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- 2021-05-28 发布
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第1章《动量守恒研究》单元测试
1.采取下列哪些措施有利于增大喷气式飞机的飞行速度 ( )
A.增大喷出气体的速度
B.增大喷出气体的温度
C.增大每秒钟喷出的气体的质量
D.减少喷出的气体密度
解析:忽略其他力的作用时,飞机和单位时间内的喷出的气体构成的系统总动量是
守恒的.设飞机质量为M,喷气后速度为v,单位时间内喷出的气体质量为m,速
度为v0,则(M-m)v-mv0=0,解得v==.可见A、C选项正确,B、D
选项错误.
答案:AC
2.一炮艇总质量为M,以速度v0匀速行驶,从艇上以相对海岸的水平
速度v沿前进方向射出一质量为m的炮弹,发射炮弹后艇的速度为v′,若不计水
的阻力,则下列各关系式中正确的是 ( )
A.Mv0=(M-m)v′+mv
B.Mv0=(M-m)v′+m(v+v0)
C.Mv0=(M-m)v′+m(v+v′)
D.Mv0=Mv′+mv
解析:根据动量守恒定律,可得Mv0=(M-m)v′+mv.
答案:A
3.如图1所示,在光滑水平面上放一个质量为M的斜面体,
质量为m的物体沿M的斜面由静止开始自由下滑,下列
说法中正确的是 ( )
A.M和m组成的系统动量守恒
B.M和m组成的系统动量不守恒
C.M和m组成的系统水平方向动量守恒
D.M和m组成的系统竖直方向动量守恒
解析:由M和m组成的系统水平方向上受到的合外力等于零,故水平方向上动量守
恒,但总动量不守恒.
答案:BC
4.有一条捕鱼小船停靠在湖边码头,小船又窄又长,一位同学想
用一个卷尺粗略测定它的质量,他进行了如下操作:首先将船平行码头自由停泊,
然后他轻轻从船尾上船,走到船头后停下,而后轻轻下船,用卷尺测出船后退的距
离d,然后用卷尺测出船长L.已知他自身的质量为m,则渔船的质量为 ( )
A. B.
C. D.
解析:如图所示,设该同学在时间t内从船尾走到船头,由动量
守恒定律知,人、船在该时间内的平均动量大小相等,即m=
M,又s人=L-d,得M=,故B正确.
答案:B
5.质量相等的A、B两球在光滑水平面上,沿同一直线,同一方向运动,A球的动量
pA=9 kg·m/s,B球的动量pB=3 kg·m/s.当A追上B时发生碰撞,则碰后A、B两球
的动量可能值是 ( )
A.pA′=6 kg·m/s,pB′=6 kg·m/s
B.pA′=8 kg·m/s,pB′=4 kg·m/s
C.pA′=-2 kg·m/s,pB′=14 kg·m/s
D.pA′=-4 kg·m/s,pB′=17 kg·m/s
解析:由动量守恒定律知D选项错误.碰撞前两物体的总动能Ek=+==.
对于A选项,Ek′==<Ek,又vA′==vB′,所以A正确.对于B选
项,碰后vA=,vB=,故vA>vB,这与实际情况不相符,B错.对于C选项,
Ek′==>Ek,C选项错误.
答案:A
6.如图2所示,完全相同的A、B两物块随足够长的水
平传送带按图中所示方向匀速运动.A、B间夹有少
量炸药,对A、B在炸药爆炸过程及随后的运动过程有
下列说法,其中正确的是 ( )
A.炸药爆炸后瞬间,A、B两物块速度方向一定相同
B.炸药爆炸后瞬间,A、B两物块速度方向一定相反
C.炸药爆炸过程中,A、B两物块组成的系统动量不守恒
D.A、B在炸药爆炸后至A、B相对传送带静止的过程中动量守恒
解析:炸药爆炸后,A物块的速度是否反向,取决于炸药对A物块的冲量大小与A
的初动量大小的关系,故A速度不一定反向,故A、B不正确;在炸药爆炸过程中
及以后直至A、B相对静止的过程中,A相对传送带向左运动,B相对传送带向右运
动,所受摩擦力方向相反,根据滑动摩擦力F=μFN和其方向可以确定A、B组成的
系统所受的合外力为零,满足动量守恒条件,故C项不正确,D项正确.
答案:D
7.如图3所示,物体A静止在光滑的水平面上,A的左边固
定有轻质弹簧,与A质量相等的物体B以速度v向A运
动并与弹簧发生碰撞,A、B始终沿同一直线运动,则
A、B组成的系统动能损失最大的时刻是 ( )
A.A开始运动时 B.A的速度等于v时
C.B的速度等于零时 D.A和B的速度相等时
解析:当B触及弹簧后减速,而物体A加速,当vA=vB时,A、B间距最小,弹簧
压缩量最大,弹性势能最大,由能量守恒知系统损失动能最多,故只有D对.
答案:D
8.如图4所示,在光滑的水平地面上有一辆平板车,车的
两端分别站着人A和B,A的质量为mA,B的质量为mB,
mA>mB,最初人和车都处于静止状态,现在,两人同时
由静止开始相向而行,A和B相对地面的速度大小相等,
则车 ( )
A.静止不动 B.向右运动
C.向左运动 D.左右往返运动
解析:设A的方向为正,系统动量为零,mAv-mBv+mv车=0,v车=,
故车向左运动.
