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文档简介
第一章动量和动量守恒定律
1、冲量动量动量定理........................................................1
2、动量守恒定律..............................................................6
3、实验:动量守恒定律的验证................................................11
4、动量守恒定律的应用......................................................16
5、弹性碰撞与非弹性碰撞....................................................20
6、自然界中的守恒定律......................................................25
7、动量与能量的综合问题....................................................31
章末综合检测................................................................35
1、冲量动量动量定理
1.关于物体的动量,下列说法中正确的是()
A.运动物体在任一时刻的动量方向,一定是该时刻的速度方向
B.物体的加速度不变,其动量一定不变
C.动量越大的物体,其速度一定越大
D.动量越大的物体,其质量一定越大
解析:选A动量具有瞬时性,任一时刻物体动量的方向,即为该时刻的速度方向,选项A
正确。加速度不变,则物体速度的变化率恒定,物体的速度均匀变化,故其动量也均匀变化,选
项B错误。物体动量的大小由物体质量及速度的大小共同决定,不是只由物体的速度决定的,故
物体的动量大,其速度不一定大,选项C错误。物体的动量越大,其质量并不一定越大,故选项
D错误。
2.下列说法正确的是()
A.动能为零时,物体一定处于平衡状态
B.物体受到恒力的冲量也可能做曲线运动
C.物体所受合外力不变时,其动量一定不变
D.动能不变,物体的动量一定不变
解析:选B动能为零时,速度为零,而加速度不一定等于零,物体不一定处于平衡状态,
选项A错误;物体受恒力,也可能做曲线运动,如平抛运动,选项B正确;合外力不变,加速度
不变,速度均匀变化,动量一定变化,选项C错误;动能不变,若速度的方向变化,动量就变化,
选项D错误。
3.如图所示,质量为0的小滑块沿倾角为0的斜面向上滑动,经过时间。速度变为零然后又
下滑,经过时间均回到斜面底端,滑块在运动过程中受到的摩擦力大小始终为齐。在整个过程中,
重力对滑块的总冲量为()
A.侬sin9(ti+ti)B.侬sin0(ti—tz)
C.mg(t\+tz)D.0
解析:选C根据冲量的定义式I=Ft,可知重力对滑块的冲量应为重力乘作用时间,所以
k=mg(t\+tj,C正确。
4.(多选)对下列物理现象的解释,正确的是()
A.击钉时,不用橡皮锤仅仅是因为橡皮锤太轻
B.跳远时,在沙坑里填沙,是为了减小冲量
C.易碎品运输时,要用柔软材料包装,船舷常常悬挂旧轮胎,都是为了延长撞击时的作用
时间,减小作用力
D.在车内推车推不动,是因为车受到合外力冲量为零
解析:选CD击钉时,不用橡皮锤是因为橡皮锤与钉子的作用时间长:跳远时,在沙坑里填
沙,是为了延长人与地的接触时间,所以A、B错误;据动量定理*=△/?知,当相同时,t
越长,作用力越小,所以C正确:车能否移动或运动状态能否改变取决于合外力的作用,与内部
作用无关,所以D正确。
5.如图所示,运动员挥拍将质量为卬的网球击出。如果网球被拍子击打前、后瞬间速度的大
小分别为丹、因,匕与血方向相反,且Q%。忽略网球的重力,则此过程中拍子对网球作用力的
冲量()
A.大小为卬(打一必),方向与必方向相同
B.大小为血吃+匕),方向与巴方向相同
C.大小为卬(血一匕),方向与玲方向相同
D.大小为卬(皈+匕),方向与。方向相同
解析:选D取拍子击打网球前网球的速度的方向为正方向,根据动量定理得拍子对网球作
用力的冲量为:/=一力吸一/口=一皿(n+眩),即冲量大小为应(%+⑹,方向与n方向相反,与
外方向相同,故D正确,A、B、C错误。
6.(多选)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点为圆周的最低点。每根杆上都套着一个质量相同的小滑环(图中
未画出),三个小滑环分别从a、6、c处释放(初速度为零),关于它们下滑的过程,下列说法正
确的是()
A.重力对它们的冲量相同B.弹力对它们的冲量相同
C.合外力对它们的冲量相同D.它们的动能增量不同
解析:选AD由运动学知识可知三个小滑环的运动时间相等,则重力对它们的冲量相等,选
