动量经典习题汇编全解.doc
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1、1、如图所示,在光滑水平面上放有质量为2kg的长木板B,模板B右端距竖直墙s=4m,木板B上有一质量为1kg的金属块A,金属块A和木版B间滑动摩擦因数=0.20开始A以o=3m/s的初速度向右运动,木板B很长,A不会从B上滑下,木板B与竖直墙碰撞后以碰前速率返回,且碰撞时间极短g取10m/s2求(1)木半B碰墙前,摩擦力对金属块A做的功(2)A在B上滑动过程中产生的热量(3)A在B上滑动,A相对B滑动的路程L【解答】解:(1)设A质量为m1,B质量为m2 A所受的滑动摩擦力大小为 f=m1g=0.2110=2NA向左的加速度大小为 A在B上滑动,A、B系统水平方向动量守恒: m1o=(m1+m
2、2)1解得 A向右滑行路程为 B向右的加速度为 B向右滑行路程 因x2s,所以A、B等速时,B没有碰墙则摩擦力对金属块A做的功 Wf=fx1=22=4J摩擦力对金属块A做负功(2)碰墙后A、B系统水平方向动量守恒,规定向左为正,设二者最终速度为2 则有: m21m11=(m1+m2)2根据能量守恒有 则得 Q=J4.33J(3)根据功能关系得 Q=fL 解得:答:(1)木板B碰墙前,摩擦力对金属块A做的功为4J(2)A在B上滑动过程中产生的热量为4.33J(3)A在B上滑动,A相对B滑动的路程L为2.17m2、目前,滑板运动受到青少年的追捧如图是某滑板运动员在一次表演时的一部分赛道在竖直平面内
3、的示意图,赛道光滑,FGI为圆弧赛道,半径R=6.5m,G为最低点并与水平赛道BC位于同一水平面,KA、DE平台的高度都为h=1.8mB、C、F处平滑连接滑板a和b的质量均为m,m=5kg,运动员质量为M,M=45kg表演开始,运动员站在滑板b上,先让滑板a从A点静止下滑,t1=0.1s后再与b板一起从A点静止下滑滑上BC赛道后,运动员从b板跳到同方向运动的a板上,在空中运动的时间t2=0.6s(水平方向是匀速运动)运动员与a板一起沿CD赛道上滑后冲出赛道,落在EF赛道的P点,沿赛道滑行,经过G点时,运动员受到的支持力N=742.5N(滑板和运动员的所有运动都在同一竖直平面内,计算时滑板和运动
4、员都看作质点,取g=10m/s2)(1)滑到G点时,运动员的速度是多大?(2)运动员跳上滑板a后,在BC赛道上与滑板a共同运动的速度是多大?(3)从表演开始到运动员滑至I的过程中,系统的机械能改变了多少?【解答】解:(1)在G点,运动员和滑板一起做圆周运动,设向心加速度为an,速度为vG,运动员受到重力Mg、滑板对运动员的支持力N的作用,则:NMg=Man加速度则由牛顿第二定律可得:解得G点时的速度解得:vG=6.5m/sG点时运动员的速度为6.5m/s;(2)设滑板a由A点静止下滑到BC赛道后速度为v1,由机械能守恒定律有:解得:运动员与滑板b一起由A点静止下滑到BC赛道后,速度也为v1,运
5、动员由滑板b跳到滑板a,设蹬离滑板b时的水平速度为v2,在空中飞行的水平位移为s,则:s=v2t2设起跳时滑板a与滑板b的水平距离为s0,则:s0=v1t1设滑板a在t2时间内的位移为s1,则:s1=v1t2s=s0+s1即:v2t2=v1(t1+t2)运动员落到滑板a后,与滑板a共同运动的速度为v,由动量守恒定律有mvl+Mv2=(m+M)v由以上方程可解出:代入数据解得:v=6.9 m/s运动员与滑板a的共同速度为6.9m/s;(3)设运动员离开滑板b后,滑板b的速度为v3,有Mv2+mv3=(M+m)v1可算出v3=3 m/s,有:|v3|=3 m/sv1=6 m/s,b板将在两个平台之
