答案:
(-2)M≤m<M
1.如图所示,木块A和B质量均为2kg,置于光滑水平面上,B与一轻质弹簧一端相连,弹簧另一端固定在竖直挡板上,当A以4m/s的速度向B撞击时,由于有橡皮泥而粘在一起运动,那么弹簧被压缩到最短时,具有的弹簧势能大小为( )
A.4J B.8J C.16J D.32J
解析:
A与B碰撞过程动量守恒,有
mAvA=(mA+mB)vAB,所以vAB==2m/s.
当弹簧被压缩到最短时,A、B的动能完全转化成弹簧的弹性势能,
所以Ep=(mA+mB)v=8J.
答案:
B
2.在光滑的水平面上有三个完全相同的小球,它们成一条直线,2、3小球静止,并靠在一起,1小球以速度v0射向它们,如图所示.设碰撞中不损失机械能,则碰后三个小球的速度可能值是( )
A.v1=v2=v3=v0B.v1=0,v2=v3=v0
C.v1=0,v2=v3=v0D.v1=v2=0,v3=v0
解析:
两个质量相等的小球发生弹性正碰,碰撞过程中动量守恒,动能守恒,碰撞后将交换速度,故D项正确.
答案:
D
3.如图所示,物体A静止在光滑的水平面上,A的左边固定有轻质弹簧,与A质量相同的物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞,A、B始终沿同一直线运动,则A、B组成的系统动能损失最大的时刻是( )
A.A开始运动时B.A的速度等于v时
C.B的速度等于零时D.A和B的速度相等时
解析:
对A、B组成的系统由于水平面光滑,所以动量守恒.而对A、B、弹簧组成的系统机械能守恒,即A、B动能与弹簧弹性势能之和为定值,当A、B速度相等时,弹簧形变量最大,弹性势能最大,所以此时动能损失最大.
答案:
D
4.在光滑水平面上,一质量为m,速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后,A球的速度方向与碰撞前相反,则碰撞后B球的速度大小可能是( )
A.0.6vB.0.4vC.0.3vD.0.2v
解析:
A、B两球在水平方向上合外力为零,A球和B球碰撞的过程中动量守恒,设A、B两球碰撞后的速度分别为v1、v2,原来的运动方向为正方向,由动量守恒定律有:
mv=mv1+2mv2.①
假设碰后A球静止,即v1=0,可得v2=0.5v.
由题意知球A被反弹,所以球B的速度有
v2>0.5v.②
A、B两球碰撞过程能量可能有损失,由能量关系有:
mv2≥mv+mv.③
①③两式联立得:
v2≤v.④
由②④两式可得:
0.5v<v2≤v,符合条件的只有0.6v,
所以选项A正确,B、C、D错误.
答案:
A
5.如图所示,一质量为M的物块静止在桌面边缘,桌面离水平地面的高度为h.一质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后,以水平速度射出.重力加速度为g.求:
(1)子弹穿过物块后物块的速度v1;
(2)此过程中系统损失的机械能;
(3)此后物块落地点离桌面边缘的水平距离.
解析:
(1)设子弹穿过物块后物块的速度为v1,由动量守恒得:
mv0=m+Mv1.①
解得:
v1=v0.②
(2)系统的机械能损失为:
ΔE=mv-.③
由②③式得ΔE=mv.④
(3)设物块下落到地面所需时间为t,落地点距桌面边缘的水平距离为s,则:
h=gt2,⑤
s=v1t.⑥
解得:
s=.
答案:
(1)v0
(2)mv (3)
6.如图所示,水平地面上固定有高为h的平台,台面上有固定的光滑坡道,坡道顶端距台面也为h,坡道底端与台面相切.小球A从坡道顶端由静止开始滑下,到达水平光滑的台面后与静止在台面上的小球B发生碰撞,并粘连在一起,共同沿台面滑行并从台面边缘飞出,落地点与飞出点的水平距离恰好为台高的一半.两球均可视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为g.求:
(1)小球A刚滑至水平台面的速度vA;
(2)A、B两球的质量之比mA∶mB.
解析:
(1)小球A在坡道上只有重力做功机械能守恒,有mAgh=mAv.①
解得:
vA=.②
(2)设小球A、B在光滑台面上发生碰撞粘在一起速度为v,根据系统动量守恒得:
mAvA=(mA+mB)v.③
离开平台后做平抛运动,在竖直方向有:
gt2=h.④
在水平方向有:
h=vt.⑤
联立②③④⑤化简得:
mA∶mB=1∶3.