项A正确;由于三种情形下弹力的大小、方向均不同,则弹力对它们的冲量不同,选项B错误;
合外力的方向不同,冲量一定不同,选项C错误;根据机械能守恒定律可知,它们的动能增量不
同,选项D正确。
7.如图所示,一铁块压着一纸条放在水平桌面上,当以速度r抽出纸条后,铁块掉到地面上
的一点,若以2「速度抽出纸条,则铁块落地点()
「I--^纸条
P
A.仍在尸点
B.在尸点左侧
C.在0点右侧不远处
D.在尸点右侧原水平位移的两倍处
解析:选B以2r速度抽出纸条时,纸条对铁块作用时间减少,而纸条对铁块的作用力相同,
故与以速度,抽出相比,纸条对铁块的冲量/减小,铁块做平抛运动的初速度减小,水平射程减
小,故落在。点的左侧。
8.如图所示,尸0s是固定于竖直平面内的光滑的3圆周轨道,圆心。在S的正上方。在。和一
两点各有一个质量为小的小物块a和4从同一时刻开始,a自由下落,8沿圆弧下滑。以下说法
正确的是()
A.a比6先到达S,它们在S点的动量不相等
B.a与。同时到达S,它们在S点的动量不相等
C.a比b先到达S,它们在S点的动量相等
D.6比a先到达S,它们在S点的动量相等
解析:选A物体a做自由落体运动,其加速度为g;而物体6转圆弧轨道下滑,在竖直方
向的加速度在任何高度都小于g,由人=3a/,得因为动量是矢量,故a、。到达S时,
它们在S点的动量不相等,故A正确。
9.质量为1kg的物体静止放在足够大的水平桌面上,物体与桌面间的动摩擦因数为H=0.4,
有一大小为5N的水平恒力厂作用于物体上,使之加速前进,经3s后撤去尸,求物体运动的总
时间。(g=10m/s2)
解析:物体由开始运动到停止运动的全过程中,尸的冲量为尸右,摩擦力的冲量为斤九选水
平恒力尸的方向为正方向,根据动量定理有
Ft}—Ftt=0①
又Ft—umg②
联立①②式代入数据解得t=3.75s。
答案:3.75s
10.(多选)如图所示为放在水平地面上的物体受到的合外力随时间变化的关系图像,若物体
开始时是静止的,则前3s内()
4F/N
20—]
10!
-20)
A.物体的位移为0
B.物体的动量变化量为0
C.物体的动能变化量为0
D.物体的机械能改变量为0
解析:选BC第1s内420N,第2s内和第3s内尸=-10N,根据动量定理1=△〃,
前3s内,动量的变化量为零,物体先加速、后减速,在第3s末速度为零,物体的位移不为零,
A错误,B正确;由于初速度和末速度都为零,因此动能变化量也为零,C正确;但物体的重力势
能是否改变不能判断,因此物体的机械能是否改变不能确定,D错误。
11.如图所示,一轻质弹簧固定在墙上,一个质量为卬的木块以速度3从右侧沿光滑水平面
向左运动并与弹簧发生相互作用。设相互作用的过程中弹簧始终在弹性限度范围内,那么,在整
个相互作用的过程中弹簧对木块冲量/的大小和弹簧对木块做的功”分别是()
mm
1^777777777777777777777T777777/
A.1=0,甲=ffjvjB.T—/ilVorW—~^IUVQ
1,
C.I=2mvs,W=QD.I=2w,犷=y嫉
解析:选C在木块与弹簧接触到将弹簧压缩为最短的过程中,弹簧对木块做负功,在弹簧
将木块弹出的过程中,弹簧对木块做正功,且正功与负功的绝对值相等,故在整个相互作用的过
程中弹簧对木块做的总功/勺0。木块将以一冲的速度被弹回,由动量定理可得,在整个相互作用
的过程中弹簧对木块冲量/的大小I=2mv§,故C正确。
12.人们常说“滴水穿石”,请你根据下面所提供的信息,估算水对石头的冲击力的大小。
一瀑布落差为/?=20m,水流量为(2=0.10m7s,水的密度0=l.OXl()3kg/m3,水在最高点和落
至石头上后的速度都认为是零。(落在石头上的水立即流走,在讨论石头对水的作用时可以不考
虑水的重力,g取的m/s2)
解析:设水滴下落与石头碰前速度为心则有mgh=^inv
设时间At内有质量为△加的水冲到石头上,石头对水的作用力为£由动量定理得:-F't
=0—Amv
又因Am—PQXt
联立得:F=PQ^2gh=2XW'N
由牛顿第三定律,水对石头的作用力:广=尸=2*1。3M方向竖直向下。
答案:2X1()3N
13.将质量为勿=1kg的小球,从距水平地面高/?=5nl处,以外=10m/s的水平速度抛出,
不计空气阻力,g取10m/s:求:
(1)抛出后0.4s内重力对小球的冲量;
(2)平抛运动过程中小球动量的增量Ap;
(3)小球落地时的动量p'。
解析:。)重力是恒力,0.4s内重力对小球的冲量
1=mgt=\X10X0.4N•s=4N•s
方向竖直向下。
(2)由于平抛运动的竖直分运动为自由落体运动,故力2
落地时间t'
V
小球飞行过程中只受重力作用,所以合外力的冲量为/'=mgt'=1X1OX1N•s=10N•s
方向竖直向下
由动量定理得
Ap—I'=10N,s
方向竖直向下。
(3)小球落地时竖直分速度为vy^gt'=10m/s
由速度合成知,落地速度
v—yjK>2+Vy=-\/102+10"m/s=10^/2m/s
所以小球落地时的动量大小为p'=fflr=10^/2kg•m/s
