1.2动量守恒定律的应用
1.某同学质量为60kg,在军事训练中要求他从岸上以大小为2m/s的速度跳到一条向他缓缓漂来的小船上,然后去执行任务,小船的质量是140kg,原来的速度大小是0.5m/s,该同学上船后又跑了几步,最终停在船上(船未与岸相撞),不计水的阻力,则( )
A.该同学和小船最终静止在水面上
B.该过程同学的动量变化量大小为105kg·m/s
C.船最终的速度是0.95m/s
D.船的动量变化量大小为70kg·m/s
2.如图所示,质量为m的A球以速度在光滑水平面上向右运动,与静止的质量为5m的B球对心正碰,碰撞后A球以的速率弹回,并与竖直固定的挡板P发生弹性碰撞,要使A球与挡板碰后能追上B球再次相碰,则k的取值范围为( )
A. B. C. D.
3.如图甲所示,两小球a、b在足够长的光滑水平面上发生正碰。小球a、b质量分别为m1和m2,且。取水平向右为正方向,两小球碰撞前后位移随时间变化的x-t图象如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.碰撞前球a做加速运动,球b做匀速运动
B.碰撞后球a做减速运动,球b做加速运动
C.碰撞前后两小球的机械能总量减小
D.碰撞前后两小球的机械能总量不变
4.如图所示,在质量为M(含支架)的小车中用轻绳悬挂一小球,小球的质量为m0,小车和小球以恒定速度v沿光滑水平地面运动,与位于正对面的质量为m的静止木块发生碰撞,碰撞的时间极短。在此碰撞过程中,下列哪个或哪些说法是可能发生的?( )
A.在此过程中小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别变为v1、v2、v3,满足
B.在此碰撞过程中,小球的速度不变,小车和木块的速度分别为v1和v2,满足
C.在此碰撞过程中,小球的速度不变,小车和木块的速度都变成u,满足
D.碰撞后小球摆到最高点时速度变为v1,木块的速度变为v2,满足
5.有关实际生活中的现象,下列说法正确的是( )
A.火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度
B.体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C.用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减小反冲的影响
D.为了减轻撞车时对司乘人员的伤害程度,汽车前部的发动机舱越坚固越好
6.如图甲所示,一轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物块A、B相连接,并静止在光滑的水平面上。现使A瞬时获得水平向右的速度3m/s,以此刻为计时起点,两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示,从图象信息可得( )
A.在t1、t3时刻两物块达到共同速度1m/s,且弹簧都处于伸长状态
B.从t3到t4时刻弹簧由压缩状态恢复到原长
C.两物体的质量之比为m1:m2=1:2
D.在t2时刻A与B的动能之比为Ek1:Ek2=1:8
7.如图所示,质量均为M的物体A和B静止在光滑水平地面上并紧靠在一起(不粘连),A的ab部分是四分之一光滑圆弧,bc部分是粗糙的水平面。现让质量为m的小物块C(可视为质点)自a点静止释放,最终刚好能到达c点而不从A上滑下。则下列说法中正确的是( )
A.小物块C到b点时,A的速度最大
B.小物块C到c点时,A的速度最大
C.小物块C到b点时,C的速度最大
D.小物块C到c点时,A的速率大于B的速率
8.矩形滑块由不同材料的上下两层粘结在一起组成,将其放在光滑的水平面上,如图所示,质量为m的子弹以速度v水平射入滑块,若射击上层,则子弹刚好不穿出;若射击下层,整个子弹刚好嵌入,则上述两种情况相比较( )
A.两次子弹对滑块做的功一样多
B.两次滑块受的冲量一样大
C.子弹射入下层过程中克服阻力做功较少
D.子弹射入上层过程中系统产生的热量较多
9.如图所示,光滑轨道上,小车A、B用轻质弹簧连接,将弹簧压缩后用细绳系在 A、B上,然后使A、B以速度 v0沿轨道向右运动,运动中细绳突然断开,当弹簧第一次恢复原长时,A的速度刚好为零。已知A、B的质量分别为 mA、mB。则以下判断正确的是( )
A.弹簧最初具有的弹性势能为
B.若 mA<mB,则某一时刻B的速度可以为零
C.若 mA>mB,则在某一时刻B的速度可以为零
D.无论A、B质量大小关系如何,B的速度都不可能为零
10.如图所示,质量为 M 的小车置于光滑的水平面上,车的上表面粗糙,有一质量为 m的木块以初速度 v0水平地滑至车的上表面,若车表面足够长,则( )
A.木块的最终速度为
B.由于车表面粗糙,小车和木块所组成的系统动量不守恒
C.车表面越粗糙,木块减少的动能越多
D.不论车表面的粗糙程度如何,小车获得的动能均为定值
11.一小船与船上人的总质量为160kg,以2m/s的速度匀速向东行驶,船上一个质量为60kg的人,以6m/s的水平速度(相对跳离时小船的速度)向东跳离此小船,若不计水的阻力,则人跳离后小船的速度大小为_________m/s,小船的运动方向为向______.
