动量守恒定律的三个实例
一、单选题(本大题共10小题,共40.0分)
1. 如图所示,质量相等的A、B两个球,在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动,A球的速度是,B球的速度是,之后A、B两球发生了对心碰撞.对于该碰撞之后的A、B两球的速度可能值,某实验小组的同学们做了很多种猜测,下面的猜测结果一定无法实现的是
A. , B. ,
C. , D. ,
2. 如图所示,在光滑水平面上有直径相同的a、b两球,在同一直线上运动.选定向右为正方向,两球的动量分别为、当两球相碰之后,两球的动量可能是
A. 、 B. 、
C. 、 D. 、
3. 如图所示,光滑水平面上有A、B两物块,已知A物块的质量,以一定的初速度向右运动,与静止的物块B发生碰撞并一起运动,碰撞前后的位移时间图象如图所示规定向右为正方向,则碰撞后的速度及物体B的质量分别为
A. ,5kg
B. ,3kg
C. ,
D. ,
4. 在光滑的水平面上,质量为的小球A以速率向右运动.在小球A的正前方有一质量为的小球B处于静止状态,如图所示。小球A与小球B发生弹性碰撞后,均向右运动,且碰后A、B的速度大小之比为,则两小球质量之比为
A. B. C. D.
5. 质量为的B球静止在水平面上,质量为m的A球以一定的初速度与B球发生弹性正碰,则A、B两球在碰撞后的速率之比为
A. B. C. D.
6. 一质量为M的烟花斜飞到空中,到最高点时速度为v,此时烟花炸裂成两块损失的炸药质量不计,炸裂成的两块速度沿水平相反方向,落地时水平位移大小相等,不计空气阻力,若向前一块的质量为m,则向前一块的速度大小为
A. B. C. D.
7. 静止的实验火箭,总质量为M,当它以对地速度喷出质量为的高温气体后,火箭的速度为
A. B. C. D.
二、多选题(本大题共4小题,共16.0分)
8. 如图所示,A,B,C,D四个大小相同的小球并排放置在光滑的水平面上,A,B,C球质量为2m,D球质量为m。A球以速度v向B球运动,所发生的碰撞均为弹性碰撞,则碰撞之后
A. 2个小球静止,2个小球运动
B. 3个小球静止,1个小球运动
C. B球速度为0 D. C球速度为
9. 小球A的质量为,动量大小为,小球A水平向右与静止的小球B发生弹性碰撞,碰后A的动量大小为,方向水平向右,则
A. 碰后小球B的动量大小为
B. 碰后小球B的动量大小为
C. 小球B的质量为15kg
D. 小球B的质量为3kg
10. 在光滑的水平桌面上,质量为m的小球A以速度向右运动,与静止在桌面上的质量为3m的小球B发生正碰,以向右为正方向,碰撞后,小球A的速度可能为
A. B.
C. D.
三、计算题(本大题共4小题,共40.0分)
11. 一火箭喷气发动机每次喷出m的气体,气体离开发动机喷出时的速度大小v。设火箭质量M,发动机每秒钟喷气20次。则:
当第三次喷出气体后,火箭的速度多大?
运动第末,火箭的速度多大?
12. 如图所示,质量的炮弹运动到空中最高点时速度为此时,炮弹突然炸成两部分,质量的弹头部分以速度沿的方向飞去,另一部分以速度沿的反方向飞去。求:
的大小。
爆炸过程炮弹所增加的动能。
13. 如图所示,甲物块质量为2kg,静止在光滑水平面上,其上表面光滑,右端放置一个质量为1kg的小物块。乙木板质量为4kg,以的速度向左做匀速直线运动,与甲碰撞后,甲获得的速度大小为,同时小物块滑到乙上,若乙足够长,其上表面粗糙,求小物块最终速度的大小。
附加题
14. (单选)在光滑水平面上,有两个小球A、B沿同一直线同向运动在前,已知碰前两球的动量分别为、,碰后它们动量的变化分别为、。下列数值可能正确的是
A. 、B. 、
C. 、D. 、
15. (单选)如图所示,在光滑的水平面上有2018个完全相同的小球排成一条直线,均处于静止状态.现给第一个小球初动能,使它正对其他小球运动.若小球间的所有碰撞都是完全非弹性的,则整个碰撞过程中因为碰撞损失的机械能总量为
