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- 2021-05-24 发布
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动量 动量守恒定律
(建议用时 40 分钟)
1.(多选)如图所示,一个质量为 0.2 kg 的垒球,以 20 m/s 的水平速度飞向球棒,被球棒打击后
反向水平飞回,速度大小变为 40 m/s,设球棒与垒球的作用时间为 0.01 s。下列说法正确的是
( )
A.球棒对垒球的平均作用力大小为 1 200 N
B.球棒对垒球的平均作用力大小为 400 N
C.球棒对垒球做的功为 120 J
D.球棒对垒球做的功为 40 J
【解析】选 A、C。设球棒对垒球的平均作用力为 F,由动量定理得 ·t=m(vt-v0),取 vt=40
m/s,则 v0=-20 m/s,代入上式,得 =1 200 N,由动能定理得 W= m - m
=120 J,选项 A、C 正确。
2.(2019·江苏高考)质量为 M 的小孩站在质量为 m 的滑板上,小孩和滑板均处于静止状态,忽
略滑板与地面间的摩擦。小孩沿水平方向跃离滑板,离开滑板时的速度大小为 v,此时滑板的速
度大小为 ( )
A. v B. v C. v D. v
【解析】选 B。设滑板的速度为 u,由小孩和滑板动量守恒得:0=mu-Mv,解得:u= v,故 B 正
确,A、C、D 错误。
3.我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号”运载火箭成功发射硬 X 射线调制望远镜卫星“慧
眼”。假设将发射火箭看成如下模型:静止的实验火箭,总质量为 M=2100g,当它以对地速度为
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v0=840 m/s 喷出质量为 Δm=100 g 的高温气体后,火箭的对地速度为(喷出气体过程中重力和空
气阻力可忽略不计) ( )
A.42 m/s B.-42 m/s
C.40 m/s D.-40 m/s
【解析】选 B。取火箭及喷出的高温气体为系统,则火箭在向外喷气过程中满足动量守恒定律
0=Δmv0+(M-Δm)v,由此可得火箭的速度 v=- =-42 m/s。
4.如图所示,静止在光滑水平面上的木板,右端有一根轻质弹簧沿水平方向与木板相连,木板
质量 M=3 kg。质量 m=1 kg 的铁块以水平速度 v0=4 m/s,从木板的左端沿板面向右滑行,压缩弹
簧后又被弹回,最后恰好停在木板的左端。在上述过程中弹簧具有的最大弹性势能为 ( )
A.3 J B.4 J
C.6 J D.20 J
【解析】选 A。设铁块与木板速度相同时,共同速度大小为 v,铁块相对木板向右运动时,滑行
的最大路程为 L,摩擦力大小为 Ff。铁块相对于木板向右运动过程中,根据能量守恒得 m
=FfL+ (M+m)v2+Ep。铁块相对木板运动的整个过程中 m
=2FfL+ (M+m)v2,由动量守恒可知 mv0=(M+m)v。联立解得 Ep=3 J,A 正确。
5.(2019·舟山模拟)如图所示,小车静止在光滑的水平面上,将系绳小球拉开到一定角度,然
后同时放开小球和小车,那么在以后的过程中 ( )
A.小球向左摆动时,小车也向左运动,且系统动量守恒
B.小球向左摆动时,小车向右运动,且系统动量守恒
C.小球向左摆到最高点时,小球与小车瞬时速度均为零
- 3 -
D.在任意时刻,小球和小车在水平方向的动量一定大小相等、方向相同
【解析】选 C。小球与小车组成的系统在水平方向不受外力,竖直方向所受外力不为零,故系统
只在水平方向动量守恒,系统在水平方向上总动量为零,小球与车在水平方向上的动量大小相
等、方向相反,小球向左摆动时,小车向右运动,故选项 A、B 错误;小球向左摆到最高点时,小
球的速度为零而小车的速度也为零,故选项 C 正确;系统只在水平方向动量守恒,在任意时刻,
小球和小车在水平方向的动量一定大小相等、方向相反,故选项 D 错误。
6.A、B 两球之间压缩一根轻弹簧,静置于光滑水平桌面上。已知 A、B 两球质量分别为 2m 和
m。当用板挡住 A 球而只释放 B 球时,B 球被弹出落于距桌边距离为 x 的水平地面上,如图所示。
当用同样的程度压缩弹簧,取走 A 左边的挡板,将 A、B 同时释放时,B 球的落地点距桌边距离为
( )
A. B. x C.x D. x
【解析】选 D。当用板挡住小球 A 而只释放 B 球时,根据能量守恒:Ep= m ,根据平抛运动规
律有:x=v0t。当用同样的程度压缩弹簧,取走 A 左边的挡板,将 A、B 同时释放时,设 A、B 的速
度分别为 vA 和 vB,则根据动量守恒和能量守恒有:2mvA-
mvB=0,Ep= ·2m + m ,解得 vB= v0,B 球的落地点距桌边距离为 x′=vBt= x,选项 D
正确。
