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1、微專題48 動量守恒定律的理解和應(yīng)用
[方法點撥] (1)守恒條件的判斷:理想守恒、近似守恒、單方向守恒.(2)應(yīng)用關(guān)鍵是選好合適的系統(tǒng)、合適的過程,即一定要明確研究對象是誰,明確守恒過程的初、末狀態(tài).(3)要注意規(guī)定正方向.
1.(多選)(2017·北京西城區(qū)模擬)如圖1所示,甲、乙兩人靜止在光滑的冰面上,甲沿水平方向推了乙一下,結(jié)果兩人向相反方向滑去.已知甲的質(zhì)量為45kg,乙的質(zhì)量為50kg.則下列判斷正確的是( )
圖1
A.甲的速率與乙的速率之比為10∶9
B.甲的加速度大小與乙的加速度大小之比為9∶10
C.甲對乙的沖量大小與乙對甲的沖量大小之比為1∶1
D
2、.甲的動能與乙的動能之比為1∶1
2.(2017·北京石景山區(qū)模擬)如圖2所示,一輕繩上端固定,下端系一木塊,處于靜止狀態(tài).一顆子彈以水平初速度射入木塊內(nèi)(子彈與木塊相互作用時間極短,可忽略不計),然后一起向右擺動直至達到最大偏角.從子彈射入木塊到它們擺動達到最大偏角的過程中,對子彈和木塊,下列說法正確的是( )
圖2
A.機械能守恒,動量不守恒
B.機械能不守恒,動量守恒
C.機械能不守恒,動量不守恒
D.機械能守恒,動量守恒
3.(多選)(2017·福建漳州聯(lián)考)如圖3所示,木塊a和b用一根水平輕彈簧連接起來,放在光滑水平面上,a緊靠在墻壁上,在b上施加向左的水平力F使
3、彈簧壓縮,當撤去外力后,下列說法中正確的是( )
圖3
A.尚未離開墻壁前,a、b及彈簧組成的系統(tǒng)動量守恒
B.尚未離開墻壁前,a、b及彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒
C.離開墻壁后,a、b及彈簧組成的系統(tǒng)動量守恒
D.離開墻壁后,a、b及彈簧組成的系統(tǒng)動量不守恒
4.(多選)(2017·貴州凱里模擬)如圖4所示,豎直平面內(nèi)的光滑水平軌道的左邊與墻壁對接,右邊與一個足夠高的光滑圓弧軌道平滑相連,木塊A、B靜置于光滑水平軌道上,A、B的質(zhì)量分別為1.5kg和0.5kg.現(xiàn)讓A以6m/s的速度水平向左運動,之后與墻壁碰撞,碰撞的時間為0.3 s,碰后的速度大小變?yōu)? m/s,當A與B碰
4、撞后立即粘在一起運動,g取10m/s2,則( )
圖4
A.A與墻壁碰撞的過程中,墻壁對A的平均作用力的大小F=50N
B.A與墻壁碰撞的過程中沒有能量損失
C.A、B碰撞后的速度v=3m/s
D.A、B滑上圓弧軌道的最大高度h=0.55m
5.(2017·四川成都第一次診斷)如圖5所示,小車靜止在光滑水平面上,AB是小車內(nèi)半圓軌道的水平直徑,現(xiàn)將一小球從距A點正上方h高處由靜止釋放,小球由A點沿切線方向經(jīng)半圓軌道后從B點沖出,在空中能上升的最大高度為0.8h,不計空氣阻力.下列說法正確的是( )
圖5
A.在相互作用過程中,小球和小車組成的系統(tǒng)動量守恒
B.小球
5、離開小車后做豎直上拋運動
C.小球離開小車后做斜上拋運動
D.小球第二次沖出軌道后在空中能上升的最大高度為0.6h
6.(多選)(2017·福建漳州八校模擬)如圖6所示,光滑水平地面上靜止放置由彈簧相連的木塊A和B,開始時彈簧處于原長,現(xiàn)給A一個向右的瞬時沖量,讓A開始以速度v0向右運動,若mA>mB,則( )
圖6
A.當彈簧壓縮最短時,B的速度達到最大值
B.當彈簧再次恢復(fù)原長時,A的速度一定向右
C.當彈簧再次恢復(fù)原長時,A的速度一定小于B的速度
D.當彈簧再次恢復(fù)原長時,A的速度可能大于B的速度
7.(2017·江西南昌三校第四次聯(lián)考)如圖7所示,勻強磁場的方向
6、垂直紙面向里,一帶電微粒從磁場邊界d點垂直于磁場方向射入,沿曲線dpa打到屏MN上的a點,通過pa段用時為t.若該微粒經(jīng)過p點時,與一個靜止的不帶電微粒碰撞并結(jié)合為一個新微粒,最終打到屏MN上.若兩個微粒所受重力均忽略,則新微粒運動的( )