方向与水平方向的夹角为45°。
答案:(1)4N•s方向竖直向下(2)10N・s方向竖直向下(3)10gkg•m/s方向
与水平方向的夹角为45°
2、动量守恒定律
1.把一支枪水平固定在小车上,小车放在光滑的水平面上,枪发射出一颗子弹时,关于枪、
子弹和车,下列说法中正确的是()
A.枪和子弹组成的系统动量守恒
B.枪和车组成的系统动量守恒
C.三者组成的系统因为子弹和枪筒之间的摩擦力很小,使系统的动量变化很小,可忽略不
计,故系统动量近似守恒
D.三者组成的系统动量守恒,因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用,这两个外
力的合力为零
解析:选D由于枪水平放置,故三者组成的系统除受重力和支持力(两外力平衡)外,不受
其他外力,动量守恒。子弹和枪筒之间的力应为系统的内力,对系统的总动量没有影响,故选项
C错误。枪和子弹组成的系统受到车对其的外力作用,车和枪组成的系统受到子弹对其的外力作
用,动量都不守恒,故选项A、B错误,D正确。
2.(多选)在光滑水平面上力、6两小车中间有一弹簧,如图所示,用手抓住小车并将弹簧压
缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看成一个系统,下面说法正确的是()
AB
A.两手同时放开后,系统总动量始终为零
B.先放开左手,再放开右手后,动量不守恒
C.先放开左手,后放开右手,总动量向左
D.无论何时放手,两手放开后,在弹簧恢复原长的过程中,系统总动量都保持不变,但系
统的总动量不一定为零
解析:选ACD在两手同时放开后,水平方向无外力作用,只有弹簧的弹力(内力),故动量
守恒,即系统的总动量始终为零,A对;先放开左手,再放开右手后,是指两手对系统都无作用
力之后的那一段时间,系统所受合外力也为零,即动量是守恒的,B错;先放开左手,系统在右
手作用下,产生向左的作用力,故有向左的冲量,再放开右手后,系统的动量仍守恒,即此后的
总动量向左,C对;其实,无论何时放开手,只要是两手都放开后就满足动量守恒的条件,即系
统的总动量保持不变,D对。
3.(多选)在军事训练中,一战士从岸上以2m/s的速度跳到一条向他缓缓漂来、速度是0.5
m/s的小船上,然后去执行任务,已知战士的质量为60kg,小船的质量是140kg,该战士上船
后又跑了几步,最终停在船上,不计水的阻力,则()
—►Y
一
A.战士跳到小船上到最终停在船上的过程,战士和小船的总动量守恒
B.战士跳到小船上到最终停在船上的过程,战士和小船的总机械能守恒
C.战士最终停在船上后速度为0
D.战士跳上小船到最终停在船上的过程中动量变化量的大小为105kg•m/s
解析:选AD在战士跳到小船到最终停在小船上的过程中,战士和小船的总动量守恒,总机
械能有损失,不守恒,选项A正确,B错误;以战士初始运动方向为正方向,对战士跳到小船上
并最终停在船上的过程,设战士最终停在船上后船和战士的速度为/,由动量守恒定律可知m
人r—0给5=(加人+加册)/,得/=0.25m/s,选项C错误;战士动量的变化量△°=0人(/
—v)=60X(0.25—2)kg,m/s=-105kg,m/s,动量变化量的大小为105kg•m/s,选项D正
确。
4.如图所示,一个木箱原来静止在光滑水平面上,木箱内粗糙的底板上放着一个小木块,木
箱和小木块都具有一定的质量。现使木箱获得一个向右的初速度标,贝(1()
A.小木块和木箱最终都将静止
B.小木块最终将相对木箱静止,二者一起向右运动
C.小木块在木箱内壁将始终来回往复碰撞,而木箱一直向右运动
D.如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止,则二者将一起向左运动
解析:选B木箱和小木块具有向右的动量,并且相互作用的过程中总动量守恒,选项A、D
错误:由于小木块与底板间存在摩擦,小木块最终将相对木箱静止,选项B正确,选项C错误。
5.如图所示,甲、乙两物体在光滑水平面上沿同一直线相向运动,甲、乙物体的速度大小分
别为3m/s和1m/s;碰撞后甲、乙两物体都反向运动,速度大小均为2m/s»则甲、乙两物体
质量之比为()
A.2:3B.2:5
C.3:5D.5:3
解析:选C选取碰撞前甲物体的速度方向为正方向,根据动量守恒定律有mvvx-im.v2=—
0甲%'吸',代入数据,可得甲:加乙=3:5,选项C正确。
6.如图所示,质量为"的小车置于光滑的水平面上,车的上表面是粗糙的,有一质量为卬的
木块,以初速度的滑上小车的上表面。若车的上表面足够长,贝I")
笥T
I\M
7/////7^//////^////////
A.木块的最终速度一定为七
B.由于车的上表面粗糙,小车和木块组成的系统动量减小
C.车的上表面越粗糙,木块减少的动量越多
D.车的上表面越粗糙,小车增加的动量越多
解析:选A以小车和木块组成的系统为研究对象,所受合外力为零,因此系统动量守恒,
