1.5 弹性碰撞和非弹性碰撞
一、单选题
1.质量分别为和的两小球A、B分别位于光滑水平面上,如图甲所示,以向右为正方向,从某时刻开始计时,碰撞前后两球运动的图像如图乙所示。已知,由此可以判断( )
A.碰撞前小球A静止,小球B向右运动
B.碰后小球B的速度比小球A的速度大
C.
D.碰撞过程中系统损失了0.2J的机械能
2.在反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速。碳核的质量是中子的12倍,假设中子与碳核的碰撞为弹性正碰,且碰撞前碳核是静止的,若碰撞前中子的速率为v0,则碰后中子的速率为( )
A. B. C. D.
3.如图所示,半径为的光滑圆形管道固定在竖直平面内,质量为直径略小于管径的小球在管道内做圆周运动,小球通过最高点时对管道内壁的压力大小等于。增大小球的机械能,当它再次通过点时对管道外壁的压力大小也等于,已知重力加速度为,则( )
A.小球两次经过点的速率之比是1:3 B.小球两次经过点的速率之比是1:2
C.增加的机械能为 D.增加的机械能为
4.一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A并立即留在其中,A、B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起,如图所示。则在子弹打击木块A至弹簧第一次被压缩到最短的过程中,对子弹、两木块和弹簧组成的系统( )
A.动量不守恒,机械能守恒 B.动量不守恒、机械能不守恒
C.动量守恒,机械能守恒 D.动量守恒,总动能减小
5.如图所示,在光滑的水平面上一个质量为3m的小球A,以速度v跟质量为2m的静止的小球B发生碰撞,则碰撞后小球B所能达到的最大速度是
A. B.
C.V D.
6.在光滑的水平地面上放有一质量为M带光滑圆弧形槽的小车,一质量为m的小铁块以速度沿水平槽口滑上小车,且上滑过程始终未离开小车,如图所示,若,则铁块离开小车时将( )
A.向左平拋 B.向右平抛
C.自由落体 D.无法判断
7.在光滑水平面上,两个小球沿一条直线相向运动的过程中,同时经历了接触、停止、反弹、分离的各个状态,则以下说法正确的是( )
A.在两个小球碰撞前后,它们的动量一定相同
B.在两个小球碰撞前后,它们的动能一定相同
C.两个小球碰撞之后的速度大小与他们的质量成反比
D.由于条件不足,无法判断以上说法是否正确
8.质量为1kg的物体从距地面5m高处自由下落,落在正以5m/s的速度沿水平方向匀速前进的小车上,车上装有砂子,车与砂的总质量为4kg,地面光滑,则车后来的速度为(g=10m/s2)
A.4m/s B.5m/s C.6m/s D.7m/s
9.如图所示,在固定光滑水平杆上,套有一质量为 m=0.5 kg 光滑金属圆环,轻绳一端拴在环上,另一端系着一个质量为M=1.98 kg的木块,现有一质量为m0=20g的子弹以v0=100 m/s的水平速度射入木块并留在木块中,则木块所能达到的最大高度为( )
A.0.01 m B.0.05 m C.4.96 m D.5.00 m
10.斯诺克运动深受年轻人的喜爱,如图所示选手将质量为m的A球以速度v与质量为m静止的B球发生弹性碰撞,碰撞后B球的速度为( )
A.v B.2v C.0.5v D.0.2v
二、多选题
11.子弹水平射入放在光滑水平地面上静止的木块,子弹未穿透木块,此过程木块动能增加了6J,那么此过程产生的内能可能为( )
A.16J B.12J C.6J D.4J
12.如图,A、B两物体质量相等均为1kg,中间拴接一被压缩的轻弹簧,弹簧的弹性势能为1J,两物体用一不可伸长的轻绳相连(轻绳未画出),放在一倾角为30°且足够长的固定斜面上,两物体与斜面间的动摩擦因数均为,现给两物体一个沿斜面向下的瞬时冲量,使之获得2m/s的速度,同时剪断两物体间的细绳,从剪断细绳到弹簧第一次恢复原长的过程中,下列说法正确是( )
A.弹簧第一次恢复原长时,A物体的速度是1m/s
B.弹簧第一次恢复原长时,B物体的速度是3m/s
C.弹簧第一次恢复原长时,A、B的加速度均为0
D.该过程中A、B两物体和弹簧组成的系统动量守恒,机械能也守恒
