2008年高考试题分类汇编之动量与能量.doc

2008年高考试题分类汇编之动量与能量（全国卷1）24.（18分）图中滑块和小球的质量均为m，滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动，小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连，轻绳长为l。开始时，轻绳处于水平拉直状态，小球和滑块均静止。现将小球由静止释放，当小球到达最低点时，滑块刚好被一表面涂有粘性物质的固定挡板粘住，在极短的时间内速度减为零，小球继续向左摆动，当轻绳与竖直方向的夹角60时小球达到最高点。求（1）从滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中，挡板阻力对滑块的冲量；（2）小球从释放到第一次到达最低点的过程中，绳的拉力对小球做功的大小。解析：（1）对系统，设小球在最低点时速度大小为v1，此时滑块的速度大小为v2，滑块与挡板接触前由系统的机械能守恒定律：mgl = mv12 +mv22 由系统的水平方向动量守恒定律：mv1 = mv2对滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中，挡板阻力对滑块的冲量为：I = mv2联立解得I = m 方向向左（2）小球释放到第一次到达最低点的过程中，设绳的拉力对小球做功的大小为W，对小球由动能定理：mglW = mv12联立解得：W =mgl，即绳的拉力对小球做负功，大小为mgl 。（全国卷2）18 如图，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和ba球质量为m，静置于地面；b球质量为3m， 用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧从静止开始释放b后，a可能达到的最大高度为AhB1.5hC2hD2.5h 答案：B解析：在b落地前，a、b组成的系统机械能守恒，且a、b两物体速度大小相等，根据机械能守恒定律可知：，b球落地时，a球高度为h，之后a球向上做竖直上抛运动，过程中机械能守恒，所以a可能达到的最大高度为1.5h,B项正确。（全国卷2）23(15分)如图， 一质量为M的物块静止在桌面边缘， 桌面离水平面的高度为h一质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后， 以水平速度v0/2射出 重力加速度为g 求（1）此过程中系统损失的机械能；（2）此后物块落地点离桌面边缘的水平距离。解析：（1）设子弹穿过物块后的速度为V，由动量守恒得 （3分）解得：系统损失的机械能为： （3分）由两式可得： （3分）（2）设物块下落到地面所需时间为t，落地点距桌面边缘的水平距离为s，则： （2分） （2分）由三式可得： （2分）（北京卷）23（18分）风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能（气流的功能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，发电机等。如图所示。（1）利用总电阻的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率，输电电压，求异线上损失的功率与输送功率的比值;（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为p，气流速度为v，风轮机叶片长度为r。求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm;在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施。（3）已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比。某风力发电机的风速v19m/s时能够输出电功率P1=540kW。我国某地区风速不低于v2=6m/s的时间每年约为5000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。解析：（1）导线上损失的功率为P=I2R=(损失的功率与输送功率的比值（2）(2)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大.