高考物理二轮总复习专题能力训练7动量动量的综合应用

专题能力训练7动量动量的综合应用(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共7小题,每小题6分,共42分。在每小题给出的四个选项中,1~5题只有一个选项符合题目要求,6~7题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.(2022·广西五市联考二模)1966年人类曾在地球以外的太空完成了以牛顿运动定律为基础的测定物体质量的实验。实验时,用质量为m1的双子星座号宇宙飞船去接触可视为静止的质量为m2的火箭组(发动机已熄火),接触以后,开动双子星座号飞船的推进器,使飞船和火箭组共同加速。某一次实验推进器的平均推力F为895N,推进器开动时间为8s,测出飞船和火箭组的速度变化量是0.80m/s。双子星号宇宙飞船的质量是已知的,m1=3400kg,根据这次实验可知()A.火箭组的质量为m2=5550kgB.飞船和火箭组共同加速的加速度为0.80m/s2C.双子星座号宇宙飞船对火箭组的推力大于火箭组对双子星座号宇宙飞船的推力D.火箭组在这次实验过程中所受合外力的冲量为零2.(2022·广东高考冲刺模拟)水刀切割具有精度高、无热变形、无毛刺、无需二次加工以及节约材料等特点,因而得到广泛应用。如图所示,若横截面直径为d的圆柱形水流垂直射到要切割的钢板上,碰到钢板后水的速度减为零。已知水的流量(单位时间流出水的体积)为Q,水的密度为ρ,则钢板受到水的平均冲力大小为 ()A.4Qρ B.QρC.16ρQπd3.(2021·重庆一中高三一模)新型冠状病毒主要传播方式为飞沫传播。有关专家研究得出打喷嚏时气流喷出的速度可达50m/s,假设一次打喷嚏人受到的平均反冲力约为0.16N,时间大约为0.03s,估算打一次喷嚏喷出空气的质量约为()A.9.6×103kg B.9.6×105kgC.1.92×103kg D.1.92×105kg4.(2021·河北石家庄二模)一战斗机以速度v0水平向东飞行,到达目的地时,将总质量为m0的导弹自由释放瞬间,导弹向西喷出质量为m、对地速率为v1的燃气,则喷气后导弹的速率为()A.m0v0C.m0v05.(2021·北京北理工附中高三三模)根据量子理论:光子既有能量也有动量;光子的能量E和动量p之间的关系是E=pc,其中c为光速。由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量,也就对物体产生了一定的压强。根据动量定理可近似认为:当动量为p的光子垂直照到物体表面,若被物体反射,则物体受到的冲量大小为2p;若被物体吸收,则物体受到的冲量大小为p。某激光器发出激光束的功率为P0,光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时,物体对该激光的反光率为η,则激光束对此物体产生的压强为()A.(1+η)C.(1-η6.(2022·广西南宁二模)无限长的水平面上放置有A、B两滑块,其质量mA>mB。一根轻质弹簧,一端与A固定连接,另一端与B紧靠(不固定连接)。用细线把两滑块拉紧,弹簧被压缩,如图所示。如果把细线烧断,两滑块与弹簧分离后,继续运动。不计空气阻力,把A、B和弹簧看作系统,下列说法正确的是()A.若水平面光滑,系统动量守恒,系统机械能守恒B.若水平面粗糙,系统动量一定不守恒,机械能一定不守恒C.若A、B受到的摩擦力大小相等,B运动的总路程较长D.若A、B受到的摩擦力大小相等,B运动的总时间较长7.如图(a)所示,在粗糙的水平地面上有两个大小相同但材质不同的甲、乙物块。t=0时刻,甲物块以速度v0=4m/s向右运动,经一段时间后与静止的乙物块发生正碰,碰撞前后两物块运动的vt图像如图(b)中实线所示,其中甲物块碰撞前后的图线平行。