| 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,质量$m=4\;\rm kg$的物体,以水平速度$v_{0}=5\;\rm m/s$滑上静止在光滑水平面上的平板小车,小车质量$M=6\;\rm kg$,物体与小车车面之间的动摩擦因数$\mu =0.3$,取$g=10\;\rm m/s^{2}$,设小车足够长,求:

小车和物体的共同速度是多少;

[["

$2\\;\\rm m/s$

"]]

设小车与物体能够达到的共同速度为$v$,将物体与小车看成一个系统,该系统动量守恒,则由动量守恒定律有$mv_{0}=(m+M)v$

代入数据解得$v=2\;\rm m/s$

物体在小车上滑行的时间;

[["

$1\\;\\rm s$

"]]

取物体为研究对象,设物体在小车上滑行的时间为$t$,则对物体在水平方向由定量定理有$−\mu mg ⋅ t=mv-mv_{0}$

代入数据解得$t=1\;\rm s$

在物体相对小车滑动的过程中,系统产生的摩擦热是多少。

[["

$30\\;\\rm J$

"]]

对整体由能量守恒有$\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}=\dfrac{1}{2}(m+M)v^{2}+Q$

代入数据解得$Q=30\;\rm J$

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如图所示,质量均为的木板和物块静止在光滑水平面上,质量为的物块以的初速度从左端滑上,当的速度为时与发生碰撞,并立即与共速。已知、可视为质点,与之间的动摩擦因数,重力加速度,则 如图所示,质量为的小球(视为质点),在长度均为的细绳和作用下处于平衡状态,、与竖直方向的夹角均为。质量为的足够长的木板静止在光滑水平面上,质量为的物块(视为质点)静止在的左端,与之间的动摩擦因数为,剪断细绳,小球开始运动,重力加速度取。 如图所示,质量为的长木板锁定在粗糙水平地面上,质量为的物块放在木板的正中央,质量为的物块以大小为的水平速度从木板的左端滑上木板,物块与物块发生弹性正碰(碰撞时间极短)的瞬间解除锁定,最终物块恰好不能从木板的右端掉落。已知物块、与木板间的动摩擦因数均为,木板与地面间的动摩擦因数为,两物块均可视为质点,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为,求: 如图,为一段光滑轨道,其中段是半径为的圆弧形轨道,与圆心的连线与竖直方向夹角为。是水平足够长直轨道,与段在点平滑连接。滑块从距点高度处水平抛出,恰好能从点切入轨道。在水平轨道某位置静止放置一长的木板,木板左右两侧各有一固定挡板。木板紧靠右挡板放置一滑块。滑块在轨道上与木板发生碰撞。若、、三者质量相等,滑块、均可视为质点,与之间、与挡板之间的碰撞均为弹性碰撞。、之间的动摩擦因数为,重力加速度,,,求: 物理老师自制了一套游戏装置供同学们一起娱乐和研究,其装置可以简化为如图所示的模型。该模型由同一竖直平面内的水平轨道、半径为的半圆单轨道、半径为的半圆圆管轨道、平台和、凹槽组成,且各段各处平滑连接。凹槽里停放着一辆质量为的无动力摆渡车并紧靠在竖直侧壁处,其长度且上表面与平台、齐平。水平面的左端通过挡板固定一个弹簧,弹簧的弹性势能最大能达到。现将一质量为滑块(可视为质点)压缩弹簧,游戏成功的标准是通过弹簧发射出去的滑块能停在平台的目标区段。已知凹槽段足够长,摆渡车与侧壁相撞时摆渡车被黏在处并立即停止不动,滑块与摆渡车上表面和平台段的动摩擦因数都是,其他所有摩擦都不计,段长度,段长度。问: 如图所示,长木板放在光滑的水平面上,质量为的另一物体以水平速度滑上原来静止的长木板的表面,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
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