答案:C
9.如图5所示,长木板A放在光滑的水平面上,质量为m=2 kg
的另一物体B以水平速度v0=2 m/s滑上原来静止的长木板A的表面,由于A、B间
存在摩擦,之后A、B速度随时间变化情况如图6所示,则下列说法正确的是( )
图5 图6
A.木板获得的动能为2 J
B.系统损失的机械能为4 J
C.木板A的最小长度为1 m
D.A、B间的动摩擦因数为0.1
解析:从图5可以看出,B做匀减速运动,A做匀加速运动,最后的共同速度为1 m/s,
系统动量守恒,mv0=(m+M)v,求得M=2 kg,木板获得的动能为1 J,系统损失的
动能为2 J,木板的最小长度是两者在1 s内的位移差为1 m,B运动的加速度为1
m/s2,动摩擦因数为0.1.故选项C、D正确.
答案:CD
10.获得了世界锦标赛冠军,这引起了人
们对冰壶运动的关注.冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程:如图7,
运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线OO′推到A点放手,此后冰壶沿
AO′滑行,最后停于C点.已知冰面和冰壶间的动摩擦因数为μ,冰壶质量为m,
AC=L,CO′=r,重力加速为g.
图7
(1)求冰壶在A点的速率;
(2)求冰壶从O点到A点的运动过程中受到的冲量大小;
(3)若将BO′段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为0.8μ,原本只能滑到C点的冰壶
能停于O′点,求A点与B点之间的距离.
解析:(1)对冰壶,从A点放手到停止于C点,设在A点时的速度为vA,应用动能
定理有:
-μmgL=0-mvA2解得vA=.
(2)对冰壶,从O到A,设冰壶受到的冲量为I,应用动量定理I=mvA-0,将vA代
入得I=m.
(3)设AB之间距离为s,对冰壶,从A到O′的过程,应用动能定理,-μmgs-0.8μmg(L
+r-s)=0-mvA2,将vA代入得s=L-4r.
答案:(1) (2)m (3)L-4r
11.如图8所示,光滑水平面上有A、B、C三个物块,
其质量分别为mA=2.0 kg,mB=mC=1.0 kg,现用一
轻弹簧将A、B两物块连接,并用力缓慢压缩弹簧使
A、B两物块靠近,此过程外力做功108 J(弹簧仍处于弹性限度范围内),然后同时释
放,弹簧开始逐渐变长,当弹簧刚好恢复原长时,C恰好以4 m/s的速度迎面与B发
生碰撞并瞬时粘连.求:
(1)弹簧刚好恢复原长时(B与C碰撞前),A和B物块速度的大小;
(2)当弹簧第二次被压缩时,弹簧具有的最大弹性势能.
解析:(1)设弹簧刚好恢复原长时,A和B物块速度的大小分别为vA、vB,由题意可
知:
mAvA-mBvB=0
mAvA2+mBvB2=Ep
联立解得vA=6 m/s vB=12 m/s
(2)当弹簧第二次被压缩到最短时,弹簧具有的弹性势能最大,此时A、B、C具有相
同的速度,设此速度为v
mCvC=(mA+mB+mC)v
所以v=1 m/s
C与B碰撞,设碰后B、C粘连时的速度为v′
mBvB-mCvC=(mB+mC)v′
v′=4 m/s
故弹簧第二次被压缩到最短时,弹簧具有的最大弹性势能为:Ep′=mAvA2+(mB
+mC)v′2-(mA+mB+mC)v2=50 J.
答案:(1)6 m/s 12 m/s (2)50 J
12.如图9所示,水平地面上静止放置着物块B和C,相距l=1.0 m.物
块A以速度v0=10 m/s沿水平方向与B正碰.碰撞后A和B牢固地粘在一起向右运
动,并再与C发生正碰,碰后瞬间C的速度v=2.0 m/s.已知A和B的质量均为m,
C的质量为A质量的k倍,物块与地面间的动摩擦因数μ=0.45.(设碰撞时间很短,g
取10 m/s2)
图9
(1)计算与C碰撞前瞬间AB的速度;
(2)根据AB与C的碰撞过程分析k的取值范围,并讨论与C碰撞后AB的可能运动
方向.
解析:(1)设物块A、B的质量分别为mA和mB,A与B发生完全非弹性碰撞后的共
同速度为v1.取向右为速度正方向,由动量守恒定律
mAv0=(mA+mB)v1 ①
v1=v0=5.0 m/s
设AB运动到C时的速度为v2,由动能定理
(mA+mB)v22-(mA+mB)v12=-μ(mA+mB)g l ②
v2==4.0 m/s. ③
(2)设与C碰撞后AB的速度为v3.碰撞过程中动量守恒,有
(mA+mB)v2=(mA+mB)v3+mCv ④
碰撞过程中,应有碰撞前的动能大于或等于碰撞后的动能,即
(mA+mB)v22≥(mA+mB)v32+mCv2 ⑤
由④式,得
v3==(4-k) m/s ⑥
联立⑤和⑥式,得k≤6
即:当k=6时,碰撞为弹性碰撞;当k<6时,碰撞为非弹性碰撞.
碰撞后AB向右运动的速度不能大于C的速度.由⑥式,
得4-k≤2
故k≥2
所以k的合理取值范围是6≥k≥2
综上得到:
当取k=4时,v3=0,即与C碰后AB静止
当取4>k≥2时,v3>0,即与C碰后AB继续向右运动
当取6≥k>4时,v3<0,即碰后AB被反弹向左运动.
答案:(1)4.0 m/s (2)2≤k≤6 当k=4时,碰后AB静止;当4>k≥2时AB向右
运动;当6≥k>4时AB向左运动