7.(多选)A、B 两物体在一水平长直气垫导轨上相碰,碰撞前物体 A 做匀速直线运动,物体 B 静
止不动,频闪照相机每隔 0.1 s 闪光一次,连续拍照多次,拍得如图所示的照片,不计两物体的
大小及两物体碰撞过程所用的时间,则由此照片可判断 ( )
A.第四次拍照时物体 A 在 100 cm 处
B.第四次拍照时物体 A 在 80 cm 处
C.mA∶mB=3∶1
- 4 -
D.mA∶mB=1∶3
【解析】选 A、D。碰撞前,物体 A 做匀速直线运动,可知物体 A 第三次在 90 cm 处,第四次在 100
cm 处,故 A 项正确,B 项错误;碰撞前,物体 A 的速度大小为 v0=
= m/s=4 m/s,方向向右,碰撞后,物体 A 的速度大小为 vA= = m/s=2 m/s,方向向左,
物体 B 的速度大小为 vB= = m/s=2 m/s,方向向右,取向右为正方向,根据动量守恒定律得
mAv0=-mAvA+mBvB,代入数据得 mA×4=-mA×2+mB×2,解得 mA∶mB
=1∶3,故 C 项错误,D 项正确。
8.(多选)(2019·杭州模拟)如图所示,三个完全相同且质量均为 m 的正方体叠放在水平面上;
锁定后正方体 2 的 4 个斜面均与水平方向成 45°角。若不计一切摩擦,解除锁定后,正方体 2
下落过程中未发生转动,下列说法正确的是 ( )
A.解除锁定前,正方体 2 对 1 的压力大小为 mg
B.正方体 2 落地前的速度与正方体 1 的速度总是大小相等
C.正方体 2 落地前,1、2、3 构成的系统机械能不守恒
D.正方体 2 落地前,1、2、3 构成的系统动量守恒
【解析】选 A、B。解除锁定前,对正方体 2 分析,由平衡知识可知:2Ncos45°=mg,解得 N=
mg,则正方体 2 对 1 的压力大小为 mg,选项 A 正确;由几何关系可知,正方体 2 落地前下落的
高度总等于正方体 1 向左移动的距离,可知正方体 2 落地前的速度与正方体 1 的速度总是大
小相等,选项 B 正确;正方体 2 落地前,1、2、3 构成的系统由于只有 2 的重力做功,则系统的机
械能守恒,选项 C 错误;正方体 2 落地前,1、2、3 构成的系统水平方向受合外力为零,则水平方
向动量守恒,选项 D 错误。
9.某同学用如图所示的装置“验证动量守恒定律”,其操作步骤如下:
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A.将操作台调为水平;
B.用天平测出滑块 A、B 的质量 mA、mB;
C.用细线将滑块 A、B 连接,滑块 A、B 紧靠在操作台边缘,使 A、B 间的弹簧处于压缩状态;
D.剪断细线,滑块 A、B 均做平抛运动,记录 A、B 滑块的落地点 M、N;
E.用刻度尺测出 M、N 距操作台边缘的水平距离 x1、x2;
F.用刻度尺测出操作台台面距地面的高度 h。
(1)上述步骤中,多余的步骤是__。
(2)如果动量守恒,须满足的关系是____(用测量量表示)。
【解析】取滑块 A 的初速度方向为正方向,两滑块的质量和平抛初速度大小分别为 mA、mB、v1、
v2,平抛运动的水平位移大小分别为 x1、x2,平抛运动的时间为 t。需要验证的方程为
0=mAv1-mBv2,又 v1= ,v2= ,代入得到 mAx1=mBx2,故不需要用刻度尺测出操作台台面距地面的
高度 h。所以多余的步骤是 F。
答案:(1)F (2)mAx1=mBx2
10.如图所示,长 R=0.6m 的不可伸长的细绳一端固定在 O 点,另一端系着质量 m2=0.1kg 的小球
B,小球 B 刚好与水平面相接触。现使质量 m1=0.3 kg 的物块 A 沿光滑水平面以 v0=4 m/s 的速度
向 B 运动并与 B 发生弹性正碰,A、B 碰撞后,小球 B 能在竖直平面内做圆周运动,已知重力加速
度 g 取 10 m/s2,A、B 均可视为质点,试求:
(1)在 A 与 B 碰撞后瞬间,小球 B 的速度 v2 的大小。
(2)小球 B 运动到最高点时对细绳的拉力大小。
【解析】(1)物块 A 与小球 B 碰撞时,由动量守恒定律和机械能守恒定律有:m1v0=
m1v1+m2v2
m1 = m1 + m2
- 6 -
解得碰撞后瞬间物块 A 的速度 v1=2 m/s
小球 B 的速度 v2=6 m/s
(2)碰撞后,设小球 B 运动到最高点时的速度为 v,则由机械能守恒定律有: m2 =
m2v2+2m2gR
又由向心力公式有:Fn=F+m2g=m2
由牛顿第三定律得小球 B 对细绳的拉力大小 F′=F=1 N。
答案:(1)6 m/s (2)1 N
【加固训练】
如图所示,在水平光滑直导轨上,静止着三个质量为 m=1 kg 的相同的小球 A、B、C。现让 A
球以 v0=2 m/s 的速度向 B 球运动,A、B 两球碰撞后粘在一起向右运动并与 C 球碰撞,C 球的最
终速度 vC=1 m/s。问:
(1)A、B 两球与 C 球相碰前的共同速度多大?
