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专题9.1 动量和动量定理【练】
目录
一.练经典题型.............................................................................................................................................................1
二、练创新情景.............................................................................................................................................................3
三.练规范解答.............................................................................................................................................................6
一.练经典题型
1.(2021·山东九校上学期期末)物理学科核心素养第一要素是“物理观念”,下列“物理观念”中正确的是(
)
A.做曲线运动的物体,动量的变化率一定改变
B.合力对物体做功为零,则合力的冲量也一定为零
C.做匀变速运动的物体,任意时间内的动量变化量的方向是相同的
D.做圆周运动的物体,经过一个周期,合力的冲量一定为零
【答案】 C
【解析】 匀变速曲线运动中,物体动量的变化率恒定,选项A错误;合力做功为零说明力可能与位移相
互垂直,或初末速度大小相等方向不同,但只要有力有时间则一定有冲量,故冲量不一定为零,选项 B错
误;匀变速运动中,合力恒定,物体的动量变化量的方向与受到的合力同向保持不变,选项 C正确;做变
速圆周运动的物体,经过一个周期,动量的变化量不一定为零,由动量定理知合力的冲量不一定为零,选
项D错误。
2.(2021·泉州模拟)在一光滑的水平面上,有一轻质弹簧,弹簧一端固定在竖直墙壁上,另一端紧靠着一物
体A,已知物体A的质量m=4 kg,如图所示。现用一水平力F作用在物体A上,并向左压缩弹簧,力F
做功50 J后(弹簧仍处在弹性限度内),突然撤去力F,物体A从静止开始运动。则当撤去力F后,弹簧弹
力对物体A的冲量大小为( )
A.20 N·s B.50 N·s
C.25 N·s D.40 N·s
【答案】A
【解析】根据题意知,撤去力F时,弹簧具有的弹性势能为E=50 J,根据机械能守恒定律得E=mv2,解
p p
得物体A离开弹簧的速度为v=5 m/s,根据动量定理得I=mv-0=4×5 N·s=20 N·s,A正确,B、C、D错
误。3.(多选)(2021·湖南衡阳八中二模)质量为2 kg的物块放在粗糙水平面上,在水平拉力的作用下由静止开始
运动,物块的动能E 与其位移x之间的关系如图所示。已知物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10
k
m/s2,则下列说法正确的是( )
A.x=1 m时物块的速度大小为2 m/s
B.x=3 m时物块的加速度大小为1.25 m/s2
C.在前2 m的运动过程中物块所经历的时间为2 s
D.在前4 m的运动过程中拉力对物块做的功为25 J
【答案】BCD
【解析】根据图象知,x=1 m时,物块的动能为2 J,由mv2=2 J,解得v= m/s,故A错误;对x=2 m到
x=4 m的过程运用动能定理,有 F Δx=ΔE ,解得F =2.5 N,则物块的加速度 a== m/s2=1.25
