高中物理动量定理专项训练100附答案

1、高中物理动量定理专项训练100(附答案)一、高考物理精讲专题动量定理.汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能的有效方法之一.设汽车在碰撞过程中受到的平均撞击力达到某个临界值Fo时，安全气囊爆开.某次试验中，质量m=1 600 kg的试验车以速度vi = 36 km/h正面撞击固定试验台，经时间 11 = 0.10 s 碰撞结束，车速减为零， 此次碰撞安全气囊恰好爆开.忽略撞击过程中地面阻力的影响.(1)求此过程中试验车受到试验台的冲量I。的大小及F0的大小；(2)若试验车以速度 V1撞击正前方另一质量 mi =1 600 kg、速度V2 =18 km/h同向行驶的 汽车，经时间12 =0.16 s

2、两车以相同的速度一起滑行.试通过计算分析这种情况下试验车 的安全气囊是否会爆开.【答案】(1) 10 = 1.6 X104N- s , 1.6X10 2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，并通过鹊桥”中继卫星传回了世界上第一张近距离拍摄月球背面的图片。此次任务实现了人类探测器首次在月球背面软着陆、首次在月球背面通过中继卫星与地球通讯，因而开启了人类探索月球的新篇章。 嫦娥四号探测器在靠近月球表面时先做圆周运动进行充分调整，最终到达离月球表面很近的着陆点。为了尽可能减小着陆过程中月球对飞船的冲击力，探测器在距月面非常近的距 离处进行多次调整减速，离月面高h处开始悬停(相对月球速度

3、为零)，对障碍物和坡度进行识别，并自主避障。然后关闭发动机，仅在月球重力作用下竖直下落，探测器与月面接触前瞬间相对月球表面的速度为v,接触月面时通过其上的四条腿”缓冲，平稳地停在月 面，缓冲时间为1,如图所示。已知月球的半径R,探测器质量为 m0,引力常量为 G。(1)求月球表面的重力加速度；(2)求月球的第一宇宙速度；(3)求月球对探测器的平均冲击力F的大小。M ( 2)见解析【解析】【详解】V1 = 36 km/h = 10 m/s ,取速度V1的方向为正方向，由动量定理有|0 = 0 m1V1 将已知数据代入式得10= 1.6 x 410 s由冲量定义有I0 = F0I1将已知数据代入式

4、得 F0 = 1.6 x5T0(2)设试验车和汽车碰撞后获得共同速度v,由动量守恒定律有m1V1 + m2V2 = (m1+ m2)v 对试验车，由动量定理有一 FI2 = m1V m1V1将已知数据代入式得F= 2.5 X412可见Fv F0,故试验车的安全气囊不会爆开1 - - 2【答案】(1) g J2h2hv-(3) F(1)由自由落体规律可知:2gh解得月球表面的重力加速度:2v2h(2)做圆周运动向心力由月表重力提供，则有:2mv解得月球的第一宇宙速度:(3)由动量定理可得:mgv2：(F mg)tmv)解得月球对探测器的平均冲击力的大小:3. 一个质量为60千克的蹦床运动员从距离

5、水平蹦床网面上3.2米的高处自由下落，触网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5米高处.已知运动员与网接触的时候为1.2秒。求运动员和网接触的这段时间内，网对运动员的平均作用力【答案】1500N,方向竖直向上【解析】【详解】设运动员从h1处下落，刚触网的速度为F (g 取 10 m/s2)。v1 2gA8ms (方向向下)运动员反弹到达高度 h2 ,离网时速度为v2 2gh210m, s(方向向上)F和向下的重力 mg,设向上方向为正，由动量在接触网的过程中，运动员受到向上的弹力定理有解得F =1500N ,方向竖直向上。4.滑冰是青少年喜爱的一项体育运动。如图，两个穿滑冰鞋的男孩和女孩一起在滑冰场沿

6、直线水平向右滑行，某时刻他们速度均为vo=2m/s,后面的男孩伸手向前推女孩一下，作用时间极短，推完后男孩恰好停下，女孩继续沿原方向向前滑行。已知男孩、女孩质量均为m = 50kg,假设男孩在推女孩过程中消耗的体内能量全部转化为他们的机械能，求男孩推女孩过程中：(1)女孩受到的冲量大小；(2)男孩消耗了多少体内能量？【答案】(1) 100N?s (2) 200J(1)男孩和女孩之间的作用力大小相等，作用时间相等，故女孩受到的冲量等于男孩受到的冲量，对男孩，由动量定理得：P= 0-mv0=-50X2= - 100N?s,所以女孩受到的冲量大小为100N?s ；(2)对女孩，由动量定理得 100