(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能?
【解析】(1)A、B 两球相碰,满足动量守恒定律,则有 mv0=2mv1
代入数据求得 A、B 两球跟 C 球相碰前的速度 v1=1 m/s
(2)A、B 两球与 C 球碰撞同样满足动量守恒定律,则有 2mv1=mvC+2mv2
相碰后 A、B 两球的速度 v2=0.5 m/s
两次碰撞损失的动能
ΔEk= m - (2m) - m =1.25 J
答案:(1)1 m/s (2)1.25 J
11.(2019·宁波模拟)在如图所示的足够长的光滑水平面上,有质量分别为 3 kg 和 1 kg 的甲、
乙两滑块,仅与甲拴接的轻弹簧压紧后处于静止状态。乙的右侧有一挡板 P。现将两滑块由静
止释放,当弹簧恢复原长时,甲的速度大小为 2 m/s,此时乙尚未与 P 相撞。
- 7 -
(1)求弹簧恢复原长时乙的速度大小;
(2)若乙与挡板 P 碰撞反弹后,不能再与弹簧发生碰撞,求挡板 P 对乙的冲量的最大值。
【解析】(1)当弹簧恢复原长时,设甲、乙的速度分别为 v1 和 v2,对两滑块及弹簧组成的系统,
设向左的方向为正方向,由动量守恒定律可得:
m1v1+m2v2=0
又知 v1=2 m/s
联立以上方程可得 v2=-6 m/s,方向向右。
(2)乙反弹后甲、乙刚好不发生碰撞,则说明乙反弹的速度最大为 v3=2 m/s
由动量定理可得,挡板对乙滑块冲量的最大值为:
I=m2v3-m2v2=1×2 N·s-1×(-6) N·s=8 N·s
答案:(1)6 m/s (2)8 N·s
12.如图甲所示,两条相距 l 的光滑平行金属导轨位于同一竖直面(纸面)内,其上端接一阻值
为 R 的电阻;在两导轨间 OO′下方区域内有垂直导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B。
现使电阻为 r、质量为 m 的金属棒 ab 由静止开始自 OO′位置释放,向下运动距离 d 后速度不
再变化。(棒 ab 与导轨始终保持良好的接触且下落保持水平,导轨电阻不计)
(1)求棒 ab 在向下运动距离 d 过程中回路产生的总焦耳热。
(2)棒 ab 从静止释放经过时间 t0 下降了 ,求此时刻的速度大小。
(3)如图乙在 OO′上方区域加一面积为 S 的垂直于纸面向里的均匀磁场 B′,棒 ab 由静止开
始自 OO′上方某一高度处释放,自棒 ab 运动到 OO′位置开始计时,B′随时间 t 的变化关系
为 B′=kt,式中 k 为已知常量;棒 ab 以速度 v0 进入 OO′下方磁场后立即施加一竖直外力使其
保持匀速运动。求在 t 时刻穿过回路的总磁通量和电阻 R 的电功率。
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【解析】(1)对闭合回路:I=
对 ab 棒,由平衡知识可知:mg=BIl
解得 vm=
由能量关系:mgd= m +Q
解得 Q=mgd-
(2)由动量定理可知:(mg-BIl)t0=mv
即 mgt0-Blq=mv
由 q=
解得 v=gt0-
(3)因为:Φ=Blv0t+ktS
由法拉第电磁感应定律可得:E= =Blv0+kS
I= ,P=I2R
解得 P= R
答案:(1)mgd-
(2)gt0-
(3)Blv0t+ktS R
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