由于摩擦力的作用,木块速度减小,小车速度增大,最后小车和木块以共同速度运动。有mn=
(如+助/,解得/=抚,无论车上表面如何粗糙,最终两者的速度都是/=就,故A正
确。
7.(多选)如图所示,在光滑的水平面上有一静止的斜面,斜面光滑,现有一个小球从斜面顶
点由静止释放,在小球下滑的过程中,以下说法正确的是()
A.斜面和小球组成的系统动量守恒
B.斜面和小球组成的系统仅在水平方向上动量守恒
C.斜面向右运动
D.斜面静止不动
解析:选BC小球加速下滑,系统竖直方向上有向下的加速度,竖直方向合力不为零,故系
统动量不守恒,但系统水平方向上合力为零,故系统在水平方向上动量守恒,因小球下滑过程中
水平向左的速度在增大,由动量守恒定律可得,斜面水平向右的速度也在增加,故B、C正确。
8.A,6两球沿同一条直线运动,如图记录了它们碰撞前后的运动情况。其中a、6分别为4、
6碰前的x力图线,c为它们碰后的*t图线。若{球质量为1kg,则8球质量是多少?
h4%/m
1234t/s
解析:由图像可知
碰前vt—2m/s—3m/s,
4-0/C,
Vb—2m/s—2in/So
2—4
碰后Vc—om/s—1m/s,
4A—z
由碰撞过程中动量守恒有
miiVb—(ZRI+Z»;)vc,
代入数据得m产0.67kg。
答案:0.67kg
9.(多选)如图所示,小车放在光滑水平面上,力端固定一个轻弹簧,8端粘有油泥,AB
总质量为M质量为勿的木块C放在小车上,用细绳连接于小车的4端并使弹簧压缩,开始时小
车和木块C都静止,当突然烧断细绳时,。被释放,使。离开弹簧向8端冲去,并跟8端油泥
粘在一起,忽略一切摩擦,以下说法正确的是()
油泥
7777777.7.77.7.77.7.77.7.77.7.7.77.7.77,7
A.弹簧伸长过程中C向右运动,同时小车46也向右运动
B.。与6碰前,C与小车的速率之比为M:加
C.,与油泥粘在一起后,小车46立即停止运动
D.C与油泥粘在一起后,小车继续向右运动
解析:选BC弹簧向右推4C向右运动,同时弹簧向左推4端,小车48向左运动,A错误;
因小车48与C组成的系统动量守恒,。与5碰前,有碇=椒必得%:匕后M:例B正确;C与
6碰撞过程动量守恒,有:mvc—Mv,vs—v,知y=0,故C正确、D错误。
10.(多选)如图所示,一个质量为〃=2kg的足够长的木板放置在光滑水平面上,木板的一
侧是一个固定在水平面上的四分之一圆弧必;圆弧半径20.6m,£点切线水平。轨道底端高度
与木板高度相同。现将可视为质点、质量为加=1kg的小铁块从弧形轨道顶端由静止释放,小铁
块到达轨道底端时,轨道的支持力为25N。若小铁块在弧形轨道上下滑动过程中克服摩擦力所做
的功为心小铁块和长木板达到的共同速度为%重力加速度g取10m/s?。则()
解析:选BD小铁块在弧形轨道底端时,满足厂一侬=£,解得:3=3m/s,根据动能定
K
理有侬??一修=;"/一0,解得:/0=1.5J。根据动量守恒定律知0依=(7+粉%解得v=lm/s。
故选项B、D正确。
11.如图所示,一足够长木板,质量为M,放在光滑水平面上,在其左端放一质量为"的小
木块(可视为质点),m>M,木块与木板间存在摩擦,现使两者以速度的共同向右运动。已知木板
与墙碰撞后立即反向且速度大小不变,木块不会滑离木板和碰到墙。求木板在第二次碰墙后的运
动过程中,木板速度为零时木块的速度。
一。
[m|_________个
1MlN
解析:第一次碰墙后,木板原速率反向瞬间,木块速度不变,木板与木块最终一起以共同速
度向右运动,
由动量守恒定律得(加一助匕=(/〃+助
后m—MVQ
得片一启万
第二次碰墙后,当木板速度为零时,由动量守恒定律得(勿一助
ID—M~
y1=------匕。
1守mm+M
rn—,1/~
答案:KT"。
3、实验:动量守恒定律的验证
1.(多选)在利用气垫导轨做动量守恒定律的验证的实验中,下列哪些因素可导致实验误差
()
A.导轨安放不水平B.滑块上挡光片倾斜
C.两滑块质量不相等D.两滑块碰后连在一起
解析:选AB导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响,从而产生实验误差;挡光片倾斜
会导致挡光片宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移;实验中并不要求两滑块的质量相等;两滑块
碰后连在一起并不影响碰撞中的守恒量。综上所述,A、B选项正确。
2.在利用平抛运动做“动量守恒定律的验证”实验中,安装斜槽轨道时.,应让斜槽末端的
切线保持水平,这样做的目的是()
A.入射球得到较大的速度
B.入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向
C.入射球与被碰球碰撞时动能无损失
I).入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出
解析:选B实验中小球能水平飞出是实验成功的关键,只有这样才能使两个小球在空中运
