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第24 讲 动量、冲量和动量定理
目录
01 课标达标
练.................................................................................................................................................................................2
题型01 动量和动量变化量的计算..........................................................................................................................2
题型02 冲量的计算..................................................................................................................................................3
题型03 应用动量定理求平均冲力.......................................................................................................................3
题型04 应用动量定理解释生活现象................................................................................................................4
题型05 动量定理用于求解多过程问题................................................................................................................4
题型06 流体类柱状模型..........................................................................................................................................4
题型07 微粒类柱状及其他模型.........................................................................................................................5
02 核心突破练.......................................................................................................................................................9
03 真题溯源练.....................................................................................................................................................11
1
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01 动量和动量变化量的计算
1.(2025·福建南平·模拟预测)甲、乙两车在同一平直公路上行驶。
时,甲车司机发现乙车在正前方
同方向行驶,立刻采取制动措施(不计反应时间)。甲车运动过程中的动量-时间(
)图像如图(a)
所示,乙车运动的位移-时间(
)图像如图(b)所示,已知甲车的质量为
,且甲车恰好未撞
上乙车。则( )
A.乙车做匀加速直线运动
B.甲车制动过程中所受合外力大小为
C.甲车恰好未撞上乙车的时刻为
D.
时刻,甲、乙两车相距
【答案】D
【详解】AB.由
图可知甲车初速度为
5s 减速为0,则甲车加速度为
合外力大小为为
由
图可知乙车做5m/s 的匀速直线运动,故AB 错误;
CD.当甲乙车速度相等时,两车恰好不撞,则有
2
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解得
位移间的关系为
解得
故C 错误,D 正确。
2.(2023·福建龙岩·模拟预测)如图甲所示,一质量为1kg 的物体在t=0 时受到拉力F 的作用,由静止开
始竖直向上做加速直线运动,其运动时的a-t 图象如图乙所示,已知重力加速度,g=10m/s2,空气阻力忽略
不计,下列说法正确的是( )
A.在t=4s 时,拉力F 为12N
B.在t=4s 时,物体克服重力做功的功率为60W
C.在0~4s 时间内,物体的动量改变量的大小为46kg. m/s
D.在0~4s 时间内,拉力F 对物体做的功为18J
【答案】AB
【详解】A.在t=4s 时,加速度为a=2m/s2,则拉力
F=mg+ma=12N
选项A 正确;
B.根据Δv=aΔt 可知a-t 图象中,图象与坐标轴围成的面积表示速度的增量,则在t=4s 时,物体的速度
在t=4s 时,物体克服重力做功的功率为
选项B 正确;
C. 在0~4s 时间内,物体的动量改变量的大小为
选项C 错误;
D. 在0~4s 时间内,根据动能定理得
3
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整理得
选项D 错误。
故选AB
02 冲量的计算
3.(2023·福建莆田·模拟)新能源环保汽车在设计阶段要对各项性能进行测试。某次测试中,质量为
1500kg 的汽车在水平路面上由静止开始做直线运动,其牵引力F 随时间t 的变化关系如图所示。已知汽车
所受阻力恒定,第14s 后做匀速直线运动。第3s 末汽车的加速度为 m/s2,第15s 末汽车牵引
力的功率为 W。
【答案】 2 1.28×104
【详解】第14s 后做匀速直线运动,可知
f=F3=1600N
第3s 末汽车的加速度为
0-15s 内由动量定理
解得
v=8m/s
4
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汽车牵引力的功率为
P=F3v=1600×8W=1.28×104W
4.(2024·福建漳州·一模)在巴黎奥运会上,中国跳水梦之队首次包揽八金。如图甲所示,在某次跳水比
赛中,假设运动员入水前做竖直上抛运动,从离开跳板瞬间开始计时,取竖直向下为正方向,该运动员重
心的竖直速度随时间变化的图像如图乙所示,其中
部分为直线。则( )
A.
时刻运动员离水面最高
B.
时刻运动员离水面最高
C.
时刻运动员所受重力瞬时功率最大
D.
