- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,水平地面上静止放置着物块B和C,相距="1.0m" 。物块A以速度
=10m/s沿水平方向与B正碰。碰撞后A和B牢固地粘在一起向右运动,并再与C发生正碰,碰后瞬间C的速度
="2.0m/s" 。已知A和B的质量均为m,C的质量为A质量的k倍,物块与地面的动摩擦因数
=0.45.(设碰撞时间很短,g取10m/s2)试:
(1)计算与C碰撞前瞬间AB的速度;
(2)根据AB与C的碰撞过程分析k的取值范围,并讨论与C碰撞后AB的可能运动方向。
正确答案
(1)(2)当
时,AB的运动方向与C相同;当
时,AB的速度为0 ; 当
时,AB的运动方向与C相反
试题分析:⑴设A、B碰撞后的速度为v1,AB碰撞过程由动量守恒定律得
设与C碰撞前瞬间AB的速度为v2,由动能定理得
联立以上各式解得
⑵若AB与C发生完全非弹性碰撞(AB与C成为一个整体),由动量守恒定律得
代入数据解得 , 此时AB的运动方向与C相同
若AB与C发生弹性碰撞,由动量守恒和能量守恒得
联立以上两式解得
代入数据解得 ,此时AB的运动方向与C相反
若AB与C发生碰撞后AB的速度为0,由动量守恒定律得,代入数据解得
综上所述得 当时,AB的运动方向与C相同;当
时,AB的速度为0 ; 当
时,AB的运动方向与C相反
点评:该题第一问较为简单,第二问稍难.只要注意到碰撞过程中能量个关系和动量守恒,这样就不会无从下手了
在光滑的水平面上沿直线按不同的间距依次排列着质量均为m的滑块,1、2、3、…(n-1)、n,滑块P的质量也为m.P从静止开始在大小为F的水平恒力作用下向右运动,经时间T与滑块1碰撞,碰撞后滑块便粘连在一起.以后每经过时间T就与下一滑块碰撞一次,每次碰撞后均粘连在一起,每次碰撞时间极短,每个物块都可简化为质点.求:
(1)第一次碰撞后瞬间的速度及第一次碰撞过程中产生的内能;
(2)发生第n次碰撞后瞬间的速度vn为多大;
(3)第n-1个滑块与第n个滑块间的距离sn-1.
正确答案
(1);(2)
;(3)
(1)设第一次碰撞前瞬间P的速度为u1,根据动量定理,有
FT=mu1 ①
则撞前瞬间的速度u1= ②
因碰撞时间极短,第一次碰撞后瞬间的速度为v1,根据动量定理,有
FT=2mv1 ③
则碰后瞬间速度v1= ④
第一次碰撞过程中产生的内能△E==
⑤
(2)因每次碰撞时间极短,对从开始到发生第n次碰撞后瞬间应用动量定理,有
FnT=(n+1)mvn ⑥
解得vn= ⑦
(3)同理可以求出第(n-1)次碰后的速度vn-1= ⑧
对第n次碰撞前全过程应用动量定理
FnT=nmun ⑨
解得un= ⑩(与n无关)
对n-1到n之间应用动能定理,有
Fsn-1=
解得sn-1=
如图所示,质量为M的小车A左端固定一根轻弹簧,车静止在光滑水平面上,一质量为m的小物块B从右端以速度v0冲上小车并压缩弹簧,然后又被弹回,回到车右端时刚好与车保持相对静止.求:
(1)这过程弹簧的最大弹性势能EP为多少?
(2)全过程系统摩擦生热Q多少?
正确答案
(1)全过程系统动量守恒,小物块将弹簧压缩到最短和被弹回到车右端的两个时刻,系统的速度是相同的,设向左为正方向:
mv0=(M+m)v
由于两个时刻速度相同,说明小物块从车左端返回车右端过程中弹性势能的减小恰好等于系统内能的增加,即弹簧的最大弹性势能Ep恰好等于返回过程的摩擦生热,而往返两个过程中摩擦生热是相同的,所以EP是全过程摩擦生热Q的一半,Q=2EP
全过程由能量守恒和转过定律得:
Q=mv02-
(M+m)v2
联立得:EP=
Q=
答:(1)这过程弹簧的最大弹性势能EP为;
(2)全过程系统摩擦生热Q为.
质量M=3kg的长木板静止在光滑水平面上,木板左侧放置一质量m=1kg的木块,右侧固定一轻弹簧,处于原长状态,弹簧正下方部分的木板上表面光滑,其他部分的木板上表面粗糙,如图所示现给木块v0=4m/s的初速度,使之向右运动,在木板与木块向右运动过程中,当木板和木块达到共速时,木板恰与墙壁相碰,碰撞过程时间极短,木板速度的方向改变,大小不变,最后木块恰好在木板的左端与木板相对静止。求:
①木板与墙壁相碰时的速度v1;
②整个过程中弹簧所具有的弹性势能的最大值Epm;
正确答案
①1m/s. ②3.75J
试题分析:①以木块与木板组成组成的系统为研究对象,从木块开始运动到两者速度相同的过程中,系统动量守恒,由动量守恒定律可得:mv0=(M+m)v1,解得:v1=1m/s.
②木板与墙壁碰后返回,木块压缩弹簧,当弹簧压缩到最短时,木块与木板速度相等,在此过程中两者组成的系统动量守恒,由动量守恒定律可得:Mv1-mv1=(M+m)v2,解得:v2=0.5m/s;
当弹簧压缩到最短时,弹性势能最大,由动能定理可得:
当木块到达木板最左端时两者速度相等,在此过程中,系统动量守恒,由动量守恒定律可得:,解得v3=0.5m/s;
从木块开始运动到木块回到木板最左端的整个过程中,由能量守恒定律可知: ,解得:Q=3.75J,EPm=3.75J.
如图所示,有一条光滑轨道,其中一部分是水平的,有质量为2m的滑块A以速率15m/s向右滑行,又有另一质量为m的滑块B从高为5m处由静止下滑,它们在水平面相碰后,B滑块刚好能回到原出发点,则碰撞后A的瞬时速度大小为______m/s,方向为______.
正确答案
滑块B在斜抛上运动过程中,机械能守恒,与A碰撞前后速度大小相同,根据守恒定律,有:
mgh=m
解得:
vB==
m/s=10m/s
A、B滑块碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,根据守恒定律,有:
2mvA-mvB=2mvA′+mvB′
故:vA′=vA-vB-
vB′=15-
×10-
×10=5m/s>0
故碰撞后A的瞬时速度大小为5m/s,向右;
故答案为:5,水平向右.
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