(物理)物理动量守恒定律提高训练及解析

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(物理)物理动量守恒定律提高训练及解析

一、高考物理精讲专题动量守恒定律

1.如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上放置一质量为m 的物块B ,B 的下端连接一轻质弹簧,弹簧下端与挡板相连接,B 平衡时,弹簧的压缩量为x 0,O 点为弹簧的原长位置.在斜面顶端另有一质量也为m 的物块A ,距物块B 为3x 0,现让A 从静止开始沿斜面下滑,A 与B 相碰后立即一起沿斜面向下运动,但不粘连,它们到达最低点后又一起向上运动,并恰好回到O 点(A 、B 均视为质点),重力加速度为g .求:

(1)A 、B 相碰后瞬间的共同速度的大小; (2)A 、B 相碰前弹簧具有的弹性势能;

(3)若在斜面顶端再连接一光滑的半径R =x 0的半圆轨道PQ ,圆弧轨道与斜面相切 于最高点P ,现让物块A 以初速度v 从P 点沿斜面下滑,与B 碰后返回到P 点还具有向上的速度,则v 至少为多大时物块A 能沿圆弧轨道运动到Q 点.(计算结果可用根式表示) 【答案】20132v gx =01

4

P E mgx =0(2043)v gx =+【解析】

试题分析:(1)A 与B 球碰撞前后,A 球的速度分别是v 1和v 2,因A 球滑下过程中,机械能守恒,有: mg (3x 0)sin30°=

1

2

mv 12 解得:103v gx =

又因A 与B 球碰撞过程中,动量守恒,有:mv 1=2mv 2…② 联立①②得:21011

322

v v gx ==

(2)碰后,A 、B 和弹簧组成的系统在运动过程中,机械能守恒. 则有:E P +

1

2

•2mv 22=0+2mg•x 0sin30° 解得:E P =2mg•x 0sin30°−

1

2•2mv 22=mgx 0−34

mgx 0=14mgx 0…③ (3)设物块在最高点C 的速度是v C ,

物块A 恰能通过圆弧轨道的最高点C 点时,重力提供向心力,得:2

c v mg m R

所以:0c v gR gx == C 点相对于O 点的高度: h=2x 0sin30°+R+Rcos30°=(43)

+x 0…⑤ 物块从O 到C 的过程中机械能守恒,得:

12mv o 2=mgh+1

2

mv c 2…⑥ 联立④⑤⑥得:0(53)o v gx +=…⑦ 设A 与B 碰撞后共同的速度为v B ,碰撞前A 的速度为v A ,滑块从P 到B 的过程中机械能守恒,得:

12mv 2+mg (3x 0sin30°)=1

2

mv A 2…⑧ A 与B 碰撞的过程中动量守恒.得:mv A =2mv B …⑨ A 与B 碰撞结束后从B 到O 的过程中机械能守恒,得:

1

2

•2mv B 2+E P =1

2

•2mv o 2+2mg•x 0sin30°…⑩ 由于A 与B 不粘连,到达O 点时,滑块B 开始受到弹簧的拉力,A 与B 分离. 联立⑦⑧⑨⑩解得:033v gx =考点:动量守恒定律;能量守恒定律

【名师点睛】分析清楚物体运动过程、抓住碰撞时弹簧的压缩量与A 、B 到达P 点时弹簧的伸长量相等,弹簧势能相等是关键,应用机械能守恒定律、动量守恒定律即可正确解题.

2.两个质量分别为0.3A m kg =、0.1B m kg =的小滑块A 、B 和一根轻质短弹簧,弹簧的一端与小滑块A 粘连,另一端与小滑块B 接触而不粘连.现使小滑块A 和B 之间夹着被压缩的轻质弹簧,处于锁定状态,一起以速度03/v m s =在水平面上做匀速直线运动,如题8图所示.一段时间后,突然解除锁定(解除锁定没有机械能损失),两滑块仍沿水平面做直

线运动,两滑块在水平面分离后,小滑块B 冲上斜面的高度为 1.5h m =.斜面倾角

o 37θ=,小滑块与斜面间的动摩擦因数为0.15μ=,水平面与斜面圆滑连接.重力加速度

g 取210/m s .求:(提示:o sin 370.6=,o cos370.8=)

(1)A 、B 滑块分离时,B 滑块的速度大小. (2)解除锁定前弹簧的弹性势能.

【答案】(1)6/B v m s = (2)0.6P E J = 【解析】

试题分析:(1)设分离时A 、B 的速度分别为A v 、B v , 小滑块B 冲上斜面轨道过程中,由动能定理有:2

cos 1sin 2

B

B B B

m gh m gh m v θμθ+⋅= ① (3分)

代入已知数据解得:6/B v m s = ② (2分)

(2)由动量守恒定律得:0()A B A A B B m m v m v m v +=+ ③ (3分) 解得:2/A v m s = (2分) 由能量守恒得:

222

0111()222

A B P A A B B

m m v E m v m v ++=+ ④ (4分) 解得:0.6P E J = ⑤ (2分)

考点:本题考查了动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律.

3.如图所示,质量M=1kg 的半圆弧形绝缘凹槽放置在光滑的水平面上,凹槽部分嵌有cd 和ef 两个光滑半圆形导轨,c 与e 端由导线连接,一质量m=lkg 的导体棒自ce 端的正上方h=2m 处平行ce 由静止下落,并恰好从ce 端进入凹槽,整个装置处于范围足够大的竖直方向的匀强磁场中,导体棒在槽内运动过程中与导轨接触良好。已知磁场的磁感应强度B=0.5T ,导轨的间距与导体棒的长度均为L=0.5m ,导轨的半径r=0.5m ,导体棒的电阻R=1Ω,其余电阻均不计,重力加速度g=10m/s 2,不计空气阻力。

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