1.1物体的碰撞
1.一弹簧枪对准以6 m/s的速度沿光沿桌面迎面滑来的木块发射一颗 铅弹,射出速度为10m/s,铅弹射入木块后未穿出,木块继续向前运动,速度变为5 m/s。如果想让木块停止运动,并假定铅弹射入木块后都不会穿出,则应再向木块迎面射入的铅弹数为
A.5颗
B.6颗
C.7颗
D.8颗
2.质量为2kg的小车以2m/s的速度沿光滑的水平面向右运动,若将质量为2kg的砂袋以3m/s的速度迎面扔上小车,则砂袋与小车一起运动的速度的大小和方向是 ( )
A.2.6m/s,向右 B.2.6m/s,向左
C.0.5m/s,向左 D.0.8m/s,向右
3.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
4.光滑水平面上滑块A与滑块B在同一条直线上正碰,它们运动的位置x随时间变化的关系如图所示;已知滑块A的质量为1kg,不计碰撞时间,则滑块B的质量和碰后总动能分别为
A.3kg,8J B.3kg,6J
C.2kg,8J D.2kg,6J
5.光滑的水平面上,物体A、B的质量分别为m1和m2,且,它们用一根轻质弹簧相连接(栓接)。开始时,整个系统处于静止状态,弹簧处于自然长度。第一次给物体A一个沿弹簧轴线方向水平向右的初速度v,第二次给物体B一个沿弹簧轴线方向水平向左的等大的初速度v,如图所示。已知弹簧的形变未超出弹性限度,比较这两种情况,下列说法正确的是( )
A.第二种情况下,弹簧最短时物体A的速度较小
B.两种情况,弹簧最短时物体A的速度等大
C.两种情况,弹簧的最大弹性势能相同
D.第二种情况下,弹簧的最大弹性势能较大
6.台球是一项富含物理知识的运动,图为运动员某次击球时的示意图,其中A为白色主球,B为目标球,运动员现欲用主球A碰撞目标球B,并将其击出并落入前方中袋C,则下列相关分析合理的是
A.击球瞄准时,应使撞击时两球连心线a指向中袋C
B.击球瞄准时,应使撞击时两球公切线b指向中袋C
C.通常,由于台球很坚硬,碰撞时的形变能够完全恢复,能量损失很小,故可将它们之间的碰撞视为弹性碰撞来分析
D.由于台球和台面间有摩擦,故台球之间的碰撞过程一般不遵循动量守恒定律
7.老师课上用如图所示的“牛顿摆”装置来研究小球之间的碰撞,5个完全相同的小钢球用轻绳悬挂在水平支架上,5根轻绳互相平行,5个钢球彼此紧密排列,球心等高且位于同一直线上,用1、2、3、4、5分别标记5个小钢球. 当把小球1向左拉起一定高度后由静止释放,使它在极短时间内撞击其他小球,对此实验的下列分析中,正确的是( )
A.上述实验中,可观察到球5向右摆起,且达到的最大高度与球1的释放高度相同
B.上述碰撞过程中,5个小球组成的系统机械能守恒,动量守恒
C.如果同时向左拉起小球1、2、3到相同高度后,在同时由静止释放,经碰撞后,小球4、5一起向右摆起,且上升的最大高度大于小球1、2、3的释放高度
D.若只用小球1、2进行实验,将它们分别向左、右各拉起一个较小的高度,且小球1的高度是小球2的两倍,由静止释放,可观察到发生碰撞后两小球均反弹并返回初始高度
8.如图所示A、B两球在光滑水平面上沿同一直线运动,A球动量为p1=5 kg·m/s,B球动量为p2=7 kg·m/s,当A球追上B球时发生碰撞,碰后A的动量改变了1 kg·m/s,而运动方向没有改变,则A和B质量的比值可能为
A. B. C. D.
9.质量为m的小球A以速度V0在光滑水平面上运动.与质量为2m的静止小球B发生对心碰撞,则碰撞后小球A的速度大小VA和小球B的速度大小VB可能为( )
A.
B.
C.
D.