运动员所受重力冲量为零
【答案】A
【详解】AB.由乙图可知,
时刻运动员向上减速到零,故
时刻运动员离水面最高,故A 正确,B 错
误;
C.由乙图可知,
时刻运动员的速度为零,故此时的重力瞬时功率为零,故C 错误;
D.根据
可知
运动员所受重力冲量不为零,故D 错误。
故选A。
5
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03 应用动量定理求平均冲力
5.(2023·福建厦门·二模)鼓浪屿原名“圆沙洲”,因岛西南有一海蚀岩洞受浪潮冲击时声如擂鼓,故自
明朝起雅化为今称的“鼓浪屿”,现为中国第52 项世界遗产项目。某次涨潮中,海浪以5m/s 的速度垂直
撞击到一平直礁石上,之后沿礁石两侧流走,已知礁石受冲击的面积为2m2,海水的密度为
1.05×103kg/m3,则海浪对礁石的冲击力约为( )
A.1.05×104N
B.5.25×104N
C.7.88×104N
D.2.63×105N
【答案】B
【详解】设
时间内与墙壁碰撞的水的质量为
取水的运动方向为正方向,在碰撞过程中,对
时间内的水,在水平方向根据动量定理有
联立解得
根据牛顿第三定律可知海浪对礁石的冲击力约为
。
故选B。
6.(2024·福建福州·模拟预测)近年来我国生产的多款智能手机都有加速度传感器,用手托着手机,迅速向
下运动,然后停止,手机APP 记录的加速度a 随时间t 变化的图像如图所示,则下列说法正确的是
( )
A.t2时刻手机在最低点
B.t3时刻手机压力最大
C.从t1到t3这段时间手受的压力先减小后增大
D.从t1到t3这段时间手机所受合力冲量为零
【答案】BD
【详解】B.根据牛顿第二定律,手机加速度向上并且加速度最大时,手给手机的作用力最大,即t3时刻
手受到的压力最大,故B 正确;
6
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A.手机停止时,位置最低,根据图像与t 轴围成面积表示速度可知t4时刻手机在最低点,故A 错误;
C.从t1到t2时间段,加速度向下,根据牛顿第二定律可得
加速度逐渐变小,可知手对手机的支持力变大,t2到t3时间段,加速度向上,根据牛顿第二定律可得
加速度逐渐变大,则手对手机的支持力逐渐变大,可知从t1到t3这段时间手对手机支持力一直变大,根据
牛顿第三定律可知手受的压力一直增大,故C 错误;
D.从t1到t3这段时间图像与t 轴围成面积为零,可知从t1到t3这段时间手机的速度变化量为零,动量的变
化量为零,根据动量定理可得所受合力冲量为零,故D 正确。
故选BD。
04 应用动量定理解释生活现象
7.(2022·福建·模拟预测)以下说法中正确的是( )
A.跳远要跳到沙坑中是为了减小人所受到的冲量
B.沙发包海绵后坐着不动时比较舒服,是因为减小了人对沙发的压力
C.汽车安全气囊在发生事故时弹开是为了减小人受到的撞击力
D.足球守门员要带手套是为了减小接球时手受到的冲量
【答案】C
【详解】A.跳远要跳到沙坑中所受到的冲量没有减小,缓冲时间变长,作用力变小,故A 错误;
B.发包海绵后坐着不动时比较舒服,是因人受到的支持力分布面积大,故B 错误;
C.汽车安全气囊在发生事故时弹开增加了缓冲时间,是为了减小人受到的撞击力,故C 正确;
D.足球守门员要带手套没有减少接球时手受到的冲量,是增加了缓冲时间减小了作用力,故D 错误。
故选C。
8.(2022·北京·高考真题)“雪如意”是我国首座国际标准跳台滑雪场地。跳台滑雪运动中,裁判员主要
根据运动员在空中的飞行距离和动作姿态评分。运动员在进行跳台滑雪时大致经过四个阶段:①助滑阶段,
运动员两腿尽量深蹲,顺着助滑道的倾斜面下滑;②起跳阶段,当进入起跳区时,运动员两腿猛蹬滑道快