6、间来回运动,机械能不变系统的机械能改变为:E=88.75 J改变的机械能为88.75J3、如图所示,光滑水平地面上有一小车,车上固定光滑斜面和连有轻弹簧的挡板,弹簧处于原长状态,自由端恰在C点,总质量为M=2kg小物块从斜面上A点由静止滑下,经过B点时无能量损失已知:物块的质量m=1kg,A点到B点的竖直高度为h=1.8m,BC长度为l=3m,BC段动摩擦因数为0.3,CD段光滑g取10m/s2,求在运动过程中:弹簧弹性势能的最大值;物块第二次到达C点的速度【解答】解:下滑中,对m,根据动能定理得:,m滑下后,系统动量守恒定律,以向右为正,当两者第一次等速时,根据动量守恒定律得:mv0=(m+
7、M)v根据能量守恒定律得:,f=N,Nmg=0,解得:Ep=3J 在物块滑下到运动到B点,根据动量守恒定律得:mv0=mv1+Mv2,根据能量守恒定律得:解得:v1=0答:弹簧弹性势能的最大值为3J;物块第二次到达C点的速度为04、如图所示,A、B、C三个物体的质量均为m,B、C两物体与一轻随轻质弹簧相连,静止在水平地面上,弹簧劲度系数为k物体A从距物体B某一高度h处由静止开始下落,与B相碰后立即粘在一起向下运动当A、B向下压缩弹簧,再反弹到最高点时,物体C刚好对地面无压力不计空气阻力且弹簧始终处与弹性限度内,求A物体开始下落时的高度h【解答】解:开始时B处于平衡状态,有kx=mg当A下落h高
8、度时速度为v,则有:mgh=mv2A与B碰撞粘在一起时速度为v,以向下为正,由动量守恒有:mv=(m+m)v当B与A运动到最高时,C对地面无压力,即:kx=mg可得:x=x所以最高时弹性势能与初始位置弹性势能相等由机械能守恒有:(m+m)v2=2mg(x+x)解得:h=答:A物体开始下落时的高度h为5、如图所示,光滑的水平面上有两完全一样的长木板A和B,在A板其右侧边缘放有小滑块C,开始A、C以相同的速度v0向右匀速运动,与静止在水平面上木板B发生正碰,碰后两木板粘在一起并继续向右运动,最终滑块C刚好没有从木板上掉下已知木板A、B和滑块C的质量均为m,C与A、B之间的动摩擦因数均为求:最终滑块
9、C的速度;木板B的长度L【解答】解:AB碰撞一直到最终ABC一起向右运动的过程中,ABC组成系统动量守恒,以v0方向为正方向,根据动量守恒定律得:2mv0=3mv解得:v=AB碰撞过程中,AB组成的系统动量守恒,以v0方向为正方向,根据动量守恒定律得:mv0=2mv1解得:最终滑块C刚好没有从木板上掉下,则C与B得相对位移为L,根据能量守恒定律得:mgL=解得:L=答:最终滑块C的速度为;木板B的长度L为6、如图所示,甲、乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏,甲和他的冰车的总质量M=40kg,乙和他的冰车的总质量也是40kg游戏时,甲推着一个质量m=20kg的箱子,让箱子和他一起以v1=2m/
10、s的速度滑行,乙以v2=1.75m/s的速度迎面向甲滑来为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推向乙,箱子滑到乙处时,乙迅速把箱子接住若不计冰面的摩擦,为避免与乙相撞,问:(1)甲至少要以多大的速度(相对地面)将箱子推出?(2)甲将箱子推出的过程中至少做了多少功?【解答】解:(1)在推出和抓住的过程中,小孩、冰车和箱子的总动量守恒要想刚能避免相碰,要求抓住后甲和乙的速度正好相等此就可求得推出时的最小速度设箱子推出后其速度为v,甲孩的速度为v1,以甲的初速度方向为正方向,根据动量守恒可得:mv+Mv1=(m+M)v1,设乙孩抓住箱子后其速度为v2以向右为正方向,根据动量守恒可得:(m+M)v2=mvM