10.如图所示,一质量m2=0.25 kg的平顶小车,车顶右端放一质量m3=0.30 kg的小物体,小物体可视为质点,与车顶之间的动摩擦因数μ=0.45,小车静止在光滑的水平轨道上。现有一质量m1=0.05 kg的子弹以水平速度v0=18m/s射中小车左端,并留在车中,子弹与车相互作用时间很短。若使小物体不从车顶上滑落,g 取10 m/s2。下列分析正确的是( )
A.小物体在小车上相对小车滑行的时间s
B.最后小物体与小车的共同速度为3m/s
C.小车的最小长度为1.0m
D.小车对小物体的摩擦力的冲量为0.45N·s
11.A、B两物体在一水平长直气垫导轨上相碰,碰撞前物体A做匀速直线运动,B静止不动,频闪照相机每隔0.1 s闪光一次,连续拍照5次,拍得如图所示的照片,不计两物体的大小及两物体碰撞过程所用的时间,则由此照片可判断第四次拍照时物体A在x=____________cm处,mA∶mB=________
12.《三国演义》中有“草船借箭”的故事,假设草船的总质量M=3 940 kg,静止在水中,岸上曹兵开弓射箭,假设每支箭的质量m=60 g,同一时刻有n=1 000支箭射到船上,箭的速度v=50 m/s,不计水的阻力,则射箭后草船的速度是____m/s,每支箭受到的冲量大小是_____N·s.
13.A 、 B 两物体在光滑的水平面上相向运动,其中物体 A 的质量为=3kg,两球发生相互作用前后的运动情况如下图所示,由图可知 B 物体的质量为=__kg;碰撞过程中,系统的机械能损失为___J。
14.一同学利用水平气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时,测出一个质量为0.8kg的滑块甲以0.4m/s的速度与另一个质量为0.6kg,速度为0.2m/s的滑块乙迎面相撞,碰撞后滑块乙的速度大小变为0.3m/s,此时滑块甲的速度大小为_______m/s,方向与它原来的速度方向_______(选填“相同”或“相反”).
参考答案
1.D
【解析】
以木块的初速度方向为正方向,设第一颗铅弹打入后,设铅弹和木块的共同速度为v1, 即:,解得:,设要使木块停下来或反向运动,总共至少打入n颗铅弹,以铅弹与木块组成的系统为研究对象,由动量定恒得:,则,即:n≥9,总共至少要打入9颗铅弹.即还需要再打入8个,故D正确,ABC错误。
2.C
【解析】
以小车与砂带组成的系统为研究对象,以水平向右方向为正方向,系统在水平方向动量守恒,由动量守恒定律得:m车v车-m袋v袋=(m车+m袋)v,即:2×2-2×3=(2+2)v,解得:v=-0.5m/s,方向向左.故选C.
【点睛】
本题考查了动量守恒定律的应用,应用动量守恒定律即可正确解题,解题时要注意正方向的选择,这是易错点,要注意.
3.A
【解析】
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;
4.A
【解析】
位移时间图象的切线斜率表示物体的速度,由图象可得两物体碰撞前后的速度分别为:,,,;由动量守恒得;碰前总动能,碰后总动能代入数据可得:,。
A. 3kg,8J,与结论相符,选项A正确;
B. 3kg,6J,与结论不相符,选项B错误;
C. 2kg,8J,与结论不相符,选项C错误;
D. 2kg,6J,与结论不相符,选项D错误;
5.C
【解析】
弹簧最短时,两者速度相等,弹性势能最大
第一种情况:
由动量守恒定律得:,解得弹簧最短时物体A的速度,
最大弹性势能
第二种情况:
由动量守恒定律得:,解得弹簧最短时物体A的速度,
最大弹性势能
因为,所以,也就是第二种情况下,弹簧最短时物体A的速度较大;
因为,所以两种情况,弹簧的最大弹性势能相同。
AB.由上面分析可知,第二种情况下,弹簧最短时物体A的速度较大,故AB错误;
CD.由上面分析可知,两种情况,弹簧的最大弹性势能相同,故C正确,D错误。
6.AC
【解析】
AB. 要使目标球B落入前方中袋C,则A球对B球的作用力方向必须要沿两球心连线方向,则击球瞄准时,应使撞击时两球连心线a指向中袋C,选项A正确,B错误;
