碰撞中的動量守恆

2022-10-08 22:12:04 字數 4262 閱讀 2839

1. [2014·吉林白山] 如圖所示,光滑水平面上靜止放置著一輛平板車a.車上有兩個滑塊b和c,a、b、c三者的質量分別是3m、2m、與車之間的動摩擦因數為μ,而c與車之間的動摩擦因數為2μ.

開始時b、c分別從車的左、右兩端同時以大小相同的初速度v0相向滑行.已知滑塊b、c最後都沒有脫離平板車,則車的最終速度v車是(    )

a. v0b. v0

c. v0 d. 0

2.乙個質量m=2kg的物體,在f1=8n的水平推力作用下,從靜止開始沿水平面運動了t1=5s,然後推力減小為f2=5n,方向不變,物體又運動了t2=4s後撤去外力,物體再經過t3=6s停下來.試求物體在水平面上所受的摩擦力.

3.質量為m的小船以速度v0行駛,船上有兩個質量皆為m的小孩a和b,分別靜止站在船頭和船尾.現小孩a沿水平方向以速度v(相對於靜止的水面)向前躍入水中,然後小孩b沿水平方向以同一速率v(相對靜止的水面)向後躍入水中,求小孩b躍出後小船的速度.

4.甲、乙兩小孩各乘一輛小車在光滑水平面上勻速相向行駛,速度均為6m/s.甲車上有質量為m=1kg的小球若干個,甲和他的車及所帶小球的總質量為m1=50kg,乙和他的車總質量為m2=30kg.現為避免相撞,甲不斷地將小球以相對地面16.

5m/s的水平速度拋向乙,且被乙接住.假設某一次甲將小球丟擲且被乙接住後剛好可保證兩車不致相撞,試求此時:

(1)兩車的速度各為多少?

(2)甲總共丟擲了多少個小球?

5.在固定的光滑水平杆(杆足夠長)上,套有乙個質量m=0.5kg的光滑金屬圓環.一根長l=1m輕繩,一端拴在環上,另一端繫著乙個質量m=2kg的木塊,如圖所示.

現有一質量為m0=20g的子彈以v0=1000m/s的水平速度射穿木塊,子彈穿出木塊後的速度為u=200m/s(不計空氣阻力和子彈與木塊作用的時間),試問:

(1)當子彈射穿木塊後,木塊向右擺動的最大高度力多大?

(2)當木塊第一次返回到最低點時,木塊的速度是多大?

6. 如圖所示,光滑水平面上有甲、乙兩輛平板小車,質量均為4 kg,甲車上表面光滑,其右端放置一質量m=1 kg的木塊,並與甲車一起以2 m/s的速度向左勻速運動.乙車以4 m/s的速度向同一方向追趕甲車,相碰後木塊滑到乙車上,甲車的速度變為3 m/s,乙車上表面粗糙,已知木塊沒有從乙車上滑落,求木塊的最終速度的大小.

7. [2014·浙江金華]如圖所示,a、b兩球放在足夠長光滑的水平面上,水平面的右側與豎直平面內一光滑曲面相切,現給a一向右的速度,讓a與b發生對心彈性碰撞,小球沿曲面上公升到最高點後又能再沿曲面滑回到水平面.若要b返回水平面時能再與a發生碰撞,則a、b的質量應滿足什麼關係?

8.. 如圖所示,坡道頂端距水平面高度為h=0.5 m,質量為m=1.

0 kg的小物塊a從坡道頂端由靜止滑下,進入水平面om時無機械能損失,水平面om長為2x,其正中間有質量分別為2m、m的兩物塊b、c(中間粘有炸藥),現點燃炸藥,b、c被水平彈開,物塊c運動到o點時與剛進入水平面的小物塊a發生正碰,碰後兩者結合為一體向左滑動並剛好在m點與b相碰,不計一切摩擦,三物塊均可視為質點,重力加速度為g=10 m/s2,求炸藥點燃後釋放的能量e.

9.(2013·懷化模擬)如圖3-1-3所示,一質量m1=0.45 kg的平板小車靜止在光滑的水平軌道上。車頂右端放一質量m2=0.

2 kg的小物塊,小物塊可視為質點。現有一質量m0=0.05 kg的子彈以水平速度v0=100 m/s射中小車左端,並留在車中,最終小物塊以5 m/s的速度與小車脫離。

子彈與車相互作用時間很短。(g取10 m/s2)求:

(1)子彈剛剛射入小車時,小車的速度大小。

(2)小物塊脫離小車時,小車的速度多大。

10.質量分別為m1=1 kg,m2=3 kg的小車a和b靜止在水平面上,小車a的右端水平連線一根輕彈簧,小車b以水平向左的初速度v0向a駛,與輕彈簧相碰之後,小車a獲得的最大速度為v=6 m/s,如果不計摩擦,也不計相互作用過程中機械能的損失,求:

(1)小車b的初速度v0;

(2)a和b相互作用過程中,彈簧獲得的最大彈性勢能.