速伸直,同时上体向前伸展;③飞行阶段,在空中运动员保持身体与雪板基本平行、两臂伸直贴放于身体
7
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两侧的姿态;④着陆阶段,运动员落地时两腿屈膝,两臂左右平伸。下列说法正确的是( )
A.助滑阶段,运动员深蹲是为了减小与滑道之间的摩擦力
B.起跳阶段,运动员猛蹬滑道主要是为了增加向上的速度
C.飞行阶段,运动员所采取的姿态是为了增加水平方向速度
D.着陆阶段,运动员两腿屈膝是为了减少与地面的作用时间
【答案】B
【详解】A.助滑阶段,运动员深蹲是为了减小与空气之间的摩擦力,A 错误;
B.起跳阶段,运动员猛蹬滑道主要是通过增大滑道对人的作用力,根据动量定理可知,在相同时间内,
为了增加向上的速度,B 正确;
C.飞行阶段,运动员所采取的姿态是为了减小水平方向的阻力,从而减小水平方向的加速度,C 错误;
D.着陆阶段,运动员两腿屈膝下蹲可以延长落地时间,根据动量定理可知,可以减少身体受到的平均冲
击力,D 错误。
故选B。
05 动量定理用于求解多过程问题
9.(2024·福建·模拟预测)一物体放在光滑水平面上,在物体上施加一水平外力,使物体在外力的作用下
由静止开始运动,物体的加速度随时间的变化规律如图所示。则下列说法正确的是( )
A.物体做往返运动
8
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B.0.5T 时物体的速度为零
C.0~T 时间内,外力的冲量为零
D.0~T 时间内,外力对物体做功为零
【答案】CD
【详解】AB.根据a-t 图像中图线与时间轴所围面积表示物体的速度变化,由图可知,在0~0.5T 时间内物
体加速运动,0.5T 时物体的速度不为零。0.5T~T 减速运动,由对称性可知t=T 时速度减为0,之后重复0~T
时间内的运动,即物体始终朝一个方向做直线运动。故AB 错误;
C.由前面选项分析可知,0~T 时间内,速度变化为0,即
根据动量定理
可知0~T 时间内,外力的冲量为零。故C 正确;
D.根据动能定理
即0~T 时间内,外力对物体做功为零。故D 正确。
故选CD。
10.(2024·福建·模拟预测)如图所示,质量为m 的物体放在粗糙水平面的O 点,在物体上施加一水平向
右的恒力F=mg,使其由静止开始运动,经时间t 撤去F,又经时间2t 物体停止运动,重力加速度为g。则
物体与水平面间的动摩擦因数为 ,t 时刻物体的速度大小为 (用g、t 表示),物体加速与减
速时的加速度大小之比为 。
【答案】
【详解】[1]从物体开始运动到停止运动过程,根据动量定理可得
可得物体与水平面间的动摩擦因数为
9
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[2]物体做加速运动时,根据牛顿第二定律可得
解得
则t 时刻物体的速度大小为
[3]物体做减速运动时,根据牛顿第二定律可得
解得
则物体加速与减速时的加速度大小之比为
06 流体类柱状模型
11.(2024·福建·三模)如图所示,消防员正在进行消防灭火演练,消防员用高压水枪喷出的强力水柱冲
击着火物,设水柱直径为D,以水平速度v 垂直射向着火物,水柱冲击着火物后速度变为零。高压水枪的
质量为M,消防员手持高压水枪操作,进入水枪的水流速度忽略不计,水的密度为
,下列说法正确的是
( )
A.水枪的流量为
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B.水枪的功率为
C.水柱对着火物的冲击力为
D.向前水平喷水时,消防员对水枪的作用力方向向前且斜向上方
【答案】BD
【详解】A.设
时间内,从水枪喷出的水的体积为
,质量为
,则
,
流量
A 错误;
B.