12.如图,两块相同平板P1、P2置于光滑水平面上,质量均为m。P2的右端固定一轻质弹簧,左端A与弹簧的自由端B相距L。物体P置于P1的最右端,质量为2m且可以看作质点。P1与P以共同速度v0向右运动,与静止的P2发生碰撞,碰撞时间极短,碰撞后P1与P2粘连在一起,P压缩弹簧后被弹回并停在A点(弹簧始终在弹性限度内)。P1、P2刚碰完时的共同速度v1=_____,P的最终速度v2=_____。
13.如图,质量为M的小车静止在光滑水平面上,车厢内有一质量为m的物体以速度v0开始向左运动,与车厢壁来回碰撞几次之后静止于车厢中,这时小车的速度大小为__,方向__.
14.如图所示,在固定的足够长的光滑水平杆上,套有一个质量为m=0.5kg的光滑金属圆环,轻绳一端拴在环上,另一端系着一个质量为M=1.98kg的木块,现有一质量为m0=20g的子弹以v0=100m/s的水平速度射入木块并留在木块中(不计空气阻力和子弹与木块作用的时间,g=10m/s2),求:
(1)圆环、木块和子弹这个系统损失的机械能;
(2)木块所能达到的最大高度。
15.如图所示,固定在地面上的光滑圆弧面与车C 的上表面平滑相接,在圆弧面上有一个滑块A,其质量为mA=2kg,在距车的水平面高h=1.25 m 处由静止下滑,车C的质量为mC=6kg,在车C的左端有一个质量mB=2kg的滑块B,滑块A与B均可看做质点,滑块A与B碰撞后黏合在一起共同运动,最终没有从车C上滑出,已知滑块A、B与车C的动摩擦因数均为μ=0.5,车C与水平地面的摩擦忽略不计。取g=10 m/s2。求:
(1)滑块A滑到圆弧面末端时的速度大小;
(2)滑块A与B碰撞后瞬间的共同速度的大小;
(3)车C的最短长度。
参考答案
1.B
【解析】
AC.规定该同学原来的速度方向为正方向.设该同学上船后,船与该同学的共同速度为v.由题意,水的阻力忽略不计,该同学跳上小船后与小船达到共同速度的过程,该同学和船组成的系统所受合外力为零,系统的动量守恒,则由动量守恒定律得m人v人-m船v船=(m人+m船)v,代入数据解得v=0.25m/s,方向与该同学原来的速度方向相同,与船原来的速度方向相反,故A、C错误;
B.该同学的动量变化量为Δp=m人v-m人v人=60×(0.25-2)kg·m/s=-105kg·m/s,负号表示方向与选择的正方向相反,故B正确;
D.船的动量变化量为Δp'=m船v-m船v船=140×[0.25-(-0.5)]kg·m/s=105kg·m/s,故D错误.
2.C
【解析】
A、B碰撞过程中,以v0方向为正方向,根据动量守恒定律得
A与挡板P碰撞后能追上B发生再碰的条件是
得
碰撞过程中损失的机械能
解得
所以k满足的条件是
故C正确,ABD错误。
故选C。
3.D
【解析】
A.由x-t(位移时间)图象的斜率得到,碰前b球的位移不随时间而变化,处于静止。a球的加速度大小为
做匀速运动,选项A错误;
B.同理由图示图象可知,碰后b球和a球均做匀速运动,其速度分别为
选项B错误;
CD.根据动量守恒定律得
代入解得
碰撞过程中系统损失的机械能为
代入解得
△E=0
所以碰撞过程机械能守恒,选项C错误,D正确。
故选D。
4.CD
【解析】
ABC.碰撞的瞬间小车和木块组成的系统动量守恒,摆球的速度在瞬间不变,若碰后小车和木块的速度变v1和v2,根据动量守恒有
若碰后小车和木块速度相同,根据动量守恒定律有
故C正确,AB错误;
D.碰撞后,小车和小球水平方向动量守恒,则整个过程中,系统动量守恒的,则有
故D正确。
故选CD。
5.ABC
【解析】
A.根据反冲运动的特点与应用可知,火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度,故A正确;
B.体操运动员在落地的过程中,动量变化一定,即运动员受到的冲量I一定,由I=Ft可知,体操运动员在着地时屈腿是为了延长时间t,可以减小运动员所受到的平均冲力F,故B正确;
C.用枪射击时,子弹给枪身一个反作用力,会使枪身后退,影响射击的准确度,所以为了减小反冲的影响,用枪射击时要用肩部抵住枪身,故C正确;
D.为了减轻撞车时对司乘人员的伤害程度,就要延长碰撞的时间,由I=Ft可知位于汽车前部的发动机舱不能太坚固,故D错误.