合2 k 合2
m/s2,故B正确;对前2 m的运动过程运用动能定理得F Δx′=ΔE′ ,解得F =2 N,则物块的加速度a′
合1 k 合1
== m/s2=1 m/s2,末速度v′== m/s=2 m/s,根据v′=a′t得t=2 s,故C正确;对全过程运用动能定理得
W -μmgx=ΔE″ ,解得W =25 J,故D正确。
F k F
4.用水平力拉一物体,使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动,t 时刻撤去拉力F,物体做匀减
1
速直线运动,到t 时刻停止。其速度—时间图象如图所示,且 α>β,若拉力F做的功为W ,冲量大小为
2 1
I;物体克服摩擦阻力F做的功为W,冲量大小为I。则下列选项正确的是( )
1 f 2 2
A.W> W;I>I B.W< W;I>I
1 2 1 2 1 2 1 2
C.W< W;I<I D.W=W;I=I
1 2 1 2 1 2 1 2
【答案】 D
【解析】 全过程由动能定理得W-W=0,W=W,由动量定理得I-I=0,I=I,故D正确。
1 2 1 2 1 2 1 2
5.(2021·北京市丰台区二模)将一物体以某一初速度沿竖直方向向上抛出。p表示物体的动量,表示物体的动
量变化率,取竖直向下为正方向,忽略空气阻力。则下图中正确的是( )
【答案】 C【解析】 取竖直向下为正方向,动量p=mv=m=-mv+mgt,mv、mg是定值,故动量和时间的关系图
0 0
应为截距为负、斜率为正的直线,故A、B错误;动量的变化量Δp=mgΔt,解得=mg,mg是定值,故不
随时间变化,故C正确,D错误。
6.(2021·玉溪一中月考)如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,a、b、c、d位于同一圆
周上,a点为圆周的最高点,d点为最低点。每根杆上都套着一个完全相同的小滑环(图中未画出),三个滑
环分别从a、b、c点无初速度释放,下列关于它们下滑过程的说法中正确的是( )
A.重力对各环的冲量中a的最大
B.弹力对各环的冲量中c的最大
C.合力对各环的冲量大小相等
D.各环的动能增量相等
【答案】B
【解析】设任一细杆与竖直方向的夹角为α,环运动的时间为t,圆周的直径为D。则环的加速度大小为a
=gcos α。由位移公式得Dcos α=at2=gt2cos α,得到t=,所以三个环的运动时间相同,由于三个环的重
力相等,运动时间相同,由公式I=Ft分析可知,重力对各环的冲量相等,A错误;弹力F =mgsin α,则
N
c环受到的弹力最大,三个环的运动时间相等,则弹力对 c环的冲量最大,B正确;a环的加速度最大,受
到的合力最大,则合力对a环的冲量最大,C错误;重力对a环做功最多,其动能的增量最大,D错误。
7.如图所示,质量为m的物体,在大小确定的水平外力F作用下,以速度v沿水平面匀速运动,当物体运
动到A点时撤去外力F,物体由A点继续向前滑行的过程中经过B点,则物体由A点到B点的过程中,下
列说法正确的是 ( )
A.v越大,摩擦力对物体的冲量越大,摩擦力做功越多
B.v越大,摩擦力对物体的冲量越大,摩擦力做功与v的大小无关
C.v越大,摩擦力对物体的冲量越小,摩擦力做功越少
D.v越大,摩擦力对物体的冲量越小,摩擦力做功与v的大小无关
【答案】D
【解析】由题知,物体所受的摩擦力F=F,且为恒力,由A到B的过程中,v越大,所用时间越短,I=
f f
Ft越小;因为W=F·,故W与v无关。选项D正确。
f f
8.(2021·黑龙江省实验中学开学考试)某物体的v-t图象如图所示,下列说法正确的是( )A.0~t 和t~t,合力做功和冲量都相同
1 2 3
B.t~t 和t~t,合力做功和冲量都相同
1 2 3 4
C.0~t 和t~t,合力做功和冲量都相同
2 2 4