单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为pvS,S=r2风能的最大功率可表示为P风=采取措施合理，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等。（3）按题意，风力发电机的输出功率为P2=kW=160 kW最小年发电量约为W=P2t=1605000 kWh=8105kWh（北京卷）24（20分）有两个完全相同的小滑块A和B，A沿光滑水平面以速度v0与静止在平面边缘O点的B发生正碰，碰撞中无机械能损失。碰后B运动的轨迹为OD曲线，如图所示。（1）已知滑块质量为m,碰撞时间为，求碰撞过程中A对B平均冲力的大小。（2）为了研究物体从光滑抛物线轨道顶端无初速下滑的运动，特制做一个与B平抛轨道完全相同的光滑轨道，并将该轨道固定在与OD曲线重合的位置，让A沿该轨道无初速下滑（经分析，A下滑过程中不会脱离轨道）。a分析A沿轨道下滑到任意一点的动量pA与B平抛经过该点的动量pB的大小关系;b在OD曲线上有一M点，O和M两点连线与竖直方向的夹角为45。求A通过M点时的水平分速度和竖直分速度。解析：（1）滑动A与B正碰，满足mvA-mVB=mv0 由，解得vA=0, vB=v0,根据动量定理，滑块B满足 Ft=mv0解得 (2)a.设任意点到O点竖直高度差为d.A、 B由O点分别运动至该点过程中，只有重力做功，所以机械能守恒。选该任意点为势能零点，有EA=mgd,EB= mgd+由于p=,有即 PAPBA下滑到任意一点的动量总和是小于B平抛经过该点的动量。b.以O为原点，建立直角坐标系xOy,x轴正方向水平向右，y轴正方向竖直向下，则对B有x=v0ty=gt2B的轨迹方程 y=在M点x=y，所以 y= 因为A、B的运动轨迹均为OD曲线，故在任意一点，两者速度方向相同。设B水平和竖直分速度大小分别为和，速率为vB；A水平和竖直分速度大小分别为和，速率为vA,则 B做平抛运动，故 对A由机械能守恒得vA= 由得 将代入得（天津卷）24(18分)光滑水平面上放着质量mA=1kg的物块A与质量mB=2kg的物块B，A与B均可视为质点，A靠在竖直墙壁上，A、B间夹一个被压缩的轻弹簧(弹簧与A、B均不拴接)，用手挡住B不动，此时弹簧弹性势能EP=49J。在A、B间系一轻质细绳，细绳长度大于弹簧的自然长度，如图所示。放手后B向右运动，绳在短暂时间内被拉断，之后B冲上与水平面相切的竖直半圆光滑轨道，其半径R=0.5m，B恰能到达最高点C。取g=10ms2，求(1)绳拉断后瞬间B的速度vB的大小；(2)绳拉断过程绳对B的冲量I的大小；(3)绳拉断过程绳对A所做的功W。解析：（1）设B在绳被拉断后瞬间的速度为,到达C点时的速度为，有 （1） （2）代入数据得 （3）（2）设弹簧恢复到自然长度时B的速度为，取水平向右为正方向，有 （4） （5）代入数据得 其大小为4NS （6）（3）设绳断后A的速度为，取水平向右为正方向，有 （7） 代入数据得 （9）（四川卷）25（20分）一倾角为45的斜血固定于地面，斜面顶端离地面的高度h01m，斜面底端有一垂直于斜而的固定挡板。在斜面顶端自由释放一质量m0.09kg的小物块（视为质点）。小物块与斜面之间的动摩擦因数0.2。当小物块与挡板碰撞后，将以原速返回。重力加速度g10 m/s2。在小物块与挡板的前4次碰撞过程中，挡板给予小物块的总冲量是多少？25、解析：解法一：设小物块从高为h处由静止开始沿斜面向下运动，到达斜面底端时速度为v。由功能关系得 以沿斜面向上为动量的正方向。按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量 设碰撞后小物块所能达到的最大高度为h，则 同理，有 式中，v为小物块再次到达斜面底端时的速度，I为再次碰撞过程中挡板给小物块的冲量。由式得式中 由此可知，小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数，首项为 总冲量为 由 得 代入数据得 Ns 解法二：设小物块从高为h处由静止开始沿斜面向下运动，小物块受到重力，斜面对它的摩擦力和支持力，小物块向下运动的加速度为a，依牛顿第二定律得 设小物块与挡板碰撞前的速度为v，则 以沿斜面向上为动量的正方向。