滑水平面上有辆静止的绝缘小车,车上固定两块竖直带电金属板A、B,A、B间距为d,其间匀强电场的强度为E,方向水平向左,车和A、B的总质量为M,今有一个质量为m、带电量为+q的微粒C,以水平向右的速度v0从金属板B的中心小孔射入电场中,欲使带电微粒C不打到A板上,v0必须满足的条件?
正确答案
带电量为+q的微粒C进入电场中,做减速运动,
欲使带电微粒C不打到A板上,临界状态是微粒C到达A板时,微粒C和A板具有相同的速度.
设微粒C刚好到达A板时,微粒C和A板具有相同的速度是v,
车和A、B、C所组成的系统在水平方向上合力为零,动量守恒,规定向右为正方向,列出等式:
mv0=(M+m)v
v=…①
微粒从金属板B的中心小孔射入电场到A板,电势增大U=Ed,所以电势能增大:Uq=Edq.
由于系统的动能减小转化为微粒C的电势能,根据能量守恒列出等式:
m
-
(M+m)v2=Edq…②,
由①②得:v0=.
所以v0满足:v0<.
答:欲使带电微粒C不打到A板上,v0必须满足的条件是v0<.
【物理-选修3-5】
(1)核电站的核能来源于U核的裂变,下列说法中正确的是______
A.U原子核中有92个质子、143个中子
B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核,如
Xe和
Sr,反应方程式为:
U+
n→
Xe+
Sr+2
n
C.U是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度半衰期缩短
D.反应后的核废料已不具有放射性,不需要进一步处理
E.一个U核裂变的质量亏损为△m=0.2155u,则释放的核能约201MeV
(2)如图所示,在光滑水平面上有一辆质量M=8kg的平板小车,车上有一个质量m=1.9kg的木块,木块距小车左端6m(木块可视为质点),车与木块一起以v=1m/s的速度水平向右匀速行驶.一颗质量m0=0.1kg的子弹以v0=179m/s的初速度水平向左飞来,瞬间击中木块并留在其中.如果木块刚好不从车上掉下来,求木块与平板小车之间的动摩擦因数μ.(g=l0m/s2)
正确答案
(1)A、U原子核中电荷数为92,所以有92个质子,质量数为235,所以中子数为143.故A正确.
B、该核反应方程电荷数守恒、质量数守恒.故B正确.
C、半衰期的大小与温度无关,由原子核内部因素决定.故C错误.
D、放射性与物质的化学性质无关.故D错误.
E、根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2得,△m=0.2155u,则释放的核能约201MeV.故E正确.
故答案为:ABE
(2)设子弹射入木块后的共同速度为v1,以水平向左为正,则由动量守恒有:
m0v0-mv=(m+m0)v1…①
v1=8m/s
它们恰好不从小车上掉下来,则它们相对平板车滑行s=6m时它们跟小车具有共同速度v2,则由动量守恒有:
(m+m0)v1-Mv=(m+m0+M)v2…②
v2=0.8m/s
由能量守恒定律有:
Q=μ(m0+m)gs=(m+m0)
+
Mv2-
(m0+m+M)
…③
由①②③,代入数据可求出µ=0.54
答:木块与平板小车之间的动摩擦因数μ=0.54.
海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为:+
→
+
n,其中氘核的质量为2.013u,氦核的质量为3.0150u,中子的质量为1.0087u.(1u=931.5Mev).
求小题1:核反应中释放的核能;
小题2:在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。
正确答案
小题1:2.14MeV
小题2:2.13MeV
(1)由△E=△mc2可知释放的核能 E=(2mH-mHe-mn)c2=2.14MeV
(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,
其动量等大反向,因此反应前后系统的总动量为零,即 mHevHe+ mnvn=0
反应前后系统的总能量守恒,即
又因为mHe:mn=3:1,所以vHe:vn=1:3
由以上各式代入已知数据得:EKhe=0.71MeV,EKn=2.13MeV.
如图所示,光滑的水平面AB(足够长)与半径为R=0.8m的光滑竖直半圆轨道BCD在B点相切,D点为半圆轨道最高点.A点的右侧等高地放置着一个长为L=20m、逆时针转动速度为v0=10m/s的传送带.用轻质细线连接甲、乙两物体,中间夹一轻质弹簧,弹簧与甲乙两物体不栓接.甲的质量为m1=3kg,乙的质量为m2=1kg,甲、乙均静止在光滑的水平面上.现固定乙球,烧断细线,甲离开弹簧后进入半圆轨道并可以通过D点,且过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力.传送带与乙物体间摩擦因数为0.6,重力加速度g取l0m/s2,甲、乙两物体可看作质点.
(1)求甲球离开弹簧时的速度.
(2)若甲固定,乙不固定,细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带,求乙在传送带上滑行的最远距离.
(3)甲乙均不固定,烧断细线以后,求甲和乙能否再次在AB面上水平碰撞?若碰撞,求再次碰撞时甲乙的速度;若不会碰撞,说明原因.
正确答案
(1)甲离开弹簧以后,机械能守恒:
m1
=m1g•2R+
m1
过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力,根据牛顿第二定律得:
2m1g=
解得:v0=4m/s
(2)根据能量守恒得:
Ep=m1
=
m2
得:v乙=12m/s
之后乙滑上传送带匀减速运动,根据牛顿第二定律得:
μmg=ma
得:a=6m/s2
速度为零时离A端最远,最远距离为:
x==12m<20m
即乙在传送带上滑行的最远距离为12m.
(3)甲乙分离分离过程中,动量守恒,选v1的方向为正,根据动量守恒得:
m1v1=m2v2
甲乙弹簧系统能量守恒:
Ep=m1
=
m1
+
m2
解得:=2
m/s,v2=6
m/s
之后甲沿轨道上滑,设上滑最高点高度为h,
则m1
=m1gh
得h=0.6m<0.8m
则甲上滑不到等圆心位置就会返回,返回AB面上速度仍然是v1=2m/s
乙滑上传送带,因v2=6m/s<12m/s,
则乙先向右做匀减速运动,后向左匀加速.
由对称性可知返回AB面上速度仍然为v2=6m/s
所以甲和乙能再次在AB面上水平碰撞,再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2m/s,v2=6
m/s
答:(1)甲球离开弹簧时的速度大小是4m/s.
(2)若甲固定,乙不固定,细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带,乙在传送带上滑行的最远距离是12m.
(3)甲乙均不固定,烧断细线以后,甲和乙能再次在AB面上水平碰撞,再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2m/s,v2=6
m/s
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