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大学物理动量与角动量练习题与答案

2024-05-13 来源:步旅网
⼤学物理动量与⾓动量练习题与答案

⼀、选择题

[ A ] 1.(基础训练2)⼀质量为m 0的斜⾯原来静⽌于⽔平光滑平⾯上,将⼀质量为m 的⽊块轻轻放于斜⾯上,如图3-11.如果此后⽊块能静⽌于斜⾯上,则斜⾯将(A) 保持静⽌. (B) 向右加速运动.(C) 向右匀速运动. (D) 向左加速运动.

提⽰:假设斜⾯以V 向右运动。由⽔平⽅向动量守恒得0(cos )0m V m V v θ+-= ,⽽0v =,得0V =

[C ]2.(基础训练3)如图3-12所⽰,圆锥摆的摆球质量为m ,速率为v ,圆半径为R ,当摆球在轨道上运动半周时,摆球所受重⼒冲量的⼤⼩为(A) 2m v . (B) 22)/()2(v v R mg m π+

(C) v /Rmg π.(D) 0.

[ B ]3. (⾃测提⾼2)质量为20 g 的⼦弹,以400 m/s 的速率沿图3-15⼊⼀原来静⽌的质量为980 g 的摆球中,摆线长度不可伸缩.⼦弹射⼊后开始与

摆球⼀起运动的速率为 (A) 2 m/s . (B) 4 m/s . (C) 7 m/s . (D) 8 m/s .

提⽰:对摆线顶部所在点⾓动量守恒。 2sin 30()mv l M m lV ?=+;其中m 为⼦弹质量,M 为摆球质量,l 为 摆线长度。 [D]4.(⾃测提⾼4)⽤⼀根细线吊⼀重物,重物质量为5 kg ,重物下⾯再系⼀根同样的细线,细线只能经受70 N 的拉⼒.现在

突然向下拉⼀下下⾯的线.设⼒最⼤值为50 N ,则

(A)下⾯的线先断. (B)上⾯的线先断. (C)两根线⼀起断. (D)两根线都不断.提⽰:下⾯的细线能承受的拉⼒⼤于所施加的最⼤⼒,所以下⾯的细线不断。对重物⽤动量定理:0'''=--?

++dt T mgdt dt T t t t t t 下上'

t 为下拉⼒作⽤时间,由于't t >>,因此,上⾯的细线也不断。⼆、填空题

5.(基础训练8)静⽔中停泊着两只质量皆为0m 的⼩船.第⼀只船在左边,其上站⼀质量为m 的⼈,该⼈以⽔平向右速度v从第⼀只船上跳到其右边的第⼆只船上,然后⼜以

同样的速率v ⽔平向左地跳回到第⼀只船上.此后 (1) 第⼀只船运动的速度为v1=图3-11图3-1502m v m m -+。 (2) 第⼆只船运动的速度为v2=0

2m v m 。(⽔的阻⼒不计,所有速度都相对地⾯⽽⾔)提⽰:第⼀跳 01

0mv m v '+= 02()mv m m v '=+ 第⼆跳 0101()mv m v m m v '-+=+ 0202()m m v mv m v '+=-+6.(基础训练11)将⼀质量为m 的⼩球,系于轻绳的⼀端,绳的另⼀端穿过光滑⽔平桌⾯上的⼩孔⽤⼿拉住.先使⼩球以⾓速度ω1在桌⾯上做半径为r 1的圆周运动,然后缓慢将绳下拉,使半径缩⼩为r 2,在此过程中⼩球的动能增量是 2221

1121(1)2r m r r ω-。

7.(⾃测提⾼6) 质量为m 的⼩球⾃⾼为y 0处沿⽔平⽅向以速率v 0抛出,与地⾯碰撞后跳起的最⼤⾼度为21y 0,⽔平速率为1

v 0,如

图3-17.(1)地⾯对⼩球的竖直冲量的⼤⼩为(1+ (2)

地⾯对⼩球的⽔平冲量的⼤⼩为01

mv 。 8.(⾃测提⾼7)⼀物体质量M =2 kg ,在合外⼒(32)F t i =+ (SI )的作⽤下,从静⽌开始运动,式中i 为⽅向⼀定的单位⽮量, 则当t=1 s 时物体的速度1v=2(/)i m s 。

提⽰:⽤动量定理计算。110

()0Fdt mv mv =?=-?