6.CD
【解析】
AB.由图象可知,在0时刻,A的速度大于B的速度,两物体距离逐渐靠近,在t1时刻,两物体速度相等,距离最近,弹簧处于最大压缩状态;接下来B的速度大于A的速度,两物体距离增大,在t3时刻,两物体速度再次相等,距离最大,弹簧处于最大伸长状态,从t3到t4时刻弹簧由伸长状态逐渐恢复到原长,AB错误;
C.在t1时刻两物块达到共同速度1m/s,根据动量守恒定律
代入数据得
C正确;
D.由图象可知,在t2时刻A的动能
在t2时刻B的动能
因此
D正确。
故选CD。
7.AC
【解析】
ABC.C下滑的到b点的过程中,AB及C组成的系统动量守恒,C从a到b的过程中,速度逐渐增大,所以AB系统速度向左,速度逐渐增大,C从b到c滑动时,C做匀减速运动,所以在b点C的速度最大,故A在小物块C到b点时速度最大,故AC正确,B错误;
D.C下滑的到b点时,A和B的速度相等,此后B做匀速运动,A先匀减速运动,后反向匀加速运动,到达C点时AC速度恰好相等,此时AC的总动量与B的动量大小相等,但AC的总质量比B的质量大,所以A的速度小于B的速度,故D错误。
故选AC。
8.AB
【解析】
A.由动量守恒可知两种情况的最后速度相同,滑块获得的动能相同,根据动能定理可知子弹对滑块做的功相同,A对;
B.由动量定理,合外力的冲量等于滑块动量的变化量,所以合外力的冲量相同,B对;
C.两种情况,子弹动能变化量相同,克服阻力做功相同,C错;
D.产生的热量等于阻力乘以相对位移,可知射入下层过程中系统产生的热量较多,D错;
故选AB。
9.AC
【解析】
A.以A、B弹簧为系统动量守恒,由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
解得
故A正确;
BCD.设以后运动过程中B的速度为0时,A的速度为vA,此时弹簧的弹性势能为E'p
由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
解得
当 所以,弹性势能小于0是不可能的,所以若 mA<mB,则某一时刻B的速度不能为零;
当 所以,弹性势能大于0是可能的,所以若 mA>mB,则某一时刻B的速度可以为零。
故C正确,BD错误;
故选AC。
10.AD
【解析】
A.由于地面光滑,小车和木块组成的系统动量守恒,木板足够长,二者最终达到相同速度v
解得
故A正确;
B.小车和木块间的摩擦力是系统内力,不影响动量守恒。动量守恒的条件是:当系统不受外力,或所受外力矢量和为零,B错误;
C.根据动量守恒定律,二者的末速度总是等于,则木块减小的动能为,结果均为定值,故C错误;
D.根据动量守恒定律,二者的末速度总是等于,小车获得的动能为,结果均为定值,D正确。
故选AD。
11.0.25 向西
【解析】
规定向东为正方向.选择河面为参照系.人跳离此小船前后小船与船上人动量守恒.
解得:
负号说明小船的运动方向为与正方向相反,即向西.
12.
【解析】
[1].P1、P2碰撞过程,由动量守恒定律有:
mv0=2mv1
解得:
v1=
方向水平向右
[2].对P1、P2、P系统,由动量守恒定律有:
mv0+2mv0=4mv2
解得
v2=
方向水平向右
13. 水平向左
【解析】
[1].以物体与车厢组成的系统为研究对象,以向左为正方向,由动量守恒定律可得:
mv0=(M+m)v′
最终车的速度为:
[2].方向与v0的速度相同,水平向左;
14.(1)99 J(2)0.01m
【解析】
(1)子弹射入木块过程,动量守恒,有
m0v0=(m0+M)v
在该过程中机械能有损失,损失的机械能为
ΔE=m0-(m0+M)v2
解得:
ΔE=99J
(2)木块(含子弹)在向上摆动过程中,木块(含子弹)和圆环在水平方向动量守恒,有
(m0+M)v=(m0+M+m)v′
又木块(含子弹)在向上摆动过程中,机械能守恒,有
(m0+M)gh=(m0+M)v2-(m0+M+m)v′2
联立解得:
h=0.01m。
15.(1)5 m/s;(2)2.5 m/s;(3)0.375 m
【解析】
(1)设滑块A滑到圆弧末端时的速度大小为v1,根据机械能守恒定律
mAgh=
代入数据,解得
v1==5 m/s
(2)设A、B碰后瞬间的共同速度为v2,滑块A与B碰撞瞬间动量守恒,有
mAv1=(mA+mB)v2
代入数据,解得
v2=2.5 m/s
(3)设车C的最短长度为L,滑块A与B最终没有从车C上滑出,三者最终速度相同令其为v3,根据动量守恒定律
(mA+mB)v2=(mA+mB+mC)v3
根据能量守恒定律
两式联立代入数据,解得
L=0.375 m