按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量为 由式得 设小物块碰撞后沿斜面向上运动的加速度大小为a， 依牛顿第二定律有 小物块沿斜面向上运动的最大高度为 由式得 式中 同理，小物块再次与挡板碰撞所获得的冲量 由式得 由此可知，小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数，首项为 总冲量为 由 得 代入数据得 Ns （江苏卷）7如图所示，两光滑斜面的倾角分别为30和45，质量分别为2和的两个滑块用不可伸长的轻绳通过滑轮连接(不计滑轮的质量和摩擦)，分别置于两个斜面上并由静止释放；若交换两滑块位置，再由静止释放则在上述两种情形中正确的有.质量为2的滑块受到重力、绳的张力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用B.质量为的滑块均沿斜面向上运动C.绳对质量为滑块的拉力均大于该滑块对绳的拉力D.系统在运动中机械能均守恒答案：BD解析：考查受力分析、连接体整体法处理复杂问题的能力。每个滑块受到三个力：重力、绳子拉力、斜面的支持力，受力分析中应该是按性质分类的力，沿着斜面下滑力是分解出来的按照效果命名的力，A错；对B选项，物体是上滑还是下滑要看两个物体的重力沿着斜面向下的分量的大小关系，由于2m质量的滑块的重力沿着斜面的下滑分力较大，故质量为m的滑块必定沿着斜面向上运动，B对；任何一个滑块受到的绳子拉力与绳子对滑块的拉力等大反向，C错；对系统除了重力之外，支持力对系统每个滑块不做功，绳子拉力对每个滑块的拉力等大反向，且对滑块的位移必定大小相等，故绳子拉力作为系统的内力对系统做功总和必定为零，故只有重力做功的系统，机械能守恒，D对。（江苏卷）9如图所示一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a和b，跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆上，质量为3m的a球置于地面上，质量为m的b球从水平位置静止释放当a球对地面压力刚好为零时，b球摆过的角度为.下列结论正确的是 A. 90 B. 45 C.b球摆动到最低点的过程中，重力对小球做功的功率先增大后减小 D.b球摆动到最低点的过程中，重力对小球做功的功率一直增大答案AC解析：考查向心加速度公式、动能定理、功率等概念和规律。设b球的摆动半径为R，当摆过角度时的速度为v，对b球由动能定理：mgRsin= mv2，此时绳子拉力为T=3mg，在绳子方向由向心力公式：Tmgsin = m，解得=90，A对B错；故b球摆动到最低点的过程中一直机械能守恒，竖直方向的分速度先从零开始逐渐增大，然后逐渐减小到零，故重力的瞬时功率Pb = mgv竖 先增大后减小，C对D错。（重庆卷）17.下列与能量有关的说法正确的是A. 卫星绕地球做圆周运动的半径越大，动能越大B. 从同种金属逸出的光电子的最大初动能随照射光波长的减小而增大C. 做平抛运动的物体在任意相等时间内动能的增量相同D. 在静电场中，电场线越密的地方正电荷的电势能一定越高答案：B解析：本题考查能量有关的问题，本题为较难的题目。卫星绕地球做圆周运动中，半径越大，其速度越小，其动能也就越小；根据光电效应方程有：,对于同 一种金属而言，W是一定的，所以入射光的波长减小，其最大初动能增大；做平抛运动的物体，其动能的变化量为：,所以任意相等时间内动能的增量不相等;在静电场中，电场线越密的在地方，其电场强度越大，但其电势可为正，也可为负，所以正电荷在电场线越密的在地方，其电势能并不一定越大。（重庆卷）24.（19分）题24图中有一个竖直固定在地面的透气圆筒，筒中有一劲度为k的轻弹簧，其下端固定，上端连接一质量为m的薄滑块，圆筒内壁涂有一层新型智能材料ER流体，它对滑块的阻力可调.起初，滑块静止,ER流体对其阻力为0，弹簧的长度为L，现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下，与滑块碰撞后粘在一起向下运动.为保证滑块做匀减速运动，且下移距离为时速度减为0，ER流体对滑块的阻力须随滑块下移而变.试求（忽略空气阻力）:(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能；(2)滑块向下运动过程中加速度的大小；(3)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小.解析：（1）设物体下落末速度为v0，由机械能守恒定律得设碰后共同速度为v1，由动量守恒定律2mv1=mv0得碰撞过程中系统损失的机械能力(2)设加速度大小为a,有 得（3）设弹簧弹力为FN，ER流体对滑块的阻力为FER受力分析如图所示FS=kxx=d+mg/k（宁夏卷）18.一滑块在水平地面上沿直线滑行，t=0时其速度为1 m/s。