A. B. C. D.
16. (单选)光滑水平面上有质量分别为、的甲、乙两物块,乙物块原来静止,甲物块向乙物块运动并发生弹性碰撞,碰撞前后甲物块的速度随时间的变化如图所示,则
A.
B.
C.
D.
17. (多选)A,B两个大小相同、质量不等的小球同向运动,A的质量为4kg,速率为,B的质量2kg,速率为,发生正碰后,B的速度可能为
A. B. C. D.
18. 如图所示,光滑平台上有两个刚性小球A和B,质量分别为2m和3m,小球A以速度向右运动并与静止的小球B发生碰撞碰撞过程中不损失机械能,小球B飞出平台后经时间t刚好掉入装有沙子向左运动的小车中,小车与沙子的总质量为m,速度为,小车行驶的路面近似看做是光滑的,求:
(1)碰撞后小球A和小球B的速度大小;
(2)小球B掉入小车后的速度大小.
练习4 动量守恒定律的三个实例
一、单选题(本大题共10小题,共40.0分)
1【答案】D
【解析】
【分析】
两球碰撞过程满足动量守恒,且碰撞后的动能不大于碰撞前的动能,由此列式逐项分析即可。
掌握碰撞过程满足的规律是求解的关键。
【解答】
两球碰撞前后应满足动量守恒定律及碰后两球的动能之和不大于碰前两球的动能之和.即,
ABC三种情况均满足、式,D中满足式,但不满足式,所以D错误。
故无法实现的只有D,故选D。
2【答案】C
【解析】
【分析】
光滑的水平面上运动的小球,不受摩擦力作用,重力和支持力是一对平衡力,故物体碰撞时满足动量守恒定律;
满足动量守恒定律的同时机械能不能增加,且不能违背物体的运动规律,即a球与b球发生碰撞后a球在同方向上的运动速度不可能大于b球,即a球不能穿过b球运动.
【解答】
根据碰撞过程中动量守恒可知:碰撞后的总动量等于原来总动量。
A.碰后的合动量为,不守恒,故A错误;
B、a球的动能不变,b球的动能增加了,不符合机械能不能增大的规律,故B错误;
C、ab小球的动量满足动量守恒,也不违背物体的运动规律。故C正确;
D、与实际不符,a不可能穿过停止的b向前运动,故D错误。
故选:C。
3【答案】B
【解析】
【分析】
由图象求出碰撞前、后物体的速度,然后由动量守恒定律求出物体B的质量。
本题考查了求物体的质量,应用动量守恒定律时要清楚研究的对象和守恒条件;通过位移时间图象得到一些信息。
【解答】
解:由图象可知,碰前A的速度为:;
碰后AB的共同速度为:;
A、B碰撞过程中动量守恒,以A、B组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
,
即:,
解得:;故B正确,ACD错误。
故选:B。
4【答案】C
【解析】
【分析】
本题主要考查弹性碰撞过程中,动量守恒、机械能守恒;本题很好的将直线运动问题与动量守恒和功能关系联系起来,比较全面的考查了基础知识。
小球A与小球B发生弹性碰撞,根据动量守恒定律及机械能守恒定律求解质量之比。
【解答】
两球碰撞过程为弹性碰撞,以的方向为正方向,由动量守恒定律得:;