已知甲物块质量为5kg,乙物块质量为4kg。则()(a)(b)A.此碰撞过程为弹性碰撞B.碰后瞬间乙物块速度为2.5m/sC.碰后乙物块移动的距离为3.75mD.碰后甲、乙两物块所受摩擦力之比为6∶5二、非选择题(本题共3小题,共58分)8.(18分)汽车A在水平冰雪路面上行驶。驾驶员发现其正前方停有汽车B,立即采取制动措施,但仍然撞上了汽车B。两车碰撞时和两车都完全停止后的位置如图所示,碰撞后B车向前滑动了4.5m,A车向前滑动了2.0m,已知A和B的质量分别为2.0×103kg和1.5×103kg,两车与该冰雪路面间的动摩擦因数均为0.10,两车碰撞时间极短,在碰撞后车轮均没有滚动,重力加速度大小g取10m/s2。求:(1)碰撞后的瞬间B车速度的大小;(2)碰撞前的瞬间A车速度的大小。9.(20分)(2021·江西师大附中高三三模)打桩船是海上风电场、跨海大桥、港口码头等海洋工程建设的重要装备。其工作原理等效简化图如图所示,质量为m'=200t的桩竖直放置,质量为m=50t的打桩锤从离桩上端h=0.8m处静止释放,下落后垂直打在桩上,打桩锤与桩作用时间极短,然后二者以相同速度一起向下运动直到停止。桩向下运动过程中的阻力与进入深度成正比(比例系数为k,k未知),g取10m/s2。(1)求打桩锤刚要打中桩前的速度大小。(2)求打桩锤击中桩后二者一起向下运动的速度大小。(3)若第一次打桩后,桩向下运动的距离为x1=0.4m,求桩向下运动过程中的阻力与进入深度成正比的比例系数k为多少?10.(20分)(2022·重庆渝北校级模拟)如图所示,左右无限长的光滑水平地面上有2022个大小相同的小球排成一排,相邻小球间的间距均为l,将其从左到右依次编号。1号小球质量为m,2~2022号小球质量均为km(k为比例系数)。用一根不可伸长的轻绳拴住1号小球,上端连接于固定结点处,拴好后轻绳刚好竖直伸直且1号小球接触水平地面。在轻绳旁边固定一电热丝,通电时可将轻绳瞬间烧断。将1号小球向左上方提起H高度,此时轻绳伸直,与竖直方向的夹角为θ,所有小球仍在同一竖直面内,将电热丝通电后再由静止释放1号小球。所有小球之间的碰撞均为弹性正碰,重力加速度为g,不计空气阻力,忽略轻绳烧断后对小球运动的影响。(1)求1号小球释放后瞬间的加速度大小。(2)求1号小球与2号小球第一次碰撞中给2号小球的冲量大小以及对2号小球做的功。(3)1、2号小球间第一次碰撞后立即给1号小球施加水平向右的恒定外力F(图中未画出),使1号小球每次碰撞前瞬间的速度都相等,直到所有小球速度第一次相等时撤去外力,求外力F的大小以及最终1号和2022号小球间的距离(小球大小忽略不计)。

专题能力训练7动量动量的综合应用1.A解析:根据动量定理可得Ft=(m1+m2)v,解得m2=5550kg,选项A正确。根据加速度的定义式可知,飞船和火箭组共同加速的加速度为a=vt=0.808m/s22.D解析:设t时间内有体积为V的水打在钢板上,则这些水的质量为m=ρV=ρSvt=14πd2ρvt,以这部分水为研究对象,它受到钢板的作用力为F,以水运动的方向为正方向,由动量定理得Ft=0mv,解得F=14πd2ρv2,水流速度为v=QS=4Qπ3.B解析:设打一次喷嚏喷出空气的质量为m,由动量定理可得FΔt=mv,代入数据解得m=9.6×105kg,B正确。4.A解析:以导弹飞行的方向为正方向,导弹被飞机释放后导弹喷出燃气前后瞬间,根据动量守恒定律得m0v0=(m0m)vmv1,解得v=m05.B解析:时间t内释放光子的能量为E=P0t,光子的总动量为p=Ec=P0tc,根据题意,由动量守恒定律有2ηp+(16.AC解析:动量守恒的条件是系统不受外力或合外力为零,机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功。