9.(⾃测提⾼8)两球质量分别为m 1=2.0 g ,m 2=5.0 g ,在光滑的⽔平桌⾯上运动.⽤直⾓坐标OXY 描述其运动,两者速度分别为i 101=v cm/s ,)0.50.3(2j i

+=v cm/s .若碰撞后两球合为⼀体,则碰撞后两球速度v 的⼤⼩v = 6.14 m/s ,v与x 轴的夹⾓α=112212()mv m v m m v +=+,得255(/)7v i j m s =+25 6.14(/)7m s ??

=+=

,535.57arctg α??== ? y 21y 图3-17

10.(⾃测提⾼9)如图3-20所⽰,质量为m 的⼩球,⾃距离斜⾯⾼度为h 处⾃由下落到倾⾓为30°的光滑固定斜⾯上。设碰撞是完全

弹性的,则⼩球对斜⾯的冲量的⼤⼩为,⽅向为垂直斜⾯提⽰:碰撞过程中斜⾯对⼩球的冲量21I mv mv =- 212v v v ===

2cos30I mv =⽽⼩球对斜⾯的冲量⽅向垂直斜⾯向下。三、计算题

11.(基础训练14)⼀炮弹发射后在其运⾏轨道上的最⾼点h =19.6 m 处炸裂成质量相等的两块.其中⼀块在爆炸后1秒钟落到爆炸点正下⽅的地⾯上.设此处与发射点的距离S 1=1000 m ,问另⼀块落地点与发射地点间的距离是多少?(空⽓阻⼒不计,g =9.8 m/s 2)

解:因第⼀块爆炸后落在其正下⽅的地⾯上,说明它的速度⽅向是沿竖直⽅向的. 利⽤ 2t g t h '+'=2

11v , 式中t '为第⼀块在爆炸后落到地⾯的时间. 可解得v 1 =14.7 m/s ,竖直向下.取y 轴正向向上, 有v 1y =-14.7 m/s设炮弹到最⾼点时(v y =0),经历的时间为t ,则有S 1 = v x t (1) h=22

1gt (2) 由(1)及(2)得 t =2 s , v x =500 m/s 以2v表⽰爆炸后第⼆块的速度,由爆炸前后的动量守恒得x v v m m x =221

(3) 0==+y y m m m v v v 1y 22121 (4)

解出 v 2x =2v x =1000 m/s , v 2y =-v 1y =14.7 m/s再由斜抛公式 x 2= S 1 +v 2x t 2 (5) y 2=h +v 2y t 2-22gt 2

1 (6) 落地时 y

2 =0,可得 t 2 =4 s , t 2=-1 s (舍去) 故 x 2=5000 m

12.(基础训练15)质量为m 的⼩球与桌⾯相碰撞,碰撞前、后⼩球的速率都是v ,⼊射⽅向和出射⽅向与桌⾯法线的夹⾓都是α,如图3-15

所⽰。若⼩球与桌⾯作⽤的时间为?t ,求⼩球对桌⾯的平均冲⼒。 解:由动量定理()()t

N mg dt mv ?+=??

