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- 2021-05-24 发布
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第2节 动量和动量定理
「基础达标练」
1.如图所示,一铁块压着一纸条放在水平桌面上,当以速度v抽出纸条后,铁块掉在地上的P点,若以速度2v抽出纸条,则铁块落地点为( )
A.仍在P点
B.在P点左边
C.在P点右边不远处
D.在P点右边原水平位移的两倍处
解析:选B 以速度v或2v抽纸条时,纸条给铁块的摩擦力不变,以速度2v抽纸条时,纸条对铁块的作用时间短,对铁块的冲量小,铁块获得的速度小,根据平抛知识可知它的水平射程短,所以落点在P点的左边,故B正确.
2.(多选)恒力F作用在质量为m的物体上,如图所示,由于地面对物体的摩擦力较大,物体没有被拉动,则经时间t,下列说法正确的是( )
A.拉力F对物体的冲量大小为零
B.拉力F对物体的冲量大小为Ft
C.拉力F对物体的冲量大小是Ftcos θ
D.合力对物体的冲量大小为零
解析:选BD 对冲量的计算一定要分清求的是哪个力的冲量,是某一个力的冲量、合力的冲量、分力的冲量还是某一个方向上力的冲量,某一个力的冲量与另一个力的冲量无关,故拉力F的冲量为Ft,A、C错误,B正确;物体处于静止状态,合力为零,合力的冲量为零,D正确.
3.(2019·三明一中高二期末)如图所示,运动员挥拍将质量为m的网球击出.如果网球被拍子击打前、后瞬间速度的大小分别为v1、v2,v1与v2方向相反,且v2>v1.忽略重力,则此过程中拍子对网球作用力的冲量( )
7
A.大小为m(v2-v1),方向与v1方向相同
B.大小为m(v2+v1),方向与v1方向相同
C.大小为m(v2-v1),方向与v2方向相同
D.大小为m(v2+v1),方向与v2方向相同
解析:选D 取拍子击打网球前网球的速度的方向为正方向,根据动量定理得拍子对网球作用力的冲量为:I=-mv2-mv1=-m(v1+v2),即冲量大小为m(v1+v2),方向与v1方向相反,与v2方向相同,故D正确,A、B、C错误.
4. (多选)如图所示,质量均为m的小球A、B在同一水平线上,当A球水平抛出的同时B球自由下落,运动到t=2 s时刻,两球的运动方向夹角为37°(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),不计空气阻力,则( )
A.当t=2 s时,A球与B球重力的瞬时功率之比为5∶4
B.当t=2 s时,A球与B球重力的瞬时功率之比为1∶1
C.在0~2 s过程中,两球的动能改变不同
D.在0~2 s过程中,两球的动量改变相同
解析:选BD 因t=2 s时两球竖直向速度相同为vy,重力的功率为P=mgvy相同,则A错误,B正确;0~2 s过程中,下落高度相同,重力做功相同,两球的动能改变相同,则C错误;0~2 s过程中,重力的冲量相同,则两球的动量改变相同,则D正确.
5.如图,质量为m的小物块,在与水平方向成α角的恒力F作用下,沿光滑水平面运动,通过A点和B点的速度分别为vA和vB(A、B未在图中标出),其加速度为a,物块由A运动到B的过程中,F对物块所做的功为W,F对物块的冲量为I,以下结论正确的是( )
A.mvB2=mvA2 B.W=mvB2-mvA2
C.I=mvB-mvA D.a=
解析:选B 从A到B只有F做功,物体的动能一定增大,故A错误;由动能定理可得:
7
F所做的功W=mvB2-mvA2,故B正确;由动量定理可得:I合=mvB-mvA;而合外力为F在水平方向上的分量,故F>F合,故F的冲量大于合外力的冲量,故C错误;物体只在水平方向有加速度,则加速度a=,故D错误.
