| 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

光滑水平地面上,质量为$2\;\rm kg$、上表面粗糙的木板$B$正以$3\;\rm m/s$的速度向右运动。某时刻在木板右端滑上可视为质点的物块$A$,质量为$1\;\rm kg$,速度向左,大小也是$3\;\rm m/s$,物块和木板间的动摩擦因数为$0.2$,木板长为$7\;\rm m$。则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

物块$A$从木板$B$的左端离开

","

经过$2\\;\\rm s$物块$A$与木板$B$相对静止

","

整个过程系统产生热量为$4\\;\\rm J$

","

相对静止后,物块$A$在木板$B$上移动的距离为$7m$

"]
[["B"]]

$\rm AD$.把$A$$B$看成一个系统,该系统所受合力为零,所以$A$$B$组成的系统满足动量守恒,设$A$没有从$B$上离开,最后的共同速度大小为$v'$,规定水平向右的方向为正方向,根据动量守恒定律有$m_{\rm B}v-m_{\rm A}v=(m_{\rm A}+m_{\rm B})v'$

$A$$B$的相对位移的距离为$l$,根据能量守恒有$\dfrac{1}{2}m_{\text{A}}v^{2}+\dfrac{1}{2}m_{\text{B}}v^{2}=\dfrac{1}{2}\left( m_{\text{A}}+m_{\text{B}} \right)v'^{2}+\mu m_{\text{A}}gl$

代入数据解得$v'=1\;\rm m/s$$l=6\;\rm m\lt 7\;\rm m$

假设成立,所以物块$A$没有从$B$的左端离开,故$\rm AD$错误;

$\rm B$.设$A$的加速度大小为$a$,根据牛顿第二定律有$\mu m_{\rm A}g=m_{\rm A}a$

设经过时间$t$$A$$B$保持相对静止,根据速度$—$时间关系有$v'=-v+at$

代入数据解得$t=2\;\rm s$

$\rm B$正确;

$\rm C$.整个过程中系统产生的热量为$Q=\mu m_{\rm A}gl$

代入数据解得$Q=12\;\rm J$

$\rm C$错误。

故选:$\rm B$

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如图所示为某游戏装置侧面图,半径的圆弧轨道固定,质量、半径的半圆弧轨道锁定在水平面上,一长为、质量也为、的平板小车停在轨道的最左端紧靠,小车上表面与、点等高,将一可视为质点、质量的滑块从距点高度为处静止释放,滑上小车后带动小车向右运动,小车与轨道碰撞(碰撞时间极短)后即被粘在处,滑块可沿轨道继续运动。已知水平轨道、间距均足够长,滑块与小车的动摩擦因数,其余接触面均光滑,取,求: 如图所示,从点以某一水平速度抛出质量的小物块(可视为质点),当物块运动至点时,恰好沿切线方向进入圆心角的粗糙固定圆弧轨道,经圆弧轨道克服摩擦力做功后,滑上与点等高、静止在光滑水平面上的长木板,圆弧轨道端的切线水平。已知长木板的质量,点距点的高度,圆弧轨道半径,物块与长木板间的动摩擦因数,,,求: 如图所示,质量的物体,以水平速度滑上静止在光滑水平面上的平板小车,小车质量,物体与小车车面之间的动摩擦因数,取,设小车足够长,求: 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。
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