13.如图,质量为kg的木板静止在光滑水平面上,一个质量为kg的滑块以初速度m/s从木板的左端向右滑上木板,滑块始终未离开木板.下面说法正确的是
A.滑块和木板的加速度大小之比是1∶2
B.整个过程中因摩擦产生的内能是1.5 J
C.可以求出木板的最小长度是1.5 m
D.从开始到滑块与木板相对静止这段时间内,滑块与木板的位移之比是5∶2
三、解答题
14.如图所示,竖直平面内的圆弧形光滑管道半径略大于小球半径,管道中心到圆心距离为R,A端与圆心O等高,AD为水平面,B端在O的正下方,小球自A点正上方由静止释放,自由下落至A点时进入管道,当小球到达B点时,管壁对小球的弹力大小为小球重力大小的9倍。求:
(1)释放点距A点的竖直高度;
(2)落点C与A的水平距离。
15.如图所示,AC为光滑半圆轨道,其半径R=0.3m,BD为粗糙斜面轨道,其倾角=37°,高度h=0.6m,两轨道之间由一次条足够长的光滑水平轨道AB相连,B处用光滑小圆弧平滑连接,轨道均固定在同一竖直平面内.在水平轨道上,用挡板将a、b两物块间的轻弹簧压缩后处于静止状态,物块与弹簧不拴接。同时放开左右两挡板,物块b恰好能到达斜面轨道最高点D。已知物块a、b的质量均为0.25kg,物块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5,物块到达A点或B点之前已和弹簧分离,两物块均可视为质点。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
(1)求弹簧储存的弹性势能;
(2)请通过计算说明物块a能否通过C点 若能,请求出物块a离开C后的落点到A的距离。
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.D
【解析】
【详解】
A.由x-t图线的斜率等于速度,可得小球B碰撞前的速度,小球A碰撞前的速度,则知碰撞前小球A静止,小球B向左运动,故A错误;
B.由题图可知,碰撞后两者均向左运动,必有小球A的速度大于小球B的速度,故B错误;
C.由x-t图线的斜率等于速度,则碰撞后小球A的速度为
方向向左,碰撞后小球B的速度为
方向向左,根据动量守恒定律得
代入数据解得
故C错误;
D.两小球组成的系统在碰撞过程中损失的机械能
故D正确。
故选D。
2.A
【解析】
【详解】
中子与碳核相碰过程,系统的合外力为0,满足动量守恒。设中子的质量为m,碰撞后的速度为v1,碳核碰后的速度为v2。由动量守恒定律有
由能量守恒定律有
联立解得
故碰后中子的速率为。
故选A。
3.D
【解析】
【详解】
AB.小球第一次通过最高点时设速度为 则
解得
小球第二次通过最高点时设速度为 ,则
解得
速度之比为
AB错误;
CD.增加的机械能
C错误,D正确。
故选D。
4.D
【解析】
【分析】
【详解】
子弹与木块A产生了非弹性碰撞,消耗了能量,总动能减小,故机械能不守恒,整个系统水平方向没有外力,故动量是守恒的,故D正确,ABC错误。
故选D。
5.D
【解析】
【详解】
试题分析:发生弹性碰撞,没有能量的损失,同时动量也守恒,根据能量守恒和动量守恒看来计算速度的大小.
两者为弹性碰撞时,B获得的速度最大,弹性碰撞前后两小球的总动能不变,则有,,解得
6.C
【解析】
【详解】
ABCD.小铁块和小车组成的系统所受的合外力为零,即它们组成的系统动量守恒。设小铁块离开小车时,下铁块和小车的速度分别为、,则
①
又因为圆弧形槽是光滑的,系统的机械能守恒,得
②
由题意可知
③
联立①②③式解得
,
即小铁块离开小车时将做自由落体运动,C正确,ABD错误。
故选C。
7.C
【解析】
【分析】
【详解】
根据两个小球沿一条直线相向运动的过程中,同时经历了接触、停止、反弹、分离的各个状态,可知两个小球碰撞前动量大小相等,方向相反,才会有停止过程,即碰撞前后系统总动量为零,根据动量守恒定律碰撞后反弹有
由于质量的关系不知道,所以动能的大小不一定相等,故选C。
8.A
【解析】
【详解】
物体和车作用过程中,两者组成的系统水平方向不受外力,水平方向系统的动量守恒.已知两者作用前,车在水平方向的速度,小球水平方向的速度;
设当物体与小车相对静止后,小车的速度为,取原来车速度方向为正方向,则根据水平方向系统的动量守恒得
解得
故选A.