D.0~t 和t~t,合力做功和冲量都相同
1 3 4
【答案】 C
【解析】 0~t 内动能的变化量为mv,动量变化量为mv ;t ~t 内动能变化量为mv,动量变化量为-
1 0 2 3
mv ,根据动能定理可知这两段时间内合力做功相等,根据动量定理知合力的冲量不同,故 A错误;t ~t
0 1 2
内动能变化量为0-mv=-mv,动量变化量为0-mv =-mv ,t ~t 内动能变化量为0-mv=-mv,动量
0 0 3 4
变化量为0-=mv 。则知动能变化量相同,而动量变化量不同,所以合力做功相等,合力的冲量不同,故
0
B错误;0~t 和t ~t 内动能变化量均为0,动量变化量均为0,根据动能定理和动量定理得知合力的功和
2 2 4
冲量都相同,故C正确;由上分析得知:0~t 和t ~t 内动能变化量不同,动量变化量相同,故合力的功
1 3 4
不相同,合外力的冲量相同,故D错误。
9.(2021·赣州一模)一位质量为m的运动员从下蹲状态向上跳起,经Δt时间,身体伸直并刚好离开地面,
速度为v。在此过程中 ( )
A.地面对他的平均作用力为mg+,地面对他做的功为mv2
B.地面对他的平均作用力为mg+,地面对他做的功为零
C.地面对他的平均作用力为,地面对他做的功为mv2
D.地面对他的平均作用力为,地面对他做的功为零
【答案】B
【解析】人的速度原来为零,起跳后变为v,则由动量定理可得I-mgΔt=Δ(mv)=mv,故地面对人的冲量
为mv+mgΔt;则地面对人的平均作用力F==mg+,人在跳起时,地面对人的支持力竖直向上,在跳起
过程中,在支持力方向上没有位移,地面对运动员的支持力不做功,故B项正确,A、C、D三项错误。
10.(2021·陕西宝鸡市高考模拟检测(二))如图所示,在倾角为30°的足够长的光滑固定斜面上有一质量为m
的物体,它受到沿斜面方向的力F的作用。力F可按如图所示的四种方式随时间变化(图中纵坐标是F与
mg的比值,力沿斜面向上为正)。已知此物体在t=0时速度为零,若用v 、v 、v 、v 分别表示上述四种受
1 2 3 4
力情况下物体在3 s末的速率,则这四个速度中最大的是( )A B
C D
【答案】C
【解析】根据动量定理分别研究四种情况下物体的速率。取t =1 s,A图中:mgsin 30°·3t +F·2t -Ft =
0 0 0 0
mv ,得v =20 m/s;B图中:mgsin 30°·3t -Ft +Ft =mv ,得v =15 m/s;C图中:mgsin 30°·3t +F·2t =
1 1 0 0 0 2 2 0 0
mv,得v=25 m/s;D图中:mgsin 30°·3t+F·2t-F′t=mv,得v=15 m/s。故选项C正确。
3 3 0 0 0 4 4
二、练创新情景
1.(2021·山东潍坊市第二次高考模拟)灌浆机可以将涂料以速度v持续喷在墙壁上,涂料打在墙壁上后完全
附着在墙壁上。涂料的密度为ρ,墙壁上涂料厚度每秒增加u,不计涂料重力的作用,则喷涂料对墙产生的
压强为( )
A.ρuv B.
C. D.
【答案】 A
【解析】 在涂料持续飞向墙壁并不断附着在墙壁上的过程中,涂料小颗粒的速度从v变为0,其动量的
变化缘于墙壁对它的冲量,设在时间Δt内喷到墙壁上面积为ΔS,涂料增加的厚度为h。以质量为Δm的涂
料为研究对象,墙壁对它的作用力设为F,由动量定理知FΔt=Δmv,又p=,Δm=ρΔSh,h=uΔt,联立可
得p=ρuv,故A正确,B、C、D错误。
2. (多选)(2021·1月河北学业水平选择性考试模拟演练,7)游乐场滑索项目的简化模型如图6所示,索道
AB段光滑,A点比B点高1.25 m,与AB段平滑连接的BC段粗糙,长4 m。质量为50 kg的滑块从A点由
静止下滑,到B点进入水平减速区,在C点与缓冲墙发生碰撞,反弹后在距墙1 m的D点停下。设滑块与