时间内水枪喷出的水的动能为
知高压水枪在此期间对水做功为
高压水枪的功率为
B 正确;
C.考虑一个极短时间
,在此时间内喷到着火物上水的质量为m,设着火物对水柱的作用力为F,由动
量定理得
时间内冲到着火物上水的质量为
解得
由牛顿第三定律可知,水柱对着火物的平均冲力为
11
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C 错误;
D.当高压水枪水平向前喷出高压水流时,水流对高压水枪的作用力水平向后,由于高压水枪有重力,根
据平衡条件,手对高压水枪的作用力方向斜向前上方,D 正确。
故选BD。
12.(2023·福建泉州·三模)如图,蜂鸟可以通过快速拍打翅膀,使自己悬停在一朵花的前面。假设蜂鸟两
翅膀扇动空气的总面积为S,翅膀扇动对空气的作用力效果与翅膀用速度v 平推空气的效果相同。已知空
气密度为ρ,重力加速度大小为g,则( )
A.单位时间内翅膀拍动空气的质量为Sρv
B.单位时间内翅膀拍动空气的质量为Sρv2
C.蜂鸟的质量为
D.蜂鸟的质量为
【答案】AC
【详解】AB.设翅膀扇动一次的时间为t,拍动空气的总质量为
则单位时间内翅膀拍动空气的质量为
故A 正确,B 错误;
CD.翅膀用速度v 平推空气,使空气的速度变为v,根据动量定理有
翅膀对空气的作用力大小等于空气对翅膀的作用力大小,即
12
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由平衡条件得
解得蜂鸟的质量为
故C 正确,D 错误。
故选AC。
07 微粒类柱状及其他模型
13.(2025·福建福州·三模)某科研团队通过传感器收集并分析运动数据,为跳高运动员的技术动作改进
提供参考。图为跳高运动员在起跳过程中,其受到地面的竖直方向支持力随时间变化关系曲线。图像中
10.10s 至10.35s 内,曲线下方的面积与阴影部分的面积相等。已知该运动员质量为60kg,重力加速度g 取
10m/s2。下列说法正确的是( )
A.起跳过程中运动员的最大加速度约为40m/s2
B.起跳离开地面瞬间运动员的速度大小约为5m/s
C.起跳后运动员重心上升的平均速度大小约为2.5m/s
D.起跳过程中运动员所受合力的冲量大小约为150N·S
【答案】D
【详解】A.由图像可知,运动员受到的最大支持力约为
根据牛顿第二定律可知,起跳过程中运动员的最大加速度约为
,故A 错误;
BD.
图像与时间轴围成的面积代表冲量,起跳过程中支持力的冲量为
则起跳过程中运动员所受合力的冲量大小约为
13
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且由动量定理,有
可得
,故B 错误,D 正确;
C.起跳后运动员做竖直上抛运动,则重心上升的平均速度大小约为
,故C 错误。
故选D。
14.(2023·福建福州·模拟预测)1909 年密立根通过油滴实验测得电子的电荷量,因此获得1923 年诺贝尔
物理学奖,实验装置如图。两块水平放置相距为d 的金属板A、B 分别与电源正、负两极相接,从A 板上
小孔进入两板间的油滴因摩擦带上一定的电荷量。两金属板间未加电压时,通过显微镜观察到某带电油滴
P 以速度大小
竖直向下匀速运动;当油滴P 经过板间M 点(图中未标出)时,给金属板加上电压U,经
过一段时间,发现油滴P 恰以速度大小
竖直向上匀速经过M 点。已知油滴运动时所受空气阻力大小为
,其中k 为比例系数,v 为油滴运动速率,r 为油滴的半径,不计空气浮力,重力加速度为g。下列
说法正确的是( )
A.油滴P 带正电
B.油滴P 所带电荷量的值为
C.从金属板加上电压到油滴向上匀速运动的过程中,油滴的加速度先增大后减小
D.油滴先后两次经过M 点经历的时间为
14
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【答案】D
【详解】A.由于加上电压时,经过一段时间,发现油滴P 恰以速度大小
竖直向上匀速运动,说明油滴
受到的电场力方向向上,所以油滴带负电,故A 错误;
B.设油滴P 所带电荷量的值为q,没有加电压时,根据平衡条件可得
施加电压后匀速向上运动时,根据平衡条件可得
联立解得
q=
故B 错误;
C.从金属板加上电压到油滴速度减为零的过程中,根据牛顿第二定律可得
解得加速度大小为
随着速度的减小、加速度逐渐减小;
向上加速运动的过程中,根据牛顿第二定律可得
解得加速度大小为
随着速度的增大、加速度逐渐减小;
综上所述,从金属板加上电压到油滴向上匀速运动的过程中,油滴的加速度一直减小,故C 错误;
D.油滴经过M 点向下运动到速度为零过程中,取向上为正方向,根据动量定理可得
油滴从速度为零到达到M 点的过程中,根据动量定理可得
其中
15
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q=
联立解得油滴先后两次经过M 点经历的时间为
故D 正确。
故选D。
1.