圖7
A.軌跡為pb,至屏幕的時間將小于t
B.軌跡為pc,至屏幕的時間將大于t
C.軌跡為pa,至屏幕的時間將大于t
D.軌跡為pb,至屏幕的時間將等于t
8.(多選)(2017·山東淄博一模)如圖8所示,在質(zhì)量為M(含支架)的小車上用輕繩懸掛一小球,小球質(zhì)量為m0,小車和小球以恒定的速度v沿光滑的水平地面運動,與位于正對面的質(zhì)量為m的
7、靜止木塊發(fā)生碰撞,碰撞時間極短,下列哪些說法是可能發(fā)生的( )
圖8
A.在此碰撞過程中,小車、木塊、小球的速度都發(fā)生變化,分別變?yōu)関1、v2、v3,滿足(M+m0)v=Mv1+mv2+m0v3
B.在此碰撞過程中,小球的速度不變,小車和木塊的速度變?yōu)関1和v2,滿足(M+m0)v=Mv1+mv2
C.在此碰撞過程中,小球的速度不變,小車和木塊的速度都變?yōu)閡,滿足Mv=(M+m)u
D.碰撞后小球擺到最高點時速度變?yōu)関1,木塊的速度變?yōu)関2,滿足(M+m0)v=(M+m0)v1+mv2
9.(2017·黑龍江大慶模擬)如圖9所示,甲、乙兩船的總質(zhì)量(包括船、人和貨物)分別為1
8、2m、14m,兩船沿同一直線、同一方向運動,速度分別為2v0、v0.為避免兩船相撞,乙船上的人將一質(zhì)量為m的貨物沿水平方向拋向甲船,甲船上的人將貨物接住,求拋出貨物的最小速度.(不計水的阻力)
圖9
10.(2018·山東青島二中模擬)如圖10所示,光滑水平軌道上放置長木板A(上表面粗糙)和滑塊C,滑塊B置于A的左端,三者質(zhì)量分別為mA=2kg、mB=1kg、mC=2kg.開始時C靜止,A、B一起以v0=5m/s的速度勻速向右運動,A與C發(fā)生碰撞(時間極短)后C向右運動,經(jīng)過一段時間,A、B再次達到共同速度一起向右運動,且恰好不再與C碰撞.求A與C發(fā)生碰撞后瞬間A的速度
9、大?。?
圖10
11.(2018·四川成都第七中學(xué)月考)如圖11所示,光滑水平直導(dǎo)軌上有三個質(zhì)量均為m的物塊A、B、C,物塊B、C靜止,物塊B的左側(cè)固定一水平輕彈簧(彈簧左側(cè)的擋板質(zhì)量不計);讓物塊A以速度v0朝B運動,壓縮彈簧;當A、B速度相等時,B與C恰好相碰并粘接在一起,然后繼續(xù)運動.假設(shè)B和C碰撞過程時間極短.那么從A開始壓縮彈簧直至與彈簧分離的過程中,求:
圖11
(1)A、B第一次速度相同時的速度大小;
(2)A、B第二次速度相同時的速度大??;
(3)彈簧被壓縮到最短時的彈性勢能大小.
答案精析
1.AC [兩人在光滑的冰面上,故他們受合力為零,當甲
10、推乙時,二人的總動量守恒,故m甲v甲=m乙v乙,則===,選項A正確;二人的相互作用力大小相等,方向相反,故甲的加速度大小與乙的加速度大小之比為二人質(zhì)量的反比,即10∶9,選項B錯誤;二人相互作用的時間相等,作用力大小相等,故甲對乙的沖量大小與乙對甲的沖量大小之比為1∶1,選項C正確;由Ek=可知,甲、乙的動能不相等,選項D錯誤.]
2.C
3.BC [以a、b及彈簧組成的系統(tǒng)為研究對象,在a離開墻壁前,除了系統(tǒng)內(nèi)彈力做功外,無其他力做功,系統(tǒng)機械能守恒,在a尚未離開墻壁前,系統(tǒng)所受合外力不為零,因此該過程系統(tǒng)動量不守恒,故A錯誤,B正確;當a離開墻壁,系統(tǒng)水平方向不受外力,系統(tǒng)動量守恒,
11、故C正確,D錯誤.]
4.AC [設(shè)水平向右為正方向,A與墻壁碰撞時根據(jù)動量定理有Ft=mAv1′-mA(-v1),解得F=50 N,故A正確.若A與墻壁碰撞時無能量損失,A將以速度6 m/s水平向右運動,由題已知碰后的速度大小變?yōu)?m/s,故B錯誤.設(shè)碰撞后A、B的共同速度為v,根據(jù)動量守恒定律有mAv1′=(mA+mB)v,解得v=3 m/s,故C正確.A、B在光滑圓弧軌道上滑動時,機械能守恒,由機械能守恒定律得(mA+mB)v2=(