动时间相等。
3.某同学用图甲所示装置来做动量守恒定律的验证,实验时先让小球a从斜槽轨道上某固
定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下痕迹,重复10次;然后再把小球方静置
在斜槽轨道末端,让小球a仍从原固定点由静止开始滚下,和小球8相碰后,两球分别落在记录
纸的不同位置处,重复10次。
(1)在安装实验器材时斜槽的末端应______________.
(2)小球a、。质量的大小关系应满足松如,,两球的半径应满足乙(选填
或,,=")
(3)本实验中小球落地点的平均位置距。点的距离如图乙所示,小球a、6碰撞后的平均落地
点依次是图乙中的点和点。
(4)在本实验中,验证动量守恒定律的式子是下列选项中的。
A.m„OC—mi,OB
B.m,OB=m*OA+mi>OC
C.m;,OA—n,OB+mbOC
解析:(1)小球离开轨道后应做平抛运动,所以在安装实验器材时斜槽的末端必须保持水平,
才能使小球做平抛运动。
(2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹,入射小球a的质量如应该大于被碰小球b的质量
及。为保证两个小球的碰撞是对心碰撞,两个小球的半径应相等。
(3)碰撞后小球a、b的落地点位置分别为4点、C点。
(4)小球下落高度一样,所以在空中的运动时间t相等,若碰撞过程满足动量守恒,则应有
HIM—mhvi„两边同时乘以时间t可得11t+叫明,3即有圾,0B=n110A+mQC,故选项B
正确。
答案:(1)保持水平(2)>=(3)/1C(4)B
4.某同学用如图甲所示的装置做“动量守恒定律的验证”的实验,先将球a从斜槽轨道上某
固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次,再把同样大小的球。
放在斜槽轨道水平段的最右端处静止,让球a仍从原固定点由静止开始滚下,且与球6相碰,碰
后两球分别落在记录纸的不同位置,重复10次。(本实验中的斜槽轨道摩擦可以忽略不计)
(1)在本实验中,下列不是产生误差的主要原因的是________o
A.碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向
不是绝对沿水平方向
B.小球在空气中飞行时受到空气阻力
C.通过复写纸描得的各点,不是理想点,有一定的大小,从而带来作图上的误差
D.测量长度时有误差
(2)放上被碰小球6,两球(加>加相碰后,小球a、6的平均落点位置依次是图甲中的一
点和______点。
(3)某学生在做该实验时,不小心把a、6球位置换了,即把质量较大的a球(质量为例)当成
了被碰球,把质量较小的5球(质量为加当成了入射球,且已知期>%?“,结果6球单独滚下时,
平均落点为,点,而6球与a球相撞后,6球和a球平均落点分别为4点和夕点(如图乙所示)。
该同学也测得过程中的各物理量,利用这些数据也能判断碰撞过程中的动量守恒,判断的依
据是看和____________________在误差允许的范围内是否相等。利用该实验的数据还可
以判断两球碰撞过程中机械能是否守恒。判断的依据是看期与一在误
差允许的范围内是否相等。
解析:(1)由于碰撞前后小球的速度方向不是绝对沿水平方向,落点不确定,长度测量时有
误差等都是造成误差的主要原因;而在本实验中,由于小球的运动速度不是很大,所以空气阻力
虽然会对测量结果造成影响,但不是产生误差的主要原因,故选B。
(2)a、6两球相碰后,a落在题图甲中4点,6落在题图甲中。点。
(3)判断碰撞过程中动量守恒的依据是:在误差允许范围内,mb•la—m,,•los+m,,•7a«,
判断机械能守恒的依据:在误差允许范围内,loL
答案:(1)B(2)4C
(3)®,•locm„•IOB-^nh,•IOAma•Jo/)+m,•lo,\
5.用如图所示装置来做“动量守恒定律的验证”实验,质量为肱的钢球8放在小支柱"上,
球心离地面高度为〃;质量为肉的钢球/用细线拴好悬挂于。点,当细线被拉直时。点到球心的
距离为乙且细线与竖直线之间夹角为。;球1由静止释放,摆到最低点时恰与球8发生正碰,
碰撞后,4球把轻质指示针。推移到与竖直夹角为f处,3球落到地面上,地面上铺有一张盖有
复写纸的白纸〃,用来记录球6的落点。
(1)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后4、6两球的速度(设从6两球碰前的速度分
别为%、VB,碰后速度分别为VA'>VB),则VA=_VA'=__VB=_,
(2)请你提供两条提高实验精度的建议:
解析:(1)根据机械能守恒定律,宿%"V:=//hgL(1—cosa),vA=yf2ffL_1—cosa-。碰
撞后,同理可知"K2gLl-cos£,由题意,碰撞前”=0,碰撞后小球6做平抛运动,
可得Vgt=x,解得Vs
(2)①让球1多次从同一位置摆下,求6球落点的平均位置;②。角取值不要太小;③两球尔