从此刻开始滑块运动方向上再施加一水平面作用F，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图a和图b所示。设在第1秒内、第2秒内、第3秒内力F对滑块做的功分别为则以下关系正确的是 A. B. C. D. 答案：B 解析：本题考查v-t图像、功的概念。力F做功等于每段恒力F与该段滑块运动的位移（v-t图像中图像与坐标轴围成的面积），第1秒内，位移为一个小三角形面积S，第2秒内，位移也为一个小三角形面积S，第3秒内，位移为两个小三角形面积2S，故W1=1S，W2=1S，W3=2S，W1W2W3 。（宁夏卷）(2)（9分）某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为12。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45角，然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成30。若本实验允许的最大误差为4，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？解析：设摆球A、B的质量分别为、，摆长为l，B球的初始高度为h1，碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为P1、P2。有P1=mBvB 联立式得 同理可得 联立式得 代入已知条件得 由此可以推出4% 所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律。本题要求验证碰撞中的动量守恒定律及碰撞前与碰撞后的机械能守恒定律。（山东卷）24 . （15分）某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，其中“2008”，四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成，固定在竖直平面内（所有数宇均由圆或半圆组成，圆半径比细管的内径大得多），底端与水平地面相切。弹射装置将一个小物体（可视为质点）以v=5m/s的水平初速度由a点弹出，从b 点进人轨道，依次经过“8002 ”后从p 点水平抛出。小物体与地面ab段间的动摩擦因数=0.3 ，不计其它机械能损失。已知ab段长L=1 . 5m，数字“0”的半径R=0.2m，小物体质量m=0 .0lkg ，g=10m/s2 。求：( l ）小物体从p 点抛出后的水平射程。( 2 ）小物体经过数字“0”的最高点时管道对小物体作用力的大小和方向。解析：( l ）设小物体运动到p 点时的速度大小为v，对小物体由a 运动到p 过程应用动能定理得-mgL-2Rmg=mv2-mv02 小物体自p 点做平抛运动，设运动时间为：t，水平射程为：s则2R=gt2 s=vt 联立式，代人数据解得s=0.8m ( 2 ）设在数字“0”的最高点时管道对小物体的作用力大小为F 取竖直向下为正方向Fmg= 联立式，代人数据解得F=0.3N 方向竖直向下（山东卷）(2）一个物体静置于光滑水平面上，外面扣一质量为M的盒子，如图l所示。现给盒子一初速度v0，此后，盒子运动的v一t图象呈周期性变化，如图2所示。请据此求盒内物体的质量。解析：设物体的质童为m，t0时刻受盒子碰撞获得速度v，根据动量守恒定律Mv0=mv 3t0时刻物体与盒子右壁碰撞使盒子速度又变为v0，说明碰撞是弹性碰撞Mv02 = mv2 联立解得m=M （也可通过图象分析得出v0=v ，结合动量守恒，得出正确结果）（上海卷）3B某集装箱吊车的交流电动机输入电压为380V，则该交流电电压的最大值为V。当吊车以0.1m/s的速度匀速吊起总质量为5.7103kg的集装箱时，测得电动机的电流为20A，电动机的工作效率为。（g取10m/s2）答案：380，75%解析：输入电压380V为有效值，则最大值为380V；电动机对集装箱做功的功率P = mgv = 5.7103100.1W= 5.7103W，电动机消耗电功率P总=38020W=7.6103W，故电动机的工作效率为 = =75% （上海卷）8物体做自由落体运动，Ek代表动能，Ep代表势能，h代表下落的距离，以水平地面为零势能面。下列所示图像中，能正确反映各物理量之间关系的是答案：B解析：由机械能守恒定律：EP=EEK，故势能与动能的图像为倾斜的直线，C错；由动能定理：EK =mgh=mv2=mg2t2，则EP=Emgh，故势能与h的图像也为倾斜的直线，D错；且EP=Emv2，故势能与速度的图像为开口向下的抛物线，B对；同理EP=Emg2t2，势能与时间的图像也为开口向下的抛物线，A错。