由机械能守恒定律得: ;
由题意知:;
解得: ;
故C正确,ABD错误。
故选C。
5【答案】D
【解析】
【分析】
本题考查的弹性碰撞,解决本题的关键是知道弹性碰撞满足动量守恒和机械能守恒,建立方程解出碰撞后的速度表达式即可。
【解答】
A球与B球发生弹性正碰,以A球初速度方向为正方向,大小设为v,
则由动量守恒得:,
由机械能守恒定律得: ,
两式联立得, ,
所以A速率大小为,则A、B两球在碰撞后的速率之比为 ,故ABC错误,D正确。
故选D。
6【答案】A
【解析】解:令向前一块的速度大小为,由于爆炸后两块均在空中做平抛运动,根据落地时水平位移大小相等可知,爆炸后两块的速度大小相等方向相反,而爆炸过程系统动量守恒,令爆炸前的速度方向为正方向,则有:
解得:,故A正确,BCD错误。
故选:A。
爆炸后两块均做平抛运动,落地时水平位移大小相等,则爆炸后获得的速度大小相等,烟花爆炸过程系统的内力远大于外力,动量近似守恒,应用动量守恒定律可以求解。
解决该题的关键是能根据题中所给的条件推导出爆炸后两块的速度大小相等,明确知道爆炸过程系统动量守恒,注意规定正方向。
7【答案】D
【解析】略
二、多选题(本大题共4小题,共16.0分)
8【答案】ACD
【解析】
【分析】
弹性碰撞过程,遵守动量守恒和机械能守恒,若两球质量相等,会交换速度。
本题关键要掌握弹性碰撞中若两球相等,会交换速度,根据质量的大小关系,判断碰后速度的方向。
【解答】
根据碰撞过程中的动量守恒和机械能守恒可以得出,当质量相等的两球碰撞后两球交换速度,即A球碰B,B碰C,最后C碰D,最后结果是,AB静止,C与D发生碰撞,C碰撞前速度为v,
根据动量守恒定律及机械能守恒定律可得
解得:,,故ACD正确,B错误。
9【答案】AD
【解析】解:AB、以向右为正方向,根据动量守恒定律得:
解得:,故A正确,B错误.
CD、由机械能守恒定律得:
代入数据解得:,故C错误,D正确.
故选:AD
小球A水平向右与静止的小球B发生弹性碰撞,遵守动量守恒和机械能守恒,由动量守恒定律求得碰后小球B的动量大小.再由机械能守恒定律列式求小球B的质量.
对于弹性碰撞,要抓住两大守恒:动量守恒和动能守恒,还要知道动能与动量的关系式.
10【答案】BC
【解析】
【分析】
该题主要考查动量守恒相关知识。
分析好物理情景,分别分析完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况,列等式关系即可求解本题;完全弹性碰撞过程,不仅动量守恒,机械能也守恒。
【解答】
根据完全弹性碰撞关系可得,
,
联立解得:;
根据完全非弹性碰撞关系可得,
解得,
所以若碰撞后A的速度向右,则应该小于等于,若碰撞后A的速度向左,则应该小于等于,故BC正确,AD错误。
故选BC。
三、计算题(本大题共4小题,共40.0分)
11【答案】解:火设喷出三次气体后火箭的速度为,以火箭和喷出的三次气体为研究对象,据动量守恒定律得:
故.