8的质量不要太小。(任答两条)
答案:⑴y/2gzi_1—cosa-72gL一"LeosB_0x(2)见解析
6.为了验证碰撞中的动量守恒定律和检验两个小球的碰撞过程中的机械能损失情况,某同
学选取了两个体积相同、质量相差比较大的小球,按下述步骤做了实验:
①用天平测出两小球的质量(分别为的和出且的>加)。
②按图示安装好实验器材,将斜槽固定在桌边,使槽的末端切线水平,将一斜面8c连接
在斜槽末端。
③先不放小球的让小球⑶从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置。
④将小球加放在斜槽末端边缘处,让小球⑶从斜槽顶端A处由静止开始滚下,使它们发生碰
撞,分别记下小球面和及在斜面上的落点位置。
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点6的距离。图中〃、队尸点是该同学记下小
球在斜面上的落点位置,到8点的距离分别为。、LE、U
(1)在不放小球股时,小球处从斜槽顶端/处由静止开始滚下,面的落点在图中的—
点,把小球血放在斜槽末端边缘处,让小球//;,从斜槽顶端A处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,
碰后小球®的落点在图中的点。
(2)若碰撞过程中,动量和机械能均守恒,不计空气阻力,则下列表达式中正确的有。
A.nhLt=miLi;
B.Ln—ntiLi'i+mJ;:
C.miLE—nhnhLp
D.LE~LF—LD
解析:(D小球处从斜槽顶端4处由静止开始滚下,处的落点在题图中的后点,小球/九和小
球他碰撞后,小球磔的速度增大,小球用的速度减小,都做平抛运动,所以碰撞后小球面的落
点是〃点,小球帆的落点是尸点。
(2)设斜面倾角为,,小球落点到6点的距离为。小球从8点抛出时速度为右则竖直方向
有£sin水平方向有£cosO=vt,解得
所以口由题意分析得,只要满足加%=秋吸+加□',把速度r代入整理得见啦』的"(+
就“,,说明两球碰撞过程中动量守恒;若两小球碰撞前后机械能没有损失,则要满足关系式"ZZA/
=5如Vi'V2,整理得周乙=0。+色。•,故C正确。
答案:(1)£D(2)C
4、动量守恒定律的应用
1.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是()
A.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭
B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出,气体的反作用力推动火箭
C.火箭吸入空气,然后向后推出,空气对火箭的反作用力推动火箭
D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭
解析:选B火箭的工作原理是反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温高压气体从尾部迅速喷
出时,使火箭获得反冲速度,故选项B正确。
2.假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上,现欲离开冰面,下列方法中可行的是()
A.向后踢腿B.手臂向后甩
C.在冰面上滚动D.脱下外衣水平抛出
解析:选D踢腿、甩手对整个身体系统来讲是内力,内力不改变系统整体的运动状态。
3.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是()
A.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭
B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出,气体的反作用力推动火箭
C.火箭吸入空气,然后向后推出,空气对火箭的反作用力推动火箭
D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭
解析:选B火箭工作的原理是利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管
迅速喷出时.,使火箭获得反冲速度,故B正确。
4.一航天器完成对月球的探测任务后,在离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面
成一倾角的直线飞行,先加速运动,再匀速运动,探测器通过喷气而获得推动力,以下关于喷气
方向的描述中正确的是()
A.探测器加速运动时,沿直线向后喷气
B.探测器加速运动时,竖直向下喷气
C.探测器匀速运动时,竖直向下喷气
D.探测器匀速运动时,不需要喷气
解析:选C探测器加速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力沿加