若水平面光滑,系统的合外力为零,系统动量守恒;只有弹力做功,所以,系统机械能守恒,选项A正确。若水平面粗糙且两者受到的摩擦力等大反向,则系统合外力为零,动量守恒,但要克服摩擦力做功,系统机械能不守恒;若水平面粗糙且两者受到的摩擦力大小不等,则系统合外力不为零,动量不守恒,选项B错误。若A、B受到的摩擦力大小相等,系统的合外力为零,系统动量守恒,取向左为正方向,由动量守恒定律得pA=pB。两滑块与弹簧分离后滑行过程,根据动能定理,对A,有FfxA=0pA22mA对B,有FfxB=0pB22mB结合mA>mB得xA<xB,即B运动的总路程较长,选项C正确。两滑块与弹簧分离后滑行过程,由动量定理,对A,取初速度方向为正方向,有FftA=0pA对B,取初速度方向为正方向,有FftB=0pB对比可得tA=tB,则两滑块的运动总时间相等,选项D错误。7.BC解析:由题图知,碰前瞬间甲物块的速度为v=3m/s,碰后瞬间甲物块的速度为v1=1m/s,设乙物块碰后瞬间的速度为v2,取碰前甲物块的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得m甲v=m甲v1+m乙v2,解得v2=2.5m/s,故B正确;碰撞前后系统动能之差为ΔEk=12m甲v212m甲v12-12m乙v22,解得ΔEk=7.5J,所以,此碰撞过程为非弹性碰撞,故A错误;碰撞前后甲的加速度为a甲=1m/s2,若未发生碰撞,则甲速度从3m/s减为0的时间为t=31s=3s,由题图可知,乙经碰撞后到停止运动的时间与t相等,则碰后乙物块移动的距离为s=v22t=2.52×3m=3.75m,故C正确;对碰后乙物块滑行过程,根据动量定理得Ff乙t=0m乙v2,解得Ff乙=103N,甲物块所受摩擦力大小为Ff甲=m8.答案:(1)3.0m/s(2)4.25m/s解析:(1)设B车的质量为mB,碰后加速度大小为aB。根据牛顿第二定律有μmBg=mBaB ①式中μ是汽车与路面间的动摩擦因数。设碰撞后瞬间B车速度的大小为vB',碰撞后滑行的距离为sB。由运动学公式有vB'2=2aBsB ②联立①②式并利用题给数据得vB'=3.0m/s。 ③(2)设A车的质量为mA,碰后加速度大小为aA。根据牛顿第二定律有μmAg=mAaA ④设碰撞后瞬间A车速度的大小为vA',碰撞后滑行的距离为sA。由运动学公式有vA'2=2aAsA ⑤设碰撞前的瞬间A车速度的大小为vA,两车在碰撞过程中动量守恒,有mAvA=mAvA'+mBvB'⑥联立③④⑤⑥式并利用题给数据得vA=4.25m/s。 ⑦9.答案:(1)4m/s(2)0.8m/s(3)1.35×107N/m解析:(1)根据动能定理得mgh=12mv解得v=4m/s。(2)打桩锤与桩作用时间极短,相互作用过程动量守恒,则有mv=(m+m')v1解得v1=0.8m/s。(3)设桩向下运动过程中的阻力与进入深度关系为Ff=kx则第一次击打后,有(m'+m)gx112(0+kx1)x1=012(m'+m解得k=1.35×107N/m。10.答案:(1)gsinθ(2)2k(3)4k(1+k)2·解析:(1)1号小球释放后瞬间,合外力垂直于轻绳向右下方,由牛顿第二定律有mgsinθ=ma得释放后瞬间的加速度为a=gsinθ。(2)1号小球从释放到与2号小球碰撞之前瞬间,由机械能守恒定律,有mgH=12解得v0=21、2号小球碰撞前后动量和机械能守恒,分别有mv0=mv1+kmv212mv联立解得v1=1-k1+k2对2号小球,由动量定理,有I=kmv2对2号小球,由动能定理,有W=12·km联立解得I=2W=4k((3)1、2号小球碰后