7、= mv1-mv0,故作用 后女孩 的速度 v1100502 m/s 4m/s50根据能量守恒知，男孩消耗的能量为212 1E -mv1 2 -mv0 50 16 50 4 200J ；22.质量0.2kg的球，从5.0m高处自由下落到水平钢板上又被竖直弹起，弹起后能达的最大高度为4.05m.如果球从开始下落到弹起达最大高度所用时间为1.95s,不考虑空气阻力，g取10m/s2.求小球对钢板的作用力.【答案】78N【解析】【详解】自由落体过程 v12=2gh1,得v1=10m/s；v1=gt1 得 t1=1s小球弹起后达到最大局度过程0- V22=-2gh2,得v2=9m/s0-V2=-gt2

8、 得 t2=0.9s小球与钢板作用过程设向上为正方向，由动量定理：Ft-mg t mv2- (-mvi)其中 t t=ti-t2=0.05s得 F=78N由牛顿第三定律得 F丰，所以小球对钢板的作用力大小为78N,方向竖直向下；.甲图是我国自主研制的 200mm离子电推进系统，已经通过我国 实践九号卫星空间飞行试验验证，有望在 2015年全面应用于我国航天器.离子电推进系统的核心部件为离子推 进器，它采用喷出带电离子的方式实现飞船的姿态和轨道的调整，具有大幅减少推进剂燃 料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势.离子推进器的工作原理如图乙所示，推进剂氤 原子P喷注入腔室C后，被电子枪 G射出的电子

9、碰撞而电离，成为带正电的氤离子.氤离 子从腔室C中飘移过栅电极 A的速度大小可忽略不计，在栅电极A、B之间的电场中加速，并从栅电极 B喷出.在加速氤离子的过程中飞船获得推力.已知栅电极A、B之间的电压为U,氤离子的质量为 m、电荷量为q .(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验.求氤离子经A、B之间的电场加速后，通过栅电极B时的速度v的大小；(2)配有该离子推进器的飞船的总质量为M,现需要对飞船运行方向作一次微调，即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度A y此过程中可认为氤离子仍以第(1)中所求的速度通过栅电极 B.推进器工作时飞船的总质量可视为不变.求 推进器在此次

10、工作过程中喷射的氤离子数目N.(3)可以用离子推进器工作过程中产生的推力与A、B之间的电场对氤离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况.通过计算说明采取哪些措施可以增大S,并对增大S的实际意义说出你的看法.lOrr A/AvAf Av【答案】(1)匕二(2)八= =|(3)增大S可以通过减小q、 mk1 0虱海U或增大m的方法.提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.【解析】试题分析：(1)根据动能定理有qU二盛陶，(2)在与飞船运动方向垂直方向上，根据动量守恒有:MA v=Nmv解得:J/Av12式而(3)设单位时间内通过栅电极 A的氤离子数为n,在时间t内，离子推进器发射

11、出的氤离子个数为N nt,设氤离子受到的平均力为F ,对时间t内的射出的氤离子运用动量定理，F t Nmv ntmv, F = nmv根据牛顿第三定律可知，离子推进器工作过程中对飞船的推力大小 电场对氤离子做功的功率 P= nqUF=F = nmv根据上式可知：增大 S可以通过减小q、U或增大m的方法. 提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.(说明：其他说法合理均可得分)考点：动量守恒定律；动能定理；牛顿定律7.两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度B=0.5T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计.导轨间的距离 l=0.20m ,两根质量均 m=

12、0.10kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50Q.在t=0时刻，两杆都处于静止状态.现有一与导轨平行，大小 0.20N的 恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动.经过 T=5.0s,金属杆甲的加速度为 a=1.37 m/s2,求此时两金属杆的速度各为多少？f F【答案】8.15m/s1.85m/s【解析】设任一时刻E两金属杆甲、乙之间的距离为无，速度分别为胃和巧 ,经过很短时间战,杆甲移动距离F L A J ,杆乙移动距离吗上 ,回路面积改变E = BASE &* 二(1 1 匕A。+-lx =卜一电泌由法拉第电磁感应定律

13、，回路中的感应电动势:回路中的电流：二三二三杆甲的运动方程：F 一 8口二安;由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量变化(为0)等于外力 F的冲量：Ft =掰匕+肺%联立以上各式解得窜=1 /叱=1，2的/附一2出(g-加必3中代入数据得 v2 = 8.15m/s叱=1.85m/s【名师点睛】两杆同向运动，回路中的总电动势等于它们产生的感应电动势之差，即与它们速度之差有 关，对甲杆由牛顿第二定律列式，对两杆分别运用动量定理列式，即可求解.质量为2kg的球，从4.05m高处自由下落到水平钢板上又被竖直弹起，弹起后能达到的最大高度为3.2m ,如果球从开始下落到弹起并达

