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专题9.1动量和动量定理练解析版_04高考物理_新高考复习资料_2022年新高考复习资料_2022年高考物理一轮复习讲练测(新教材新高考)

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专题9.1动量和动量定理练解析版_04高考物理_新高考复习资料_2022年新高考复习资料_2022年高考物理一轮复习讲练测(新教材新高考)
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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。