6.2018年3月22日,一架中国国际航空CA103客机,从天津飞抵香港途中遭遇鸟击,飞机头部被撞穿约一平方米的大洞,雷达罩被砸穿,所幸客机及时安全着陆,无人受伤.若飞机的速度为700 m/s,小鸟在空中的飞行速度非常小,小鸟的质量为0.4 kg.小鸟与飞机的碰撞时间为2.5×10-4 s.则飞机受到小鸟对它的平均作用力的大小约为( )
A.104 N B.105 N
C.106 N D.107 N
解析:选C 本题为估算题,可以认为撞击前鸟的速度为零,撞击后鸟与飞机的速度相等,飞机速度为v=700 m/s,撞击过程可以认为鸟做匀加速直线运动,对鸟,由动量定理得:Ft=mv-0
F== N=1.12×106 N,由牛顿第三定律知C正确,A、B、D错误.
7.(多选)如图甲所示为一固定光滑足够长的斜面,倾角为30°.质量为0.2 kg的物块静止在斜面底端,t=0时刻,受到沿斜面方向拉力F的作用,取沿斜面向上为正方向,拉力F随时间t变化的图象如图乙所示,g=10 m/s2,则下列说法正确的是( )
A.6 s末物块的速度为零
B.物块一直沿斜面向上运动
C.0~4 s内拉力对物块做的功为20 J
D.0~6 s内拉力对物块的冲量为零
解析:选AC 在0~2 s内,由牛顿第二定律可得F1-mgsin 30°=ma1,解得a1=5 m/s2,在2~4 s内,由牛顿第二定律可得-F2-mgsin 30°=ma2,解得a2=-10 m/s2,则物块在0~2 s内向上匀加速直线运动,2~3 s内向上匀减速直线运动,3 s时减少为零,3~4 s内向下匀加速直线运动,4~6 s内向下匀减速直线运动,6 s时速度减为零,故A正确,B错误;在t=4 s时和t=2 s时物块在同一位置,速度等大反向,所以0~4 s内拉力对物块做的功等于0~2 s内拉力对物块做的功,0~2 s内的位移s=a1t2=10 m,所以0~2 s内拉力做的功W=F1s=20 J,故C正确;0~6 s内拉力对物块的冲量I=F1t1+F2t2
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=(2×4-1×2) N·s=6 N·s,故D错误.
8.如图所示,一足球运动员踢一个质量为0.4 kg的足球.
(1)若开始时足球的速度是4 m/s,方向向右,踢球后,球的速度为10 m/s,方向仍向右(如图甲),求足球的初动量、末动量以及踢球过程中动量的改变量;
(2)若足球以10 m/s的速度撞向球门门柱,然后以3 m/s速度反向弹回(如图乙),求这一过程中足球的动量改变量.
解析:(1)取向右为正方向,初、末动量分别为
p=mv=0.4×4 kg·m/s=1.6 kg·m/s,方向向右
p′=mv′=0.4×10 kg·m/s=4 kg·m/s,方向向右
动量的改变量为Δp=p′-p=2.4 kg·m/s,方向向右.
(2)取向右为正方向,初、末动量分别为
p1=mv1=0.4×10 kg·m/s=4 kg·m/s,方向向右
p2=mv2=0.4×(-3) kg·m/s=-1.2 kg·m/s,即方向向左,
动量的改变量为Δp′=p2-p1=-5.2 kg·m/s,即方向向左.
答案:见解析
「能力提升练」
9.一个轻质弹簧,固定于天花板的O点处,原长为L,如图,一个质量为m的物块从A点竖直向上抛出,以速度v与弹簧在B点相接触,然后向上压缩弹簧,到C点时物块速度为零,在此过程中无机械能损失,则下列说法正确的是( )
A.由B到C的过程中,物块的速度一直减小
B.由B到C的过程中,物块的加速度先增加后减小
C.由A到C的过程中,物块重力势能的变化量与克服弹力做的功一定相等
D.由A到C的过程中,弹簧弹力对物体的冲量与物体所受重力的冲量大小相等
解析:选A 由B到C的过程中,物体受向下的重力和向下的弹力,且随着物块的上升,弹力变大,根据牛顿第二定律可知,物块的加速度逐渐变大,速度一直减小,故A正确,B错误;由A到C根据动能定理:-mghAC-W弹=0-mvA2,则物块重力势能的变化量与克服弹力做的功不一定相等,故C错误;由A到C根据动量定理:IG+I弹=0-(-mv
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),则弹簧弹力对物体的冲量与物体所受重力的冲量大小不一定相等,故D错误.