速运动方向,选项A、B错误;探测器匀速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引
力的合力为零,根据反冲运动的特点可知选项C正确,选项D错误。
5.一炮艇总质量为M以速度的匀速行驶,从艇上以相对炮艇的水平速度「沿前进方向发
射一质量为"的炮弹,射出炮弹后炮艇的速度为,,若不计水的阻力,则下列各关系式中正确
的是()
A.Mvo—Mv'
B.Mvo=(J/—zz?)v'+mv
C.Mvo—(M—ni)v'+W(V+K))
D.Mvo—Gl/—/»)/+///(v+v')
解析:选D发射炮弹的过程,系统动量守恒,发射前,系统的总动量为加缶射出炮弹后,
炮艇的质量变为M—/力,速度为”,炮弹质量为加,对地速度为〃+/,所以系统总动量为(科一
ni)v'+〃(/+/'),本题选D。
6.(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()
A.使喷出的气体速度更大
B.使喷出的气体温度更高
C.使喷出的气体质量更大
D.使喷出的气体密度更小
解析:选AC设火箭原来的总质量为M喷出的气体质量为卬,速度是外剩余的质量为(M
mv
一血,速度是「',由动量守恒得:(M—4/=mv得:/1由上式可知:m、r越大,/
越大。故A、C正确。
7.春节期间孩子们玩“冲天炮”,有一个被点燃的“冲天炮”喷出气体竖直向上运动,其中
有一段时间内“冲天炮”向上做匀速直线运动,假设“冲天炮”在这段时间内受到的阻力不变,
则在这段时间内“冲天炮”()
A.所受的合力为零B.受到的反冲力变小
C.机械能不变D.动量变小
解析:选A由于“冲天炮”在这段时间内做匀速直线运动,处于平衡状态,所以“冲天炮”
受到的合力为零,A正确;“冲天炮”在这段时间内做匀速直线运动,反冲力与重力、阻力平衡,
保持不变,B错误;“冲天炮”在这段时间内做匀速直线运动,速度不变,动量不变,动能不变,
势能增加,故机械能一定增加,C、D错误。
8.竖直发射的火箭质量为6X10,kgo已知每秒钟喷出气体的质量为200kg。若要使火箭最
初能得到20m/s?的向上的加速度,则喷出气体的速度应为()
A.700m/sB.800m/s
C.900m/sD.1000m/s
解析:选C每秒喷出气体的动量等于火箭每秒增加的动量,即卬气r气=/箭V箭,由动量定
嘛麻叭叭
理得火箭获得的动力F=,,又F—m*g=m璃a,得/气=900m/s,选项C正确。
9.一个士兵坐在皮划艇上,他连同装备和皮划艇的总质量是120kg。这个士兵用自动步枪
在2s内沿水平方向连续射出10发子弹,每发子弹的质量是10g,子弹离开枪口时相对步枪的
速度是800m/s。射击前皮划艇是静止的,不考虑水的阻力。
(1)每次射击后皮划艇的速度改变多少?
(2)连续射击后皮划艇的速度是多大?
(3)连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大?
解析:⑴根据动量守恒定律有:(必一加%一卬比=0
-3
niv210X10X800,,
解用"=J/-R=120-10X10-m/s七0.067m/s
由于子弹质量很小,相对士兵和皮划艇总质量可忽略,故每次速度改变约0.067m/s。
(2)由于皮划艇每次射击改变的速度很小,相对于子弹的速度可以忽略,根据动量守恒定律
(〃一10勿)"一10小丹=0
\0niV21OX1OX1O-3X8OO
解得偏=;J/-10ffl=120-10X10X10-3m/s=0.67m/so
(3)根据动量定理F
如「120X0.67
解得F=-——N=40.2No
t
答案:(1)0.067m/s(2)0.67m/s(3)40.2N
10.质量为以半径为〃的小球,放在半径为20、质量为2勿的大空心球内,大球开始静止在
光滑水平面上。当小球从如图所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时,大球移动的距离是
()
R
A.]B.-
cRR
C,4D-6
解析:选B由水平方向动量守恒有0x小球一2加x大球=0,又x小球+x大球=忆所以x大球=今
选项B正确。
11.(多选)一个质量为"的平板车静止在光滑的水平面上,在平板车的车头与车尾站着甲、
乙两人,质量分别为0和施,当两人相向而行时()
A.当例>例时,车子与甲运动方向一致
B.当匕>吸时,车子与甲运动方向一致
C.当的%=网或时,车子静止不动
D.当加%>微必时,车子运动方向与乙运动方向一致
解析:选CD车子向哪一个方向运动,取决于甲、乙两人的动量大小关系,根据动量守恒定
律可知选项C、D正确。
12.某小组在探究反冲运动时,将质量为面的一个小液化气瓶固定在质量为极的小模具船上,
利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开液化
气瓶后向外喷射气体的对地速度为小如果在△力的时间内向后喷射的气体的质量为A〃,忽略水
的阻力,则
(1)喷射出质量为A勿的气体后,小船的速度是多少?