(2025·福建·一模)随着科技的发展,机器狗的应用为生活带来了便利。如图所示,机器狗
在泰山进行负重测试,从泰山山脚到目的地用时2h,爬升高度为1200m,已知机器狗及重物总质量为
100kg,重力加速度g 取
,则机器狗在本次测试中( )
A.位移大小为1200m
B.克服重力做功为
C.克服重力做功的平均功率为
D.所受重力的冲量为0
【答案】B
【详解】A.始末位置的带箭头的线段的长度指位移大小,由于爬升高度为1200m,则位移大小大于或等
于1200m,故A 错误;
16
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B.机器狗克服重力做功为
故B 正确;
C.克服重力做功的平均功率为
故C 错误;
D.以竖直向下为正方向,则所受重力的冲量为
故D 错误。
故选B。
2.
(2025·福建·二模)如图甲所示,一质量为
的物块放在水平面上,
时刻在水平向右
的拉力作用下由静止开始运动,
时物块的速度又刚好为零,拉力随时间变化关系如图乙所示,重力
加速度
,则
时物块的加速度大小为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【详解】在
内,根据动量定理可得
解得
根据数学知识,结合图乙可知,
时,拉力大小
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根据牛顿第二定律
解得
故选A。
3.(2025·福建福州·三模)科学实践小组对福州内河调研发现,弯曲河道的外侧河堤会受到流水冲击产生
的压强。如图所示,河流某弯道处可视为圆心为O,半径为R 的圆弧的一部分。假设河床水平,河道在整
个弯道处宽度L 和水深H 均保持不变,水的流动速度v 大小恒定,
,河水密度为ρ,忽略流水内部
的相互作用力。取弯道某处一垂直于流速的观测截面,则在一段极短时间Δt 内( )
A.流水的加速度方向指向圆心O
B.流水速度改变量的大小为
C.通过观测截面水的动量改变量大小为
D.外侧河堤受到的流水冲击产生的压强为
【答案】AC
【详解】A.根据题意可知,流水做匀速圆周运动,所以水流所受合力方向指向圆心O,则流水的加速度
方向指向圆心O,故A 正确;
B.由于
,则向心加速度大小为
根据加速度的定义式有
可得流水速度改变量的大小为
故B 错误;
C.依题意,极短时间
内水流的距离
横截面积
可得
内水流的质量为
18
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则通过观测截面水的动量改变量大小为
故C 正确;
D.根据牛顿第二定律可得
水流与外侧河堤作用的面积
则外侧河堤受到的流水冲击产生的压强为
故D 错误。
故选AC。
4.(2024·福建宁德·三模)生活中常用高压水枪清洗汽车,高压水枪喷口直径为D,喷出水流的流速为
v,水柱垂直射向汽车表面后速度变为零,水的密度为
,下列说法正确的是( )
A.高压水枪单位时间内喷出的水的质量为
B.水柱对汽车的平均冲力为
C.若高压水枪喷口的直径减小为原来的一半,则水柱对汽车的平均冲力变为原来的
倍
D.若高压水枪喷口的出水速度变为原来的2 倍,则水柱对汽车的平均冲力变为原来的2 倍
【答案】AC
【详解】A.高压水枪单位时间喷出水的质量
故A 正确;
B.设水柱对汽车的平均冲力为
,垂直汽车表面方向,由动量定理得
时间内水柱的质量为
解得水柱对汽车的平均冲力为
故B 错误;
19
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C.若高压水枪喷口的直径减小为原来的一半,根据
得水柱对汽车的平均冲力变为原来的
倍,故C 正确;
D.根据
若高压水枪喷口的出水速度变为原来的2 倍,则水柱对汽车的平均冲力为原来的4 倍,故D 错误。
故选AC。
5.(2025·福建厦门·模拟预测)已知某花炮发射器能在
内将花炮竖直向上发射出去,花炮的质量
为
、射出的最大高度
,且花炮刚好在最高点爆炸为两块物块。假设爆炸前后花炮的总质
量不变,爆炸后两物块的速度均沿水平方向,且两物块落地的水平位移比为1:4,忽略一切阻力及发射器
大小,重力加速度
。求:
(1)求花炮发射器发射花炮时,对花炮产生的平均作用力F 的大小;
(2)爆炸后两物块的质量
、
的大小。
【答案】(1)
(2)
,
【详解】(1)花炮发射后做竖直上抛运动,设发射时的初速度为
,则有
,解得
以向上的方向为正方向,对花炮,由动量定理可得
解得
(2)花炮爆炸时,动量守恒,由动量守恒定律可得
爆炸后两物块做平抛运动,水平方向做匀速运动,竖直方向做自由落体运动,两物块运动时间相同,则有
20
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又
,联立解得
,
1.(2024·全国甲卷·高考真题)蹦床运动中,体重为
的运动员在
时刚好落到蹦床上,对蹦床作
用力大小F 与时间t 的关系如图所示。假设运动过程中运动员身体始终保持竖直,在其不与蹦床接触时蹦
床水平。忽略空气阻力,重力加速度大小取
。下列说法正确的是( )
A.