BC段的动摩擦因数为0.2,规定向右为正方向。g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A.缓冲墙对滑块的冲量为-50 N·sB.缓冲墙对滑块的冲量为-250 N·s
C.缓冲墙对滑块做的功为-125 J
D.缓冲墙对滑块做的功为-250 J
【答案】 BC
【解析】弹运动到D点的过程,根据动能定理有:-μmgx =0-mv,代入数据解得v =3 m/s,v =2
CD 1 2
m/s。滑块与缓冲墙作用的过程中,根据动量定理有 I=-mv -mv ,代入数据,得I=-250 N·s,故A错
2 1
误,B正确;根据动能定理有:W=mv-mv,代入数据得W=-125 J,故C正确,D错误。
3.(多选)(2021·广东汕头市第一次模拟)科研人员在太空进行实验,用质量为m的宇宙飞船去对接前方的火
箭组,对接后整体保持匀速运动。然后开动飞船尾部的推进器,使飞船和火箭组共同加速。若推进器开动
的时间为Δt,平均推力为F,测出飞船和火箭的速度变化为Δv,下列说法正确的是( )
A.飞船和火箭组的机械能守恒
B.火箭组的质量M=-m
C.飞船对火箭组的弹力大小为F
D.飞船对火箭组的弹力大小为F-m
【答案】 BD
【解析】 飞船和火箭组受推力作用而加速运动,则机械能增加,选项A错误;对飞船和火箭组由动量定
理FΔt=(M+m)Δv,可得火箭组的质量M=-m,选项B正确;对火箭组,由牛顿第二定律得F =Ma=M
1
=F-m<F,选项C错误,D正确。
4.(2021·山东青岛市上学期期末)2020年8月11日超强台风“利奇马”登陆青岛,导致部分高层建筑顶部的
广告牌损毁。台风“利奇马”登陆时的最大风力为 11级,最大风速为30 m/s。某高层建筑顶部广告牌的尺
寸为:高5 m、宽20 m,空气密度ρ=1.2 kg/m3,空气吹到广告牌上后速度瞬间减为0,则该广告牌受到的
最大风力约为( )
A.3.9×103 N B.1.1×105 N
C.1.0×104 N D.9.0×104 N
【答案】 B
【解析】 广告牌的面积S=5×20 m2=100 m2,设t时间内吹到广告牌上的空气质量为m,则有m=ρSvt,根据动量定理有-Ft=0-mv=0-ρSv2t,得F=ρSv2 ,代入数据解得F=1.1×105 N,故B正确,A、C、D
错误。
5.(多选)[2021·山西太原市模拟(一)]如图所示,从P点以水平速度v将小皮球抛向固定在地面上的塑料筐,
小皮球恰好能够入筐。不考虑空气阻力,则小皮球在空中飞行的过程中( )
A.在相等的时间内,皮球动量的改变量相同
B.在相等的时间内,皮球动能的改变量相同
C.下落相同的高度,皮球动量的改变量相同
D.下落相同的高度,皮球动能的改变量相同
【答案】AD
【解析】根据动量定理可得,皮球动量的改变量相同,故A正确;在相等的时间间隔内,皮球下落的高度
不同,故重力做的功不相等,由动能定理知皮球动能的改变量不同,故 B错误;下落相同的高度,时间并
不相等,故皮球受到的重力的冲量不相等,由动量定理知皮球动量的增量不相同,故 C错误;下落相同的
高度,重力做功均为mgh,由动能定理知,小球动能的增量相同,故D正确。
6.(多选)(2021·山东省等级考试模拟卷)第二届进博会于2020年11月在上海举办,会上展出了一种乒乓球
陪练机器人,该机器人能够根据发球人的身体动作和来球信息,及时调整球拍将球击回。若机器人将乒乓
球以原速率斜向上击回,球在空中运动一段时间后落到对方的台面上,忽略空气阻力和乒乓球的旋转。下
列说法正确的是( )
A.击球过程合力对乒乓球做功为零
B.击球过程合力对乒乓球的冲量为零
C.在上升过程中,乒乓球处于失重状态
D.在下落过程中,乒乓球处于超重状态
【答案】 AC
【解析】 击球过程乒乓球以原速率击回,动能不变,根据动能定理,合力对乒乓球做功为零,速度方向