圖13-1-22

1.解析:設水平向右為正方向,a、b、c組成的系統動量守恆,系統最終的速度為v車,根據動量守恆定律可得,2mv0-mv0=(3m+2m+m)v車,解得,v車=v0,b項正確.

答案:b

2.規定推力的方向為正方向,在物體運動的整個過程中,物體的初動量p1=0,末動量p2=0.據動量定理有:

解得:f=4n.

3.船和兩個小孩組成的系統水平動量守恆

也可以分成兩個過程(兩個系統)應用動量守恆定律,小孩a沿水平方向以速率v向前躍入水中:(m+2m)v0=(m+m)v1+mv

小孩b沿水平方向以同一速率v向後躍入水中:

由上兩式得:

即為三個物體兩個過程總系統的動量守恆定律

4.(1)甲、乙兩小孩及兩車組成的系統總動量沿甲車的運動方向,甲不斷拋球、乙接球後,當甲和小車與乙和小車具有共同速度時,可保證剛好不撞.設共同速度為v,則

(2)這一過程中乙小孩及時的動量變化為

每乙個小球被乙接收後,到最終的動量變化為

故小球個數為

5.(1)設子彈從木塊中穿出時木塊的速度為v1,大子彈與木塊的相互作用的過程中兩者動量守恆:m0v0=m0u+mv1,解得:v1=8m/s,在木塊與圓環一起向右運動的過程中,兩者滿足水平方向動量守恆,機械能守恆;

mv1=(m+m)v2,

(2)木塊從最高點返回最低點的過程中,由水平方向動量守恆、機械能守恆得:

(捨去)

6.解析:設甲、乙兩車相碰後,甲車的速度為v′甲.乙車的速度v′乙

由動量守恆定律得,m甲v甲+m乙v乙=m甲v′甲+m乙v′乙

解得,v′乙=3 m/s

木塊滑上乙車後,木塊向左加速運動,乙車向左減速運動,假定乙車足夠長,達到的共同速度為v.

由動量守恆定律得,m乙v′乙+mv甲=(m+m乙)v

解得,v=2.8 m/s.

答案:2.8 m/s

7.解析:設a、b的質量分別為ma和mb,設a的初速度為v0,當a與b發生碰撞時,m**0=m**a+mbvb

m**=m**+mbv

解得,va=v0

vb=v0

顯然,如果二者碰撞後都向右運動或a停止運動,是一定能發生二次碰撞的;在碰撞後a向左運動時,要能發生二次碰撞,需有:vb>-va

解得,ma>.

答案:ma>

8.解析:設a剛到達o時速度為v0,由動能定理知mgh=mv

**過程中b、c動量守恆,有mv1=2mv2

**過程中能量守恆,有e=mv+·2mv

c與a發生正碰,滿足動量守恆,設碰後速度為v,則

mv0-mv1=2mv

因結合體在m點與b相碰,由時間關係得=+

聯立並代入數值得e=mv=mgh=0.3 j.

答案:0.3 j

9.解析:(1)子彈進入小車的過程中,子彈與小車組成的系統動量守恆,由動量守恆定律得:

m0v0=(m0+m1)v1

解得v1=10 m/s

(2)三物體組成的系統動量守恆,由動量守恆定律得:

(m0+m1)v1=(m0+m1)v2+m2v3

解得:v2=8 m/s

答案:(1)10 m/s (2)8 m/s

10.【解析】 (1)由題意可得,當a、b相互作用後彈簧恢復到原長時a的速度達到最大,設此時b的速度為v2,所以由動量守恆定律可得:

m2v0=m1v+m2v2

相互作用前後系統的總動能不變:

m2v=m1v2+m2v

解得:v0=4 m/s.

(2)第一次彈簧壓縮到最短時,彈簧的彈性勢能最大,設此時a、b有相同的速度v′,根據動量守恆定律有:

m2v0=(m1+m2)v′

此時彈簧的彈性勢能最大,等於系統動能的減少量:

δe=m2v- (m1+m2)v′2

解得:δe=6 j.

1.(2013·鄭州模擬)如圖3-1-6所示,在光滑水平面上靜置一長為l的木板b,可視為質點的物塊a置於木板b的右端。另有乙個與木板b完全相同的木板c以初速度v向右運動與木板b發生正碰,碰後木板b與c立即粘連一起。a、b、c的質量皆為m,重力加速度為g。

圖3-1-6

(1)求木板b的最大速度;

(2)若要求物塊a不會掉在水平面上,則物塊與木板間的動摩擦因數μ至少是多大。

解析:(1)c與b相碰後的瞬間,b有最大速度vb,由動量守恆定律mv=2mvb

得木板b最大速度vb=v

(2)設系統最終速度為v末,由動量守恆定律

mv=3mv末

當a剛要掉在水平面上時,由能量守恆定律

(2m)vb2- (3m)v末2=2μmgl

得μ=因此μ應大於或等於。

答案:(1) v (2)

五碰撞中的動量守恆

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