（上海卷）21（12分）总质量为80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下，经过2s拉开绳索开启降落伞，如图所示是跳伞过程中的vt图，试根据图像求：（g取10m/s2）（1）t1s时运动员的加速度和所受阻力的大小。（2）估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功。（3）估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间。解析：（1）从图中可以看邮，在t2s内运动员做匀加速运动，其加速度大小为m/s2=8m/s2设此过程中运动员受到的阻力大小为f，根据牛顿第二定律，有mgfma得fm(ga)80(108)N160N（2）从图中估算得出运动员在14s内下落了39.522m158根据动能定理，有所以有（80101588062）J1.25105J（3）14s后运动员做匀速运动的时间为s57s运动员从飞机上跳下到着地需要的总时间t总tt（1457）s71s（海南卷）O3、如图，一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点，另一端系一小球给小球一足够大的初速度，使小球在斜面上做圆周运动在此过程中， A小球的机械能守恒B重力对小球不做功 C绳的张力对小球不做功D在任何一段时间内，小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少答案：C解析：斜面粗糙，小球受到重力、支持力、摩擦力、绳子拉力，由于除重力做功外，摩擦力做负功，机械能减少，A、B错；绳子张力总是与运动方向垂直，故不做功，C对；小球动能的变化等于合外力做功，即重力与摩擦力做功，D错。（海南卷）（8分）一置于桌面上质量为M的玩具炮，水平发射质量为m的炮弹炮可在水平方向自由移动当炮身上未放置其它重物时，炮弹可击中水平地面上的目标A；当炮身上固定一质量为M0的重物时，在原发射位置沿同一方向发射的炮弹可击中水平地面上的目标B炮口离水平地面的高度为h如果两次发射时“火药”提供的机械能相等，求B、A两目标与炮弹发射点之间的水平距离之比。解析：由动量守恒定律和能量守恒定律得： 解得： 炮弹射出后做平抛，有： 解得目标A距炮口的水平距离为： 同理，目标B距炮口的水平距离为： 解得：（广东文科基础）60.汽车沿一段坡面向下行驶，通过刹车使速度逐渐减小，在刹车过程中A.重力势能增加 B.动能增加 C.重力做负功 D.机械能不守恒答案：D解析：向下运动，高度在降低，重力势能在减小，选项A错误。向下运动，重力做正功，选项C错误。已知刹车时速度在减小，所以动能减小，选项B错误。刹车过程，摩擦力做负功，发热了，所以机械能减小，选项D正确。（广东理科基础）11一个25kg的小孩从高度为3.0m的滑梯顶端由静止开始滑下，滑到底端时的速度为2.0ms。取g10ms2，关于力对小孩做的功，以下结果正确的是A合外力做功50J B阻力做功500JC重力做功500JD支持力做功50J答案：A解析：合外力做功等于小孩动能的变化量，即50J，选项A正确。重力做功为750J，阻力做功250J，支持力不做功，选项B、C、D错误。（广东卷）3运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是A阻力对系统始终做负功B系统受到的合外力始终向下C重力做功使系统的重力势能增加D任意相等的时间内重力做的功相等答案：A解析：在两个过程中，阻力始终对系统做负功，选项A正确。加速下降时，系统受到的合力向下，加速运动时，系统受到的合力向上，选项B错误。两个过程中，重力始终做负功，系统的重力势能减少，选项C错误。在任意相等时间内，系统下降的高度不相等，故重力做功不相等，选项D错误。（广东卷）11某同学对着墙壁练习打网球，假定球在墙面上以25m/s的速度沿水平方向反弹，落地点到墙面的距离在10m至15m之间，忽略空气阻力，取g=10m/s2,球在墙面上反弹点的高度范围是A0.8m至1.8mB0.8m至1.6mC1.0m至1.6mD1.0m至1.8m答案：A解析；网球反弹后的速度大小几乎不变，故反弹后在空中运动的时间在0.4s0.6s之间，在这个时间范围内，网球下落的高度为0.8m至1.8m，由于竖直方向与地面作用后其速度大小也几乎不变，故还要上升同样的高度，故选