改变,速度变化量不为零,根据动量定理,合力对乒乓球的冲量不为零,故选项A正确,B错误;在上升
和下落过程中,乒乓球都只受到重力作用,加速度方向竖直向下,所以处于失重状态,故选项C正确,D
错误。
7.(2021·湖南师大附中模拟)我国航天事业持续飞速发展,2019年1月,“嫦娥四号”飞船在太阳系最大的撞击坑内靠近月球南极的地点着陆月球背面。假设有一种宇宙飞船利用离子喷气发动机加速起飞。发动机
加速电压为U,喷出二价氧离子,离子束电流为I,那么下列结论正确的是(基本电荷为e,原子质量单位为
m,飞船质量为M)( )
0
A.喷出的每个氧离子的动量p=2eU
B.飞船所受到的推力为F=4I
C.飞船的加速度为a=
D.推力做功的功率为2MeU
【答案】B
【解析】对于每个氧离子,根据动能定理得qU=mv2,动量为p=,其中q=2e,m=16m ,故p=8,故A
0
错误;设在Δt时间内喷出N个氧离子,飞船受到的推力为F=N==,其中=I,q=2e,m=16m ,所以F
0
=4I,a=,故B正确,C错误;功率的单位是J·s-1,而2MeU的单位是kg·J,故D错误。
8.(多选)(2021·福建龙岩市连城县第一中学月考)如图,完全相同的均匀水球紧挨在一起水平排列,子弹在
水球中沿水平方向做匀变速直线运动,恰好能穿出第4个水球,下列说法正确的是( )
A.子弹在每个水球中的速度变化量相同
B.子弹在每个水球中的动能变化量相同
C.子弹在每个水球中运动的时间相同
D.每个水球对子弹的冲量不同
【答案】 BD
【解析】 设子弹穿过每个水球的距离为d,子弹在水球中做匀减速直线运动,穿出第 4个水球时,其末
速度为零,我们可以把子弹的运动视为反向的初速度为零的匀加速直线运动,则子弹穿过最后 1个、最后
2个、最后3个、全部的4个水球的位移大小分别为d、2d、3d、4d,根据x=at2知,这4段位移对应的时
间之比为1∶∶∶2,所以子弹在每个水球中运动的时间不同,子弹在水球中沿水平方向做匀变速直线运动,则
子弹在每个水球中加速度相同,受力相同,由Δv=at及子弹在每个水球中运动的时间不同可知,子弹在每
个水球中速度的变化量不同,选项A、C错误;子弹在每个水球中受力是相同的,运动的位移相同,所以
子弹受到的阻力对子弹做的功相等,根据动能定理 ΔE =W=Fd,可知子弹在每个水球中的动能变化量相
k
同,选项B正确;子弹在每个水球中受力是相同的,运动的时间不同,冲量 I=Ft,可知每个水球对子弹
的冲量不同,选项D正确.
9.(2021·山西晋中市模拟)质量相等的A、B两物体放在同一水平面上,分别受到水平拉力F 、F 的作用从
1 2
静止开始做匀加速直线运动.经过时间t 和4t 速度分别达到2v 和v 时,分别撤去F 和F ,两物体都做匀
0 0 0 0 1 2
减速直线运动直至停止.两物体速度随时间的变化图线如图所示.设 F 和F 对A、B两物体的冲量分别为
1 2
I 和I,F 和F 对A、B两物体做的功分别为W 和W,则下列结论正确的是( )
1 2 1 2 1 2A.I∶I=12∶5,W∶W=6∶5
1 2 1 2
B.I∶I=6∶5,W∶W=3∶5
1 2 1 2
C.I∶I=3∶5,W∶W=6∶5
1 2 1 2
D.I∶I=3∶5,W∶W=12∶5
1 2 1 2
【答案】 C
【解析】 由题图可知,两物体匀减速运动的加速度大小相等,根据牛顿第二定律,匀减速运动过程中有
F=ma,则摩擦力大小相等.对全过程应用动量定理,有 I-Ft=0,则I =F·3t ,I =F·5t ,故I∶I =
f f 1 f 0 2 f 0 1 2
3∶5;对全过程运用动能定理得:W-Fx=0,得W=Fx,v-t图线与时间轴所围成的面积表示物体运动的
f f
位移,则位移之比为6∶5,整个运动过程中F 和F 做功之比为W∶W=x∶x=6∶5,故C正确.