11、v2,刚好不相碰的条件要求:v1=v2,解得:v=5m/s,v1=v2=0.5m/s;(2)设以最小速度推出时甲对箱子做功为W,对箱子,由动能定理得:W=,代入数值可得:W=135J;答:(1)甲至少要以5m/s的速度(相对地面)将箱子推出;(2)甲将箱子推出的过程中至少做了135J的功7、如图所示,静止放置在光滑水平面上的A、B、C三个滑块,滑块A、B间通过一轻弹簧相连,滑块A左侧紧靠一固定挡板P,某时刻给滑块C施加一个水平冲量使其以初速度v0水平向左运动,滑块C撞上滑块B的瞬间二者粘在一起共同向左运动,弹簧被压缩至最短的瞬间具有的弹性势能为1.35J,此时撤掉固定挡板P,之后弹簧弹开释放势
12、能,已知滑块A、B、C的质量分别为mA=mB=0.2kg,mC=0.1kg,(取=3.17),求:(1)滑块C的初速度v0的大小;(2)当弹簧弹开至恢复到原长的瞬时,滑块BC的速度大小;(3)从滑块BC压缩弹簧至弹簧恢复到原长的过程中,弹簧对滑块BC整体的冲量【解答】解:(1)滑块C撞上滑块B的过程中,BC组成的系统动量守恒,以水平向左为正,根据动量守恒定律得:mCv0=(mB+mC)v1弹簧被压缩至最短时,BC速度为零,根据能量守恒定律得:解得:v0=9m/s(2)当弹簧弹开至恢复到原长的瞬,滑块BC的速度大小为v2,滑块A的大小为v3,根据动量守恒定律得:mAv3=(mB+mC)v2,根据
13、能量守恒定律得:解得:v2=1.9m/s(3)弹簧对滑块BC整体的冲量I,选向右为正方向,由动量定理得:I=EP=(mB+mC)(v2+v3)解得:I=1.47Ns,冲量方向水平向右答:(1)滑块C的初速度v0的大小为9m/s;(2)当弹簧弹开至恢复到原长的瞬时,滑块BC的速度大小为1.9m/s;(3)从滑块BC压缩弹簧至弹簧恢复到原长的过程中,弹簧对滑块BC整体的冲量大小为1.47Ns,冲量方向水平向右8、如图所示,固定的凹槽水平表面光滑,其内放置U形滑板N,滑板两端为半径R=0.45m的圆弧面A和D分别是圆弧的端点,BC段表面粗糙,其余段表面光滑小滑块P1和P2的质量均为m滑板的质量M=4
14、m,P1和P2与BC面的动摩擦因数分别为1=0.10和2=0.40,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力开始时滑板紧靠槽的左端,P2静止在粗糙面的B点,P1以v0=4.0m/s的初速度从A点沿弧面自由滑下,与P2发生弹性碰撞后,P1处在粗糙面B点上当P2滑到C点时,滑板恰好与槽的右端碰撞并与槽牢固粘连,P2继续运动,到达D点时速度为零P1与P2视为质点,取g=10m/s2问:(1)P2在BC段向右滑动时,滑板的加速度为多大?(2)BC长度为多少?N、P1和P2最终静止后,P1与P2间的距离为多少?【解答】解:(1)P1滑到最低点速度为v1,由机械能守恒定律有:解得:v1=5m/sP1、P2碰撞,满足
15、动量守恒,机械能守恒定律,设碰后速度分别为v1、v2则由动量守恒和机械能守恒可得:mv1=mv1+mv2mv12=mv12+mv22解得:v1=0、v2=5m/sP2向右滑动时,假设P1保持不动,对P2有:f2=2mg=4m(向左)设P1、M的加速度为a2;对P1、M有:f=(m+M)a2 此时对P1有:f1=ma2=0.80mfm=1mg=1.0m,所以假设成立故滑块的加速度为0.8m/s2;(2)P2滑到C点速度为v2,由得v2=3m/sP1、P2碰撞到P2滑到C点时,设P1、M速度为v,由动量守恒定律得:mv2=(m+M)v+mv2解得:v=0.40m/s对P1、P2、M为系统:f2L=
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