发动机每秒钟喷气20次,以火箭和喷出的20次气体为研究对象,根据动量守恒定律得:
,
故。
【解析】本题的关键要抓住火箭发射过程,属于内力远大于外力的情形,遵守动量守恒定律。解题时要搞清研究对象。
火箭喷气属反冲现象,火箭和气体组成的系统动量守恒,运用动量守恒定律求解。选取火箭和气体组成的系统为研究对象,运用动量守恒定律求解。
12【答案】解:爆炸过程系统水平方向动量守恒,以炮弹的初速度方向为正方向,
由动量守恒定律得:
代入数据解得:;
炮弹爆炸过程,炮弹所增加的动能:
代入数据解得:;
答:的大小为;
爆炸过程炮弹所增加的动能为2700J。
【解析】炮弹爆炸过程系统水平方向动量守恒,由动量守恒定律可以求出另一块的速度;
对系统,应用能量守恒定律可以求出爆炸过程增加的动能。
对于爆炸过程,关键要知道基本规律是动量守恒,属于内力远大于外力,动量近似守恒的情形,列式进行时要注意速度的方向。
13【答案】解:甲、乙碰撞过程动量守恒,
,
小物体滑上乙,小物体与乙组成的系统动量守恒得
由解得
答:小物块最终速度的大小是
【解析】甲、乙碰撞动量守恒列出等式,小物体滑上乙,小物体与乙组成的系统动量守恒列出等式求出两者的共同速度。
本题主要考查了动量守恒定律的直接应用,要求同学们能正确分析物体的运动情况,难度适中。
附加题
14【答案】A
【解析】
【分析】
本题考查碰撞的合理性分析,需要学生把握在此类问题中的规律。
当A球追上B球时发生碰撞,遵守动量守恒,由动量守恒定律和碰撞过程总动能不增加,进行选择。对于碰撞过程要遵守三大规律:1、是动量守恒定律;2、总动能不增加;3、符合物体的实际运动情况。
【解答】
BD、由题可知,碰撞后A的动量不可能沿原方向增大,故碰后A动量的变化,故BD错误。
A、根据碰撞过程动量守恒定律,如果、,所以碰后两球的动量分别为、,根据可判断碰撞过程总动能不增加,故A正确.
C、根据碰撞过程动量守恒定律,如果、,所以碰后两球的动量分别为、,可以看出,碰撞后A的动能不变,而B的动能增大,违反了能量守恒定律,故C错误。
故选A。
15【答案】B
【解析】
【分析】
根据动量守恒求出碰撞后的速度,结合能量守恒定律求出损失的机械能。
本题综合考查了动量守恒定律和能量守恒定律,知道完全非弹性碰撞后,两球速度相同.对2018个小球组成的系统研究,结合动量守恒定律和能量守恒定律进行求解。
【解答】
以第一个小球的初速度方向为正,对2018个小球组成的系统运用动量守恒得:
,
解得:,
则系统损失的机械能为:
,故B正确,ACD错误。
故选B。
16【答案】C
【解析】分析:根据动量守恒列式可得结果。
解答:由图象可知,碰撞前甲物块的速度为、乙物块的速度为0,碰撞后甲物块的速度为,再由弹性碰撞关系式,可得,故C正确;
故选C。
17【答案】BCD
【解析】
【分析】
两球碰撞过程中系统动量守恒,在碰撞过程中系统机械能不可能增加,应用动量守恒定律与系统机械能不增加分析答题.
本题碰撞过程中动量守恒,同时能量不增加,不忘联系实际情况,即后面的球不会比前面的球运动的快.
【解答】
碰前系统总动量为:,碰前总动能为:;在碰撞过程中系统动量守恒、机械能不增加。
A、若,则由系统动量守恒得,A球速度大,不符合题意,故A错误;
B、若,系统动量守恒、动能不增加,符合题意,B球速度大,故B正确;
C、若,系统动量守恒、动能不增加,符合题意,B球速度大,故C正确;
D、若,系统动量守恒、动能不增加,符合题意,B球速度大,故D正确;
故选BCD。
【答案】解:球与B球碰撞过程中系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
碰撞过程中系统机械能守恒,则有:
联立解得:,,碰后A球向左,B球向右。
碰撞后小球A和小球B的速度大小分别为和
球掉入沙车的过程中系统水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
代入数据解得:
【解析】本题考查动量守恒定律的用,分析清楚物体运动过程,明确A、B两小球碰撞为弹性碰撞,小球B与小车碰撞为完全非弹性碰撞,应用动量守恒定律与机械能守恒定律即可正确解题。
小球A与小球B碰撞过程不损失机械能,两球碰撞过程系统动量守恒,应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以求出碰撞后的速度;
小车与小球B组成的系统动量守恒,由动量守恒定律可以求出小车速度。