时,运动员的重力势能最大
B.
时,运动员的速度大小为
C.
时,运动员恰好运动到最大高度处
D.运动员每次与蹦床接触到离开过程中对蹦床的平均作用力大小为
【答案】BD
【详解】A.根据牛顿第三定律结合题图可知
时,蹦床对运动员的弹力最大,蹦床的形变量最大,
此时运动员处于最低点,运动员的重力势能最小,故A 错误;
BC.根据题图可知运动员从
离开蹦床到
再次落到蹦床上经历的时间为
,根据竖直上抛运
动的对称性可知,运动员上升时间为1s,则在
时,运动员恰好运动到最大高度处,
时运动
员的速度大小
故B 正确,C 错误;
D.同理可知运动员落到蹦床时的速度大小为
,以竖直向上为正方向,根据动量定理
21
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其中
代入数据可得
根据牛顿第三定律可知运动员每次与蹦床接触到离开过程中对蹦床的平均作用力大小为
,故D 正确。
故选BD。
2.(2025·四川·高考真题)如图所示,真空中固定放置两块较大的平行金属板,板间距为d,下极板接地,
板间匀强电场大小恒为E。现有一质量为m、电荷量为q(
)的金属微粒,从两极板中央O 点由静止
释放。若微粒与极板碰撞前后瞬间机械能不变,碰撞后电性与极板相同,所带电荷量的绝对值不变。不计
微粒重力。求:
(1)微粒第一次到达下极板所需时间;
(2)微粒第一次从上极板回到O 点时的动量大小。
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)由牛顿第二定律
由运动学公式
联立可得微粒第一次到达下极板所需的时间为
22
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(2)微粒第一次到达下极板时的速度大小为
由于微粒与极板碰撞前后瞬间机械能不变,碰撞后电性与极板相同,所带电荷量的绝对值不变,设微粒碰
后第一次到达上极板时的速度大小为
,满足
代入解得
同理可得微粒第一次从上极板回到O 点时的速度大小为
,满足
代入解得
故微粒第一次从上极板回到O 点时的动量大小为
3.(2022·福建·高考真题)我国霍尔推进器技术世界领先,其简化的工作原理如图所示。放电通道两端电极
间存在一加速电场,该区域内有一与电场近似垂直的约束磁场(未画出)用于提高工作物质被电离的比例。
工作时,工作物质氙气进入放电通道后被电离为氙离子,再经电场加速喷出,形成推力。某次测试中,氙
气被电离的比例为95%,氙离子喷射速度为
,推进器产生的推力为
。已知氙离子的比荷
为
;计算时,取氙离子的初速度为零,忽略磁场对离子的作用力及粒子之间的相互作用,则
( )
A.氙离子的加速电压约为
B.氙离子的加速电压约为
C.氙离子向外喷射形成的电流约为
D.每秒进入放电通道的氙气质量约为
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【答案】AD
【详解】AB.氙离子经电场加速,根据动能定理有
可得加速电压为
故A 正确,B 错误;
D.在
时间内,有质量为
的氙离子以速度喷射而出,形成电流为
,由动量定理可得
进入放电通道的氙气质量为
,被电离的比例为
,则有
联立解得
故D 正确;
C.在
时间内,有电荷量为
的氙离子喷射出,则有
,
联立解得
故C 错误。
故选AD。
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