1 2 1 2 1 2
10.(2021·江苏吴江中学月考)如图所示 ,武装直升机的旋翼桨盘面积(桨叶旋转形成的圆面面积)为S,空
气密度为ρ,直升机质量为m,重力加速度为g.当直升机向上匀速运动时,假设空气阻力恒为 f,空气浮力
不计,风力的影响也不计,下列说法正确的是( )
A.直升机悬停时受到的升力大小为mg+f
B.直升机向上匀速运动时,1 s内被螺旋桨推动的空气质量为
C.直升机向上匀速运动时,1 s内被螺旋桨推动的空气质量为
D.直升机向上匀速运动时,1 s内发动机做的功为
【答案】 C
【解析】 根据平衡条件可得直升机悬停时受到的升力大小为 mg,故A错误;Δt时间内被螺旋桨推动的
空气的质量为Δm′=ρSvΔt,螺旋桨对空气的作用力大小F=,Δp=Δm′v,由牛顿第三定律知空气对螺旋桨
的作用力大小F′=F,为使飞机向上匀速运动,有F′=mg+f,联立解得v=,1 s内被螺旋桨推动的空气质
量为M=ρSv=ρS=,故B错误,C正确;由动能定理可得1 s内发动机所做的功为W=Mv2=,故D错误.
三.练规范解答
1.在水平力F=30 N的作用下,质量m=5 kg的物体由静止开始沿水平面运动.已知物体与水平面间的动
摩擦因数μ=0.2,若F作用6 s后撤去,撤去F后物体还能向前运动多长时间才停止?(g取10 m/s2)
【答案】 12 s
【解析】 解法一 用动量定理,分段求解.
选物体为研究对象,对于撤去F前物体做匀加速运动的过程,始态速度为零,终态速度为 v.取水平力F的
方向为正方向,根据动量定理有(F-μmg)t=mv-0,
1
对于撤去F后物体做匀减速运动的过程,始态速度为v,终态速度为零.根据动量定理有-μmgt=0-mv.
2
联立解得t=t=×6 s=12 s.
2 1解法二 用动量定理,研究全过程.
选物体作为研究对象,研究整个运动过程,这个过程的始、末状态物体的速度都等于零.
取水平力F的方向为正方向,根据动量定理得
(F-μmg)t+(-μmg)t=0
1 2
解得t=t=×6 s=12 s.
2 1
2.(2021·怀化质检)一辆轿车强行超车时,与另一辆迎面驶来的轿车相撞,两车相撞后,两车车身因相互挤
压,皆缩短了0.5 m,据测算两车相撞前速率约为30 m/s,则:
(1)试求车祸中车内质量约60 kg的人受到的平均冲力是多大?
(2)若此人系有安全带,安全带在车祸过程中与人体的作用时间是1 s,求这时人体受到的平均冲力为多大?
【答案】 (1)5.4×104 N (2)1.8×103 N
【解析】(1)两车相撞时认为人与车一起做匀减速运动直到停止,位移为0.5 m。
设运动的时间为t,根据x=t得,t== s。
根据动量定理Ft=Δp=mv 得,F== N=5.4×104 N。
0
(2)若人系有安全带时,F′== N=1.8×103 N。
3.(2021·辽宁葫芦岛六校协作体联考)如图所示,质量m 为4.0 kg的木板A放在水平面C上,木板与水平面
A
间的动摩擦因数μ为0.24,木板右端放着质量m 为1.0 kg的小物块B(视为质点),它们均处于静止状态,
B
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E 为8.0
kA
J,小物块的动能E 为0.50 J,重力加速度取10 m/s2,求:
kB
(1)瞬时冲量作用结束时木板的速度v 的大小;
0
(2)木板的长度L。
【答案】 (1)3.0 m/s (2)0.50 m
【解析】木板受到瞬时冲量作用后获得初动量,此后A、B相对运动,B在摩擦力作用下做加速运动,A在
B的反作用力及C的摩擦力作用下做减速运动,最终B从A上掉下来。
(1)设水平向右为正方向,有I=m v
A 0
代入数据解得v=3.0 m/s。
0
(2)设A对B、B对A、C对A的滑动摩擦力的大小分别为F 、F 和F ,其中F =μ(m +m )g=12 N,B
AB BA CA CA A 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v 和v ,由动量定理得
A B
-(F +F )t=m v -m v
BA CA A A A 0
F t=m v
AB B B
其中F =F ,E =m v=8.0 J,E =m v=0.50 J
AB BA kA A kB B
设A、B相对于C的位移大小分别为x 和x ,由动能定理得-(F +F )x =m v-m v
A B BA CA A A A
F x =E
AB B kB
木板A的长度L=x -x
A B
代入数据解得L=0.50 m。