10.质量m=0.5 kg的质点由静止开始做匀加速直线运动,动量p随位移x变化的关系式为p=2(各量均取国际单位),则此质点( )
A.加速度为2 m/s2
B.前2 s内动量增加8 kg·m/s
C.在连续相等时间内,动量增量越来越大
D.在通过连续相等的位移时,动量增量可能相等
解析:选B 根据v2=2ax得,v=,则动量p=mv=m,可知p=0.5×=2,解得质点的加速度为8 m/s2,故A错误;2 s内物体速度的变化量为Δv=at=16 m/s,则动量的变化量Δp=mΔv=8 kg·m/s,故B正确;因为相同时间内速度的变化量相同,则动量的增量一定相等,故C错误;因为相等位移内速度变化量不同,则动量的增加量不等,故D错误.
11.如图所示,质量为m的足球在离地高h处时速度刚好水平向左,大小为v1,守门员在此时用手握拳击球,使球以大小为v2的速度水平向右飞出,手和球作用的时间极短,则( )
A.击球前后球动量改变量的方向水平向左
B.击球前后球动量改变量的大小是mv2-mv1
C.击球前后球动量改变量的大小是mv2+mv1
D.球离开手时的机械能不可能是mgh+mv12
解析:选C 规定向右为正方向,击球前球的动量p1=-mv1,击球后球的动量p2=mv2,击球前后球动量改变量的大小是Δp=p2-p1=mv2+mv1,动量改变量的方向水平向右,故A、B错误,C正确;球离开手时的机械能为mgh+mv22,因v1与v2可能相等,则球离开手时的机械能可能是mgh+mv12,故D错误.
12.如图1所示,一个物体放在粗糙的水平地面上.在t=0时刻,物体在水平力F作用下由静止开始做直线运动.在0到t0时间内物体的加速度a随时间t的变化规律如图2所示.已知物体与地面间的动摩擦因数处处相等.则( )
7
A.在0到t0时间内,合力的冲量大小为a0t0
B.t0时刻,力F等于0
C.在0到t0时间内力F大小恒定
D.在0到t0时间内物体的动量逐渐变大
解析:选D 合力F合=ma是变力,0到t0时间内平均作用力为,则合力的冲量大小为mat0,则A错误;t0时刻,力F合等于0,F等于摩擦力,则B错误;在0到t0时间内力F大小变小,则C错误;在0到t0时间内物体做加速运动,物体的动量逐渐变大,则D正确.
13.如图所示,斜面和水平面之间通过小圆弧平滑连接,质量为m的物体(可视为质点)从斜面上h高处的A点由静止开始沿斜面下滑,最后停在水平地面上的B点.要使物体能原路返回A点,求在B点物体需要的最小瞬时冲量.
解析:物体从A运动到B的过程中,根据动能定理,
mgh-Wf=0
物体从B运动到A的过程中,根据动能定理,
-mgh-Wf=0-mvB2
联立解得vB=2
根据动量定理可知,瞬时冲量I=mvB=2m.
答案:2m
14.如图所示,质量mA为4.0 kg的木板A放在水平面C上,木板与水平面间的动摩擦因数μ为0.24,木板右端放着质量mB为1.0 kg的小物块B(视为质点),它们均处于静止状态,木板突然受到水平向右的12 N·s的瞬时冲量I作用开始运动,当小物块滑离木板时,木板的动能EkA为8.0 J.小物块的动能EkB为0.50 J,重力加速度取10 m/s2,求:
(1)瞬时冲量作用结束时木板的速度v0的大小;
(2)木板的长度L.
7
解析:(1)设水平向右为正方向,有I=mAv0
代入数据解得v0=3.0 m/s.
(2)设A对B、B对A、C对A的滑动摩擦力的大小分别为FAB、FBA和FCA,B在A上滑行的时间为t,B离开A时A和B的速度分别为vA和vB,有
-(FBA+FCA)t=mAvA-mAv0
FABt=mBvB
其中FAB=FBA
设A,B相对于C的位移大小分别为sA和sB,有
-(FBA+FCA)sA=mAvA2-mAv02
FABsB=EkB
动量与动能之间的关系为mAvA=
mBvB=
木板A的长度L=sA-sB
代入数据解得L=0.50 m.
答案:(1)3.0 m/s (2)0.50 m
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