C. 通常,由于台球很坚硬,碰撞时的形变能够完全恢复,能量损失很小,故可将它们之间的碰撞视为弹性碰撞来分析,选项C正确;
D. 由于两球碰撞时的碰撞力远大于台球和台面间的摩擦,故可认为台球之间的碰撞过程遵循动量守恒定律,选项D错误.
7.AB
【解析】
A. 上述实验中,由于5个球是完全相同的小球,则相互碰撞时要交换速度,即第5个球被碰瞬时的速度等于第1个球刚要与2球碰撞时的速度,由能量关系可知,观察到球5向右摆起,且达到的最大高度与球1的释放高度相同,选项A正确;
B. 上述碰撞过程中,5个小球组成的系统碰撞过程无能量损失,则机械能守恒,水平方向受合外力为零,则系统的动量守恒,选项B正确;
C. 如果同时向左拉起小球1、2、3到相同高度同时由静止释放,则3与4碰后,3停止4具有向右的速度,4与5碰撞交换速度,4停止5向右摆起;3刚停止的时候2球过来与之碰撞交换速度,然后3与4碰撞,使4向右摆起;2球刚停止的时候1球过来与之碰撞交换速度,然后2与3碰撞交换速度,使3向右摆起;故经碰撞后,小球3、4、5一起向右摆起,且上升的最大高度与小球1、2、3的释放高度相同;故C错误;
D. 若只用小球1、2进行实验,将它们分别向左、右各拉起一个较小的高度,且小球1的高度是小球2的两倍,由静止释放,则到达最低点时1球的速度是2球的两倍,相碰后两球交换速度各自反弹,则可观察到发生碰撞后小球2的高度是小球1的两倍,选项D错误。
8.BC
【解析】
取水平向右为正方向。据题知:碰撞后A的动量为 p1′=p1+△p1=5kg?m/s-1kg?m/s=4kg?m/s
根据动量守恒定律得 p1+p2=p1′+p2′。
根据碰撞过程及总动能不增加有
代入数据解得
碰后A、B同向运动,应有 ,则
所以
A. ,与结论不相符,选项A错误;
B. ,与结论相符,选项B正确;
C. ,与结论相符,选项B正确;
D. ,与结论不相符,选项D错误;
9.AC
【解析】
若两球发生完全弹性碰撞,则根据动量守恒得:mv0=mvA+2mvB, 根据碰撞过程系统的总动能不变,则得mv02=mvA2+2mvB2,解得:vA=-v0;vB=v0;若两球发生完全非弹性碰撞,则mv0=(m+2m)v解得v=v0,则A的速度范围是-v0~v0;B的速度范围是v0~v0;故AC正确,BD错误;故选AC.
【点睛】
对于碰撞过程,往往根据三个规律去分析:一是动量守恒;二是总动能不增加;三是碰后,若两球分开后同向运动,后面小球的速率不可能大于前面小球的速率.
10.AD
【解析】
子弹射入小车的过程中,由动量守恒定律得:,解得v1=3m/s;
小物体在小车上滑行过程中,由动量守恒定律得:
解得v2=1.5m/s;
以小物体为对象,由动量定理得:,解得,小车对小物体的摩擦力的冲量为I=0.45N·s
当系统相对静止,小物体在小车上滑行的距离为l,由能量守恒定律得:
解得l=0.5m,所以小车的最小长度为0.5m。
A.小物体在小车上相对小车滑行的时间s,与上面计算结果相符,故A正确;
B.最后小物体与小车的共同速度v2=1.5m/s,故B错误;
C.小车的最小长度为0.5m,故C错误;
D.小车对小物体的摩擦力的冲量为0.45N·s,与上面计算结果相符,故D正确。
11. 100cm 1:3
【解析】碰撞前,物体A做匀速直线运动,可知,物体A第三次在90cm处,第四次在100?cm处.碰撞前,A滑块的速度大小为.方向向右;碰撞后,A的速度大小为 ,方向向左;B的速度大小为,方向向右.取向右为正方向,根据动量守恒定律得:mAv0=-mAvA+mBvB
代入数据得:mA×4=-mA×2+mB×2
解得:mA:mB=1:3.
点睛:本题要根据匀速直线运动相等时间内通过的位移相等,判断滑块的位置,由匀速直线运动的规律求速度,要注意动量是矢量,在规定正方向的基础上,用符号表示动量的方向.
12. 0.75 2.955
【解析】不计水的阻力,箭与船的动量守恒,则nmv=(M+nm)v',得v'=v=0.75 m/s;箭的速度由v减小到v',由动量定理知每支箭受到的冲量I=mv'-mv=-2.955 N·s,负号表示与原来的速度方向相反.
13. 4.5 22.5
【解析】设碰撞前B的运动方向为正方向;根据位移时间图象的斜率表示速度,可得碰前A的速度为: ,B的速度为:vB==3m/s;碰后A、B的共同速度为:v=
=1m/s,由动量守恒定律得:mAvA+mBvB=(mA+mB)v,代入数据解得:mB=4.5kg;由能量守恒定律可知,碰撞过程损失的能量:△E=mAvA2+mBvB2-(mA+mB)vAB2,代入数据解得:△E=22.5J
点睛:解决本题时,要抓住位移时间图线的斜率表示速度,分析清楚物体运动过程,应用碰撞的基本规律:动量守恒定律与能量守恒定律进行解题.
14.0.025 相同
【解析】
碰撞过程动量守恒,设甲速度方向为正方向,碰后乙的速度方向为正方向,则有:
m甲v甲-m乙v乙=m甲v甲′+m乙v乙′,代入数据解得:v甲′=0.025m/s,方向与原来方向相同.