14、到最大高度所用时间为1.75s,不考虑空气阻力(g取10m/s2),求小球对钢板的作用力的大小和方向.【答案】700N【解析】【详解】物体从下落到落地过程中经历的时间为t1，从弹起到达到最高点经历的时间为t2,则有：212球与钢板作用的时间:0.9s,h1 潸,h25 gt2t t 总 t1 t2 1.75 0.9 0.8s 0.05s由动量定理对全过程可列方程：mgt总F t 0 0可得钢板对小球的作用力 F mg 2 10 1.75N 700N ,方向竖直向上. t 0.05.质量m=0.60kg的篮球从距地板 H=0.80m高处由静止释放，与水平地板撞击后反弹上升 的最大高度h=0.45

15、m ,从释放到弹跳至 h高处经历的时间t=1.1s,忽略空气阻力，取重力 加速度g=10m/s2,求：(1)篮球与地板撞击过程中损失的机械能A E;(2)篮球对地板的平均撞击力的大小.【答案】(1) 2.1J (2) 16.5N ,方向向下【解析】【详解】(1)篮球与地板撞击过程中损失的机械能为E mgH mgh 0.6 10 (0.8 0.45)J=2,1J(2)设篮球从H高处下落到地板所用时间为ti ,刚接触地板时的速度为Vi ；反弹离地时的速度为 V2 ,上升的时间为t2 ,由动能定理和运动学公式卜落过程mgH1 2mv2解得Vi4m/st1 也 0.4sg上升过程1 一 2mgh 0

16、- mv2解得v2 3m/st2 0.3sg篮球与地板接触时间为t t 11t2 0.4s设地板对篮球的平均撞击力为F,取向上为正方向，由动量定理得(F mg) t mv2 ( mv1)解得F 16.5N根据牛顿第三定律，篮球对地板的平均撞击力F F 16.5N ,方向向下.点睛：本题主要考查了自由落体运动的基本规律，在与地面接触的过程中，合外力对物体 的冲量等于物体动量的变化量，从而求出地板对篮球的作用力.如图所示，长度为l的轻绳上端固定在 O点，下端系一质量为 m的小球(小球的大小(1)在水平拉力F的作用下，轻绳与竖直方向的夹角为“，小球保持静止.画出此时小球的受力图，并求力 F的大小；(

17、2)由图示位置无初速释放小球，不计空气阻力.求小球通过最低点时： a.小球的动量大小；b .小球对轻绳的拉力大小.mg 3；mgtan % ( 2) mJ2gl(1 cos );【解析】【分析】F的大小.(1)小球受重力、绳子的拉力和水平拉力平衡，根据共点力平衡求出力(2)根据机械能守恒定律求出小球第一次到达最低点的速度，求出动量的大小，然后再根 据牛顿第二定律，小球重力和拉力的合力提供向心力，求出绳子拉力的大小.【详解】(1)小球受到重力、绳子的拉力以及水平拉力的作用，受力如图根据平衡条件，得拉力的大小：F mg tan(2) a.小球从静止运动到最低点的过程中，12由动能定理： mgL 1

18、 cos mv 2v 2gL 1 cos则通过最低点时，小球动量的大小：P mv m12gL 1 COs2 v b.根据牛顿第一te律可得：T mg m 2Vc cT mg m mg 3 2cos根据牛顿第三定律，小球对轻绳的拉力大小为：T T mg 3 2cos【点睛】本题综合考查了共点力平衡，牛顿第二定律、机械能守恒定律，难度不大，关键搞清小球 在最低点做圆周运动向心力的来源.11.如图所示，光滑水平面上放着质量都为A、B间夹一个被压缩的轻弹簧(弹簧与m的物块A和B, A紧靠着固定的竖直挡板，A、B均不拴接)，用手挡住 B不动，此时弹簧压9缩的弹性势能为1后绳在短暂时间内被拉断，之后 的物块C发生碰撞，碰后 B、B间系一轻质细绳，细绳的长略大于弹簧的自然长度。放手B继续向右运动，一段时间后与向左匀速运动、速度为C立刻形成粘合体并停止运动，C的质量为2m。求：V07777777777777zx/zzzz/zzxzzxzy (1) B、C相撞前一瞬间B的速度大小;(2)绳被拉断过程中，绳对【答案】(1)A的冲量I。J二叫【解析】(1)由动量守恒定律可知：得：(2)由能量守恒可得:得：动量守恒：冲量：得：12.有一水龙头以每秒 800g水的流量竖直注入盆中，盆放在磅秤上，