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简答题

如图,倾角为θ的斜面固定。有n个质量都为m的相同的小木块(可视为质点)放置在斜面上。相邻两小木块间距离都为l,最下端的木块距底端也是l,小木块与斜面间的动摩擦因数都为μ。在开始时刻,第一个小木块从斜面顶端以初速度v0沿斜面下滑,其余所有木块都静止,由于第一个木块的下滑将依次引起一系列的碰撞。设每次碰撞的时间极短,在每次碰撞后,发生碰撞的木块都粘在一起运动,直到最后第n个木块到达底端时,速度刚好为零。己知重力加速度为g。求:

(1)第一次碰撞后小木块l的速度大小v;

(2)从第一个小木块开始运动到第一次碰撞后系统损失的机械能△E;

(3)发生一系列碰撞后,直到最后第n个木块到达底端,在整个过程中,由于碰撞所损失的总机械能△E

正确答案

解:(1)设小木块1碰前的速度为v1,从开始运动到碰前,根据动能定理

对小木块1和2,由动量守恒

求出

(2)碰撞前损失的机械能为

因碰撞损失的机械能为

求出

(3)对n个木块碰撞的全过程

重力做的总功WG=

克服摩擦做的总功

根据功与能的关系

由以上各式求出

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如图所示,质量为m3=3kg的滑道静止在光滑的水平面上,滑道的AB部分是半径为R=0.15m的四分之一的圆弧,圆弧底部与滑道水平部分相切,滑到水平部分右端固定一个轻弹簧。滑道除CD部分粗糙外其他部分均光滑。质量为m2=2kg的物体2(可视为质点)放在滑道的B点,现让质量为m1=1kg的物体1(可视为质点)自A点静止释放,两物体在滑道BC之间相碰后并粘为一体(g=10m/s2)。

(1)求物体1从释放到与物体2相碰的过程中,滑道向左运动的距离;

(2)若CD=0.1m,两物体与滑道的CD部分的动摩擦因数都为,求在整个运动过程中,弹簧具有最大弹性势能。

正确答案

解:(1)m1从释放到与m2相碰撞过程,m1、m3组成的系统水平方向动量守恒,设m1水平位移大小s1,m3水平位移大小s3,有

可以求得

(2)设m1、m2刚要相碰时物体1的速度v1,滑道的速度为v3,由机械能守恒定律有

由动量守恒定律有

设物体1和物体2相碰后的共同速度为v2,由动量守恒定律有

弹簧第一次压缩最短时由动量守恒定律可知物体1、2和滑道速度为零,此时弹性势能最大,设为Epm。从物体1、2碰撞后到弹簧第一次压缩最短的过程中,由能量守恒有

联立以上方程,代入数据可得

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简答题

如图所示,长为0.60m的木板A,质量为1kg,板的右端放有物块B,质量为3kg,它们一起在光滑水平面上向左匀速运动,速度,以后木板A与等高的竖直固定档板C发生碰撞,碰撞时间极短,且碰撞时没有机械能损失,物块B与木板A间的动摩擦因数0.4,取重力加速度,问A、C能否发生第二次碰撞,请通过计算说明理由。若能,则第一次碰撞后再经多长时间A与C发生第二次碰撞;若不能,则第一次碰撞后A做什么运动。

正确答案

解:由于A与C碰撞没有机械能损失,A碰后原速率弹回,以向右运动,若能与C发生第二次撞,则要求A在B对他的摩擦力的作用下,重新向左运动,且B没有滑出A。

      设B没滑出A,达到共同速度为v,由动量守恒定律(向左为正),有

     

      解得,方向向左

      B在A上滑过的距离为SBA,则

      解得SBA=0.5m<L,B不能滑出A,故可以与C发生第二次碰撞。

      A与B达到共同速度前做匀变速运动,达到共同速率后做匀速直线运动,设加速度为a

      μmBg=mAa, a=12m/s2

      A与B达到共同速度经历的时间为t1 

      t1=v0-v/a=0.25s

      此过程A对地向右的位移为s

      s= v02-v2/2a=0.125m, t2=s/v=0.125s

      所以,第一次碰撞后再与C发生第二次碰撞所经历的时间为:

      t=t1+t2=0.375s

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如图所示,一质量为m的小物块B,放在质量为M的长木板A的左端,m=3M。长木板A静止在光滑水平面上,A、B之间的动摩擦因数为μ。现使二者一起以初速度开始向右运动,运动一段距离后,长木板A与固定竖直挡板相撞。已知A与挡板碰撞时间极短,且无机械能损失。运动过程中,B始终没从长木板A上脱落。求:

(1)长木板A第二次与挡板碰撞前,B在A上的滑痕长度s;

(2)当长木板A长度L满足什么条件时,保证B不会从A上脱落。

正确答案

解:(1)长木板A与挡板碰后,被等速率反弹。木板A与物块B系统动量守恒,设第一次达到共速,取向左为正。则有: 

     

      解得,方向向右

      长木板A向左作匀减速运动,共速时滑痕最长。设最大滑痕为s1      据能量守恒:

      解得:

(2)B始终没从板A上脱落,则长木板A与B将再次共速,一起向右运动,重复(1)问中的运动,直至二者速度均为零,板A右端挨着挡板。由于B一直相对A向右运动,则B相对A滑动的总路程与B相对A滑动的位移相等。设木板最短长度为,据系统能量守恒,则有:

     

      解得:

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简答题

如图,木板A静止在光滑水平面上,其左端与固定台阶相距x.与滑块B(可视为质点)相连的细线一端固定在O点.水平拉直细线并给B一个竖直向下的初速度,当B到达最低点时,细线恰好被拉断,B从A右端的上表面水平滑入.A与台阶碰撞无机械能损失,不计空气阻力.

已知A的质量为2m,B的质量为m,A、B之间动摩擦因数为μ;细线长为L、能承受的最大拉力为B重力的5倍;A足够长,B不会从A表面滑出;重力加速度为g.

(1)求B的初速度大小v0和细线被拉断瞬间B的速度大小v1(2)A与台阶只发生一次碰撞,求x满足的条件

(3)x在满足(2)条件下,讨论A与台阶碰撞前瞬间的速度

正确答案

解:(1)滑块B从释放到最低点,机械能守恒,有:……①

在最低点,由牛顿运动定律:……②

又:……③

联立①②③得:

(2)设A与台阶碰撞前瞬间,A、B的速度分别为vA和vB,由动量守恒

……④

若A与台阶只碰撞一次,碰撞后必须满足:……⑤

对A应用动能定理:……⑥

联立④⑤⑥解得:……⑦

即A与台阶只能碰撞一次的条件是:

(3)设x=时,A左端到台阶板前瞬间,A、B恰好达到共同速度,由动量守恒

……⑧

对A应用动能定理:……⑨

联立⑧⑨得:……⑩

(i)当时,AB共速后A与挡板碰撞.

由⑧可得A与台阶碰撞前瞬间的速度:……⑩

(ii)当时,AB共速前A就与台阶碰撞,

对A应用动能定理:

A与台阶碰撞前瞬间的速度:

下一知识点 : 对心碰撞和非对心碰撞、散射
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