- 动量守恒定律
- 共5880题
如图所示,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A点由静止开始向B点运动,到达B点时外力F突然撤去,滑块随即冲上半径为 R=0.4米的光滑圆弧面小车,小车立即沿光滑水平面PQ运动。设:开始时平面AB与圆弧CD相切,A、B、C三点在同一水平线上,令AB连线为X轴,且AB=d=0.64m,滑块在AB面上运动时,其动量随位移的变化关系为P=1.6
kgm/s,小车质量M=3.6kg,不计能量损失。求:
(1)滑块受水平推力F为多大?
(2)滑块到达D点时,小车速度为多大?
(3)滑块能否第二次通过C点? 若不能,说明理由;若能,求出返回C点时小车与滑块的速度分别为多大?
(4)滑块从D点滑出再返回D点这一过程中,小车移动距离为多少? (g取10m/s2)
正确答案
(1)由P=1.6=mv,代入x=0.64m,可得滑块到B点速度为:
VB=1.6/m=1.6
/0.4 m/s ="3.2" m/s(3分)
A→B,由动能定理得:FS=mVB2
所以 F=m =0.4×3.22/(2×0.64) N ="3.2N " (3分)
(2)滑块由C→D的过程中,滑块和小车组成系统在水平方向动量守恒,由于滑块始终紧贴着小车一起运动,在D点时,滑块和小车具有相同的水平速度VDX。由动量守恒定律得:mVC=(M+m)VDX VC=VB
所以 VDX=mVC/(M+m)="0.4X3.2/(3.6+0.4)=0.32m/s " (3分)
(3)滑块一定能再次通过C点。因为滑块到达D点时,将脱离小车相对于小车做竖直上抛运动(相对地面做斜上抛运动)。因题中说明无能量损失,可知滑块在离车后一段时间内,始终处于D点的正上方(因两者在水平方向不受力作用,水平方向分运动为匀速运动,具有相同水平速度), 所以滑块返回时必重新落在小车的D点上,然后再沿圆孤下滑,最后由C点离开小车,做平抛运动落到地面上。
以滑块、小车为系统,以滑块滑上C点为初态,滑块第二次滑到C点时为末态,此过程中系统水平方向动量守恒,系统机械能守恒得:
mVC=mVC‘+MV (2分)
mVC2=
mVC’2+
MV2 (2分)
上式中VC‘、V分别为滑块返回C点时,滑块与小车的速度,
V="0.64m/s " VC’=" -2.56m/s " (负号表示与V反向 ) (2分)
(4) 由机械能守恒定律,滑快由C到D,对系统有:
mVC2=mgR+
M VDX2+
m(VDX2+VDY2 )(2分)
所以(1分)
滑块离D到返回D这一过程中,小车做匀速直线运动,前进距离为:
S=VDX2VDY/g
=0.32×2×1.1/10 m ="0.07m " (2分)(其它正确解法相应给分)
略
(1)在子弹打击木块的过程中系统(子弹与木块)产生的内能Q。
(2)打击后,木块上摆的最大高度H。
(3)子弹射穿木块后的瞬间,木块所受绳的拉力T。
正确答案
(1)1192J(2)0.8m(3)20N
(1) ①
②
(2) ③
④
(3) ⑤
评分参考:①③④⑤式分别得3分, ②得4分
(1)下列说法正确的是( )
A.氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后,在向低能级跃迁时放出光子的频率一定等于入射光子的频率
B. Th(钍)核衰变为
Pa(镤)核时,衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与β粒子的总质量
C.α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的
D.分别用X射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应,则用X射线照射时光电子的最大初动能较大
(2)某宇航员在太空站内做了如下实验:选取两个质量分别为mA=0.1 kg、mB=0.2 kg的小球A、B和一根轻质短弹簧,弹簧的一端与小球A粘连,另一端与小球B接触而不粘连.现使小球A和B之间夹着被压缩的轻质弹簧,处于锁定状态,一起以速度v0=0.1 m/s做匀速直线运动,如图所示.过一段时间,突然解除锁定(解除锁定没有机械能损失),两球仍沿原直线运动.从弹簧与小球B刚刚分离开始计时,经时间t=3.0 s,两球之间的距离增加了x=2.7 m,求弹簧被锁定时的弹性势能Ep.
正确答案
(1)D (2)0.027 J
(1)前后两次跃迁所跨越的能级不一定相同,故光子频率不一定相等,A错误;衰变有质量亏损,释放了能量,B错误;α粒子散射实验是关于原子结构而不是原子核结构的实验,C错误;X射线频率高,能量大,故产生光电子的最大初动能较大,D正确.
(2)根据运动关系x=(vA-vB)t
根据动量守恒有:(mA+mB)v0=mAvA+mBvB
根据能量关系Ep=mAv
+
mBv
-
(mA+mB)v
联立解得Ep=0.027 J.
如图所示,一质量M=2kg的长木板B静止于光滑水平面上,B的右边放有竖直挡板,B的右端距挡板s=4m。现有一小物体A(可视为质点)质量m=1kg,以速度vb=6m/s从B的左端水平滑上B,已知A和B 间的动摩擦因数μ=0.2,B与竖直挡板的碰撞时间极短,且碰撞时无机械能损失。
求:(1) B与竖直挡板碰撞前A在B上移动的位移。
(2)若要使A最终不脱离B ,则木板B的长度至少多长?
正确答案
(1)6m(2)8.67m
(1)设A滑上B后达到共同速度前未碰到挡板,则根据动量守恒定律得它们的共同速度为
mv0=(M+m)v (2分)
解得 v="2m/s " (1分)
在这一过程中,B的位移为
sB= (2分)
aB=μmg/M (2分)
解得sB="2m " (1分)
由于s="4m," 这表明两者达到共同速度时,未碰到挡板。A、B达到共同速度v =2m/s后将一起再匀速向前运动2m碰到挡板。设在整个过程中,A、B的相对位移为 s1,根据系统的动能定理,得
μmgs1 = (3分)
解得s1="6m " (1分)
(2)B碰到竖直挡板后,根据动量守恒定律有
Mv-mv=(M+m) vˊ (2分)
解得vˊ="(2/3)m/s " (1分)
在这一过程中,根据系统的动能定理,得
μmgs2 = (2分)
解得s2="2.67m " (2分)
因此,要使A最终不脱离B ,木板B的长度应为
s= s1+ s2="6+2.67=8.67m " (1分)
如图所示,在光滑水平面上有木块A和B,mA=0.5kg,mB=0.4kg,它们的上表面是粗糙的,今有一小铁块C,mC=0.1kg,以初速v0=20m/s沿两木块表面滑过,最后停留在B上,此时B、C以共同速度v=3m/s运动,求:(1)A运动的速度vA=?
(2)小铁块C刚离开A时的速度vC′=?
正确答案
(1)vA=1m/s(2)vC′="11" m/s
试题分析:(1)对ABC由动量守恒得 mCv0=mAvA+(mB+mC)v ①
上式带入数据得 vA=1m/s ②
(2)当C刚离开A时AB有共同的速度vA,所以由动量守恒得
mCv0=(mA+mB)vA+mC vC′ ③
上式带入数据得 vC′="11" m/s ④
点评:基础题,关键是判断在各个过程中谁和谁组成的系统动量守恒,然后列式求解
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