| 动量守恒之木板滑块模型 题目答案及解析

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选修3-5

第十六章 动量守恒定律

16.3 动量守恒定律

动量守恒之木板滑块模型

如图所示,滑板$B$静止在光滑水平面上,其右端与固定挡板相距$x$,滑块$A$静止在$B$的左端。一子弹以水平速度$v_{0}=100\;\rm m/s$射向$A$后留在$A$中(此过程时间极短)。已知子弹的质量为$m=0.02\;\rm kg$$A$的质量$m_{A}=0.48\;\rm kg$$B$的质量$m_{B}=1.5\;\rm kg$$A$$B$之间动摩擦因数为$\mu =0.6$$B$足够长,$A$不会从$B$表面滑出;$B$与挡板碰撞无机械能损失,不计空气阻力,重力加速度$g=10\;\rm m/s^{2}$

子弹击中$A$后,$A$的速度多大;

[["

$4\\;\\rm m/s$

"]]

子弹击中$A$过程中动量守恒,取向右为正方向,根据动量守恒定律有$mv_{0}=(m+m_{A})v_{共1}$

解得$v_{共1}=4\;\rm m/s$

$A$的速度大小为$v_{A}=v_{共1}=4\;\rm m/s$

此次过程中,$A$$B$恰好共速时$B$与挡板碰撞,则滑板$B$右端与固定挡板相距$x$为多大;

[["

$0.25\\ \\rm m$

"]]

取向右为正方向,子弹、$A$$B$组成的系统动量守恒,三者刚好共速时,由动量守恒可得$(m+m_{A})v_{共1}=(m+m_{A}+m_{B})v_{共2}$

解得$v_{共2}=1\;\rm m/s$

$B$运用动能定理的$\mu(m+m_{{A}})gx=\dfrac{1}{2}m_{{B}}v_{共2}^{2}$

解得$x=0.25\ \rm m$

$x$取第($2$)中的值,改变子弹的速度,$B$将与挡板相碰$n$次,则子弹的速度为多少(子弹未射穿$A$)。

[["

$150(n-1)\\;{\\rm m/s} \\lt v_{子}\\leqslant 150n\\ \\rm m/s$

"]]

$B$碰撞前的速度为$v_{B}$,由动能定理有$\mu(m+m_{{A}})gx=\dfrac{1}{2}m_{{B}}v_{{B}}^{2}$

解得$v_{B}=1\;\rm m/s$

$B$与台阶碰撞后速度大小不变,故每次相碰台阶对$B$的冲量大小为$I=2p_{B}=2m_{B}v_{B}=3\;\rm kg ⋅ m/s$

子弹、$A$$B$组成的系统系统总动量为$p_{总}=mv_{子}=(m+m_{A})v_{共3}$

$B$与台阶相碰一次,台阶对系统的改变为$\Delta p=2p_{B}=3\;\rm kg ⋅ m/s$

规定向右为正方向,当系统的总动量为负值时,即总动量方向向左时,$B$不再与台阶相碰,故$B$与台阶相碰的条件是,发生一次碰撞$2p_{B}\lt mv_{子}$

发生两次碰撞$4p_{B}\geqslant mv_{子}$

发生$n$次碰撞$2np_{B}\geqslant mv_{子}$

解得$150(n-1)\;{\rm m/s}\lt v_{子}\leqslant 150 n\;\rm m/s$

$B$与台阶仅相碰$n$次。

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如图所示,光滑水平面上有一质量为、长度为的长木板,其右端有一质量为的滑块(可视为质点),滑块与木板间动摩擦因数为。初始时,二者以共同的速度一起向左运动,木板每次与墙面碰撞后瞬间,速度大小变为原来的一半,并反向运动。整个过程,滑块既没有从木板上掉下,也没有与墙面发生接触。知重力加速度取,求: 如图所示,水平传送带的右端靠近相同高度光滑平台的左端(平台不影响传送带的正常转动),平台右侧的光滑水平面上有一小车紧靠平台,且小车的上表面与平台等高,物体静止在平台上。传送带在电机的带动下以的速度顺时针匀速转动,将物体从传送带的最左端由静止释放,滑上平台后与物体发生弹性碰撞,碰后物体无摩擦地滑上小车,恰好没从小车上滑落。已知小车的质量,物块的质量,物块的质量,物块与传送带间的动摩擦因数,物块与小车上表面之间的动摩擦因数,传送带两转轴之间的距离,重力加速度取,物块均可看成质点。求: 质量为的长木板静止在光滑水平面上,另两个质量也是的物块和同时分别从的左、右两端滑上的上表面,初速度大小分别为和,如图所示,物块、与长木板间的动摩擦因数均为,假设物块、在长木板表面上运动时始终没有碰撞。试求: 如图甲所示,长木板放在光滑的水平面上,质量的另一物体以水平速度滑上原来静止的长木板的上表面,由于、间存在摩擦,之后、速度随时间变化情况如图乙所示,则下列说法正确的是(取) 如图所示,质量,长度的木板置于光滑水平地面上,质量的物块放在木板的右端,在木板左端正上方固定一弹性挡板,挡板与地面的距离正好能使木板通过。一长度不可伸长的轻绳一端固定,另一端连接质量的小球,将小球拉至水平并由静止释放,轻绳竖直时小球刚好与物块碰撞,物块与小球及挡板的碰撞均为弹性碰撞。将物块与小球视为质点,运动过程不计空气阻力,已知物块与木板间的动摩擦因数,重力加速度取。求: 如图所示,水平地面上左侧有一固定的圆弧斜槽,斜槽左端是四分之一光滑圆弧,圆弧半径为,右端是粗糙的水平面,紧挨着斜槽右侧有一足够长的小车,小车质量为,小车左端和斜槽末端平滑过渡但不粘连,在点静止放置一滑块(可视为质点)。滑块质量为,最右边有一固定的竖直墙壁,小车右端距离墙壁足够远。已知斜槽段长度为,由特殊材料制成,从点到点其与小球间的动摩擦因数随到点距离增大而均匀减小到,变化规律如图所示。滑块与小车的水平上表面间的动摩擦因数为,水平地面光滑,现将一质量为小球(可视为质点的)从斜槽顶端点静止滚下,经过后与静止在斜槽末端的滑块发生弹性碰撞,碰撞时间极短,碰撞后滑块滑上小车,小车与墙壁相碰时碰撞时间极短,每次碰撞后小车速度方向改变,速度大小减小为碰撞前的一半,重力加速度取。)已知小球运动到点时(还未与滑块碰撞)的速度大小为,求:
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