9.A
【解析】
【详解】
子弹射入木块过程,系统的动量守恒,取向右方向为正方向,根据动量守恒定律得:
则有
m0v0=(m0+M)v
得
v=1m/s
木块(含子弹)在向上摆动过程中,以木块(含子弹)和圆环木块(含子弹)和圆环组成的系统为研究对象,根据系统水平方向的动量守恒得,则有
(m0+M)v=(m0+M+m)v'
解得
v'=0.8m/s
根据机械能守恒定律有
代入数据解得
h=0.01m
故A正确,BCD错误。
故选A。
10.A
【解析】
【详解】
两球发生弹性碰撞,则碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv=mvA+mvB,由机械能守恒定律得:,解得:vA=0,vB=v;
A.v,与结论相符,选项A正确;
B.2v,与结论不相符,选项B错误;
C.0.5v,与结论不相符,选项C错误;
D.0.2v,与结论不相符,选项C错误;
11.AB
【解析】
【分析】
【详解】
设子弹的质量为m0,初速度为v0,木块质量为m,则子弹打入木块过程中,子弹与木块组成的系统动量守恒,取向右为正方向,即为:
此过程产生的内能等于系统损失的动能,即产生的内能为:
而木块获得的动能为:
两式相除得:
所以
E>6J
故选AB。
12.ABC
【解析】
【详解】
AB.对A、B物体和弹簧组成的系统,由于,所以有
可知,该系统重力沿斜面方向的分力恰好等于摩擦力,即系统重力势能的减小量全部转化为摩擦生热,而该系统动能和弹性势能之和保持不变,故弹簧第一次恢复原长时,有
代入数据解得
,
故AB正确;
C.弹簧第一次恢复原长时,弹簧弹力为零,对A物体
解得
同理,弹簧第一次恢复原长时,B物体的加速度也等于零,故C正确;
D.对A、B物体和弹簧组成的系统,由于,所以有
即A、B物体和弹簧组成的系统所受合外力为零,故该过程中A、B两物体和弹簧组成的系统动量守恒,而系统在下滑过程中,有摩擦力对该系统做负功,系统机械能减小,所以该系统机械能不守恒,故D错误。
故选ABC。
13.AD
【解析】
【详解】
A.水平面光滑,则滑块和木板受到的合力大小相等,所以加速度比与质量成反比,所以滑块和木板的加速度大小之比是1∶2,故A正确.
B.滑块和木板相对静止是,取向右的方向为正,根据动量守恒可得:,解得,根据能量守恒,整个过程中因摩擦产生的内能为,故B错.
C.由于不知道动摩擦因数和滑块与木板的相对运动时间,故不能求出木板的最小长度.故C错误.
D.从开始到滑块与木板相对静止的过程,滑块与木板的位移之比为,故D正确.
本题正确选项为AD
14.(1)3R;(2)
【解析】
【分析】
【详解】
(1)设小球到达B点的速度为,因为到达B点时管壁对小球的弹力大小为小球重力大小的9倍,所以有
又由机械能守恒定律得
解得
(2)设小球到达最高点的速度为v2,落点C与A的水平距离为x,由机械能守恒定律得
由平抛运动规律得
由此可解得
15.(1)5J (2)0.98m
【解析】
【详解】
(1)设a、b的质量分别为m1、m2,离开弹簧后的速度大小为v1、v2,
物块b沿斜面上滑过程,由动能定理得:
由动量守恒定律得:
由机械能守恒定律得:
代入数据解得:,=5J
(2)假设物块a能通过最高点,由机械能守恒定律得:
代如果数据可解得:
在最高点C,由牛顿第二定律得:
代入数据可解得:FN=4.17N
因为FN>0,所以假设成立,物块能通过C点.
a离开C后做平抛运动,在竖直方向有:
落点到A的距离为
代入数据可解得s=0.98m
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页