N 为桌⾯对⼩球的作⽤⼒,mg 为⼩球所受重⼒。沿y 轴⽅向的分量形式为()()cos (cos )2cos t

N mg dt N mg t mv mv mv ααα-=-=--=图3-20图3-15t

mv mg t mv N ??+?=α

αcos 2cos 2 ⼩球对桌⾯的平均冲⼒为t

mv N N ?-=-=αcos 2'

13.(⾃测提⾼12)如图3-23⽰,有两个长⽅形的物体A 和B 紧靠着静⽌放在光滑的⽔平桌⾯上,已知m A =2 kg ,m B =3

kg .现有⼀质量m =100 g 的⼦弹以速率v 0=800 m/s ⽔平射⼊长⽅体A ,经t = 0.01 s ,⼜射⼊长⽅体B ,最后停留在长⽅体B 内未射出.设⼦弹射⼊A 时所受的摩擦⼒为F= 3×103 N ,求: (1) ⼦弹在射⼊A 的过程中,B 受到A 的作⽤⼒的⼤⼩.(2) 当⼦弹留在B 中时,A 和B 的速度⼤⼩. 解:从0t =s 到0.01t =s 对A 、B ⽤动量定理()0A B F t m m v ?=+-代⼊题给数据得⼦弹出A ⼊B 瞬时A 、B 共同速度⼤⼩为v =6m/s 。 从0t =s 到0.01t =s 对⼦弹⽤动量定理,10F t mv mv -?=-代⼊题给数据得⼦弹出A ⼊B 瞬时速度⼤⼩为1v =500m/s 。 (1)从0t =s 到0.01t =s 对B ⽤动量定理,0B f t m v ?=-代⼊题给数据得⼦弹在射⼊A 的过程中,B 受到A 的作⽤⼒的⼤⼩

1800f N =。

(2)⼦弹出A ⼊B 瞬时A 、B 共同速度⼤⼩即为⼦弹留在B 中时,A 的速度⼤⼩即 6/A v v m s ==。

⽤动量守恒定律可求得⼦弹留在B 中,⼦弹和B 的共同速度⼤⼩1()B B mv m v m m V +=+

代⼊题给数据得⼦弹和B 的共同速度⼤⼩为V =22m/s 。 即 22/B v V m s ==。

14.(⾃测提⾼14)⼀质量为m 的匀质链条,长为L ,⼿持其上端,使下端离桌⾯的⾼度为h 。现使链条⾃静⽌释放落于桌⾯,试计算链条落到桌⾯上的长度为l 时,桌⾯对链条的作⽤⼒。图3-23

解:如图所⽰,以落在桌⾯上的那部分链条l m 为研究对象,则有 l m g F N +=(F 为dt 时间内下落的链条元dx 对它的冲⼒,N 为桌⾯的⽀持⼒)

l m m l l Lλ==(m

L λ=为链条的质量线密度)此时在空中的链条的速度⼤⼩

v =

在dt 时间内,有dm dx λ=链条元落在桌⾯上,它受到地⾯反作⽤⼒'F 和重⼒dmg 作⽤,'

F F = F d m g对dx ⽤动量定理m

Fdt dmv dxv L==(32)l m m

N F m g F lg l h g L L=+=+=+⽅向向上。附加题:

15.(⾃测提⾼13)有⼀⽔平运动的⽪带将砂⼦从⼀处运到另⼀处,砂⼦经⼀竖直的静⽌漏⽃落到⽪带上,⽪带以恒定的速率v ⽔平地运动.忽略机件各部位的摩擦及⽪带另⼀端的其它影响,试问:

(1) 若每秒有质量为q m =d M /d t 的砂⼦落到⽪带上,要维持⽪带以恒定速率v 运动,需要多⼤的功率?

(2) 若q m =20 kg/s ,v =1.5 m/s ,⽔平牵引⼒多⼤?所需功率多⼤?

解:(1) 设d t 时间内有质量为dM 的砂⼦落到传送带上,在带的摩擦⼒F 的作⽤下速度0增加到v ⽽随带⼀起运动。对dM 砂⼦⽤动量定理:d d (-0)F t M v =∴ m F q ==?dMvv dt

由⽜顿第三定律,带受到砂⼦的作⽤⼒也等于F ,⽅向向后,由于带作匀速运动,电动机拖动⽪带的⼒也是F,于是⽪带所需的功率为:2

m P Fv q ==v

(2) 当q m =d M/d t=20 kg/s ,v =1.5 m/s 时,⽔平牵引⼒⼤⼩F =v q m =30 N所需功率为 P=v 2q m =45 W

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