答案:
(1)vA=
(2)mA∶mB=1∶3
7.如图所示,光滑水平轨道上放置长木板A(上表面粗糙)和滑块C,滑块B置于A的左端,三者质量分别为mA=2kg、mB=1kg、mC=2kg.开始时C静止,A、B一起以v0=5m/s的速度匀速向右运动,A与C发生碰撞(时间极短)后C向右运动,经过一段时间,A、B再次达到共同速度一起向右运动,且恰好不再与C碰撞.求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小.
解析:
因碰撞时间极短,A与C碰撞过程动量守恒,设碰撞后瞬间A的速度大小为vA,C的速度大小为vC,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
mAv0=mAvA+mCvC,①
A与B在摩擦力作用下达到共同速度,设共同速度为vAB,由动量守恒定律得:
mAvA+mBv0=(mA+mB)vAB.②
A、B达到共同速度后恰好不再与C碰撞,应满足:
vAB=vC.③
联立①②③式解得:
vA=2m/s.
答案:
2m/s
8.(xx·江苏卷)牛顿的《自然哲学的数学原理》中记载,A、B两个玻璃球相碰,碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为15∶16.分离速度是指碰撞后B对A的速度,接近速度是指碰撞前A对B的速度.若上述过程是质量为2m的玻璃球A以速度v0碰撞质量为m的静止玻璃球B,且为对心碰撞,求碰撞后A、B的速度大小.
解析:
设A、B球碰撞后速度分别为v1和v2,规定A球的初速度方向为正方向,根据动量守恒定律得
2mv0=2mv1+mv2,根据题意知=,
解得:
v1=v0,v2=v0.
答案:
碰撞后A、B的速度分别为:
v0、v0.
9.如图所示,光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A、B、C.B的左侧固定一轻弹簧(弹簧左侧的挡板质量不计).设A以速度v0向B运动,压缩弹簧;当A、B速度相等时,B与C恰好相碰并粘接在一起,然后继续运动.假设B和C碰撞过程时间极短.求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中:
(1)整个系统损失的机械能;
(2)弹簧被压缩到最短时的弹性势能.
解析:
(1)从A压缩弹簧到A与B具有相同速度v1时,对A、B与弹簧组成的系统,由动量守恒定律得:
mv0=2mv1.①
此时B与C发生完全非弹性碰撞,设碰撞后的瞬时速度为v2,损失的机械能为ΔE,对B、C组成的系统,由动量守恒和能量守恒定律得:
mv1=2mv2,②
mv=×2mv+ΔE.③
联立①②③式得:
ΔE=mv.④
(2)由②式可知v2<v1,A将继续压缩弹簧,直至A、B、C三者速度相同,设此速度为v3,此时弹簧被压缩至最短,其弹性势能为Ep.由动量守恒和能量守恒定律得:
mv1+2mv2=3mv3,⑤
mv=ΔE+Ep+×3mv.⑥
联立④⑤⑥式得:
Ep=mv.
答案:
(1)mv
(2)mv
10.如图所示,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).P与P2之间的动摩擦因数为μ.求:
(1)P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2;
(2)此过程中弹簧的最大压缩量x和相应的弹性势能Ep.
解析:
(1)P1、P2碰撞过程,由动量守恒定律:
mv0=2mv1.①
解得:
v1=,方向水平向右②
对P1、P2、P系统,由动量守恒定律:
mv0+2mv0=4mv2.③
解得:
v2=v0,方向水平向右.④
(2)当弹簧压缩至最大时,P1、P2、P三者具有共同速度v2,由动量守恒定律:
mv0+2mv0=4mv2.⑤
对系统由能量守恒定律:
2μmg×2(L+x)=×2mv+×2mv-×4mv⑥
解得:
x=-L.⑦
最大弹性势能:
Ep=×2mv+×2mv-×4mv-2μmg(L+x).⑧
解得:
Ep=mv.
答案:
(1)v1=,方向水平向右
v2=v0,方向水平向右
(2)x=-L,Ep=mv.
2019-2020年高中物理第十六章动量守恒定律5反冲运动火箭练习新人教版选修
1.(多选)下列属于反冲运动的是( )
A.向后划水,船向前运动
B.用枪射击时,子弹向前飞,枪身后退
C.用力向后蹬地,人向前