(2)喷射出△位气体的过程中,小船所受气体的平均作用力的大小是多少?
解析:(1)由动量守恒定律得:
0—(例+加—Ani)re—△mv\,
Amv\
得:1OTI+Z%—△m
(2)对喷射出的气体运用动量定理得:F&t=Rmv、,
解得Q筌
由牛顿第三定律知小船所受气体的平均作用力大小为筌
△加修
答案:(1)⑵筌
如+破一△m
13.平板车停在水平光滑的轨道上,平板车上有一人从固定在车上的货厢边沿水平方向顺着
轨道方向跳出,落在平板车地板上的4点,距货厢水平距离为/=4m,如图所示,人的质量为",
车连同货厢的质量为m=4如货厢高度为方=1.25m,求人跳出后到落到地板前车的反冲速度大
小。
解析:人从货厢边跳离的过程,系统(人、车和货厢)在水平方向动量守恒,则〃阳一向矛2=0,
又用+*2=/解得入2=0.8m
2X1.25
人跳离货厢后做平抛运动,车以灯做匀速运动,运动时间为t=\匕=\—而一s=0.5
所以卷=今=1.6m/so
答案:1.6m/s
5、弹性碰撞与非弹性碰撞
1.下列关于碰撞的理解正确的是()
A.碰撞是指相对运动的物体相遇时,在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程
B.在碰撞现象中,一般内力都远大于外力,所以可以认为碰撞时系统的动能守恒
C.如果碰撞过程中机械能守恒,这样的碰撞叫作非弹性碰撞
D.微观粒子的相互作用由于不发生直接接触,所以不能称其为碰撞
解析:选A碰撞是十分普遍的现象,它是相对运动的物体相遇时发生的一种现象,一般内
力远大于外力。如果碰撞中机械能守恒,就叫作弹性碰撞。微观粒子的相互作用同样具有短时间
内发生强大内力作用的特点,所以仍然是碰撞。
2.如图所示,物体力静止在光滑的水平面上,4的左边固定有轻质弹簧,与/质量相等的物
体8以速度/向/运动并与弹簧发生碰撞,4、6始终沿同一直线运动,则从8组成的系统动能
损失最大的时刻是()
回
A.力开始运动时B.4的速度等于r时
C.8的速度等于零时D.1和8的速度相等时
解析:选D4、6速度相等时弹簧的压缩量最大,弹簧弹性势能最大,/、8组成的系统动能
损失最大,选项D正确。
3.现有甲、乙两滑块,质量分别为3股和加以相同的速率r在光滑水平面上相向运动,发
生了碰撞。已知碰撞后,甲滑块静止不动,那么这次碰撞是()
A.弹性碰撞B.非弹性碰撞
C.完全非弹性碰撞D.条件不足,无法确定
解析:选A以甲滑块的运动方向为正方向,由动量守恒定律得:3«-v-mv=Q+mv',所
以y'=2v,碰前总动能笈=;X3R•声+;"/=2R/,碰后总动能笈'=%▼。=2加,反=反',
所以A正确。
4.在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球,它们的动能相等,已知甲球的质量大于乙球
的质量,它们正碰后可能发生的情况是()
A.甲、乙两球都沿乙球的运动方向
B.甲球反向运动,乙球停下
C.甲、乙两球都反向运动
D.甲、乙两球都反向运动,且动能仍相等
解析:选C由p:'=2值知,正碰前甲球的动量大于乙球的动量,所以总动量的方向应为甲
球的初动量的方向,可以判断C正确,A、B、D错误。
5.如图所示,小球/和小球8质量相同,球8置于光滑水平面上,当球4的最低点从高为力
处由静止摆下,到达最低点恰好与球8相撞,并粘合在一起继续摆动,它们能上升的最大高度是
()
A.hB.5
11
C.0D.於
解析:选C对球4碰撞前下落过程由机械能守恒定律有mgh=/e,得y=[丽。对碰撞过
程由动量守恒定律有碇=2“',得/=写。对整体,设上升的最大高度为力',则由机械
能守恒定律有2侬力'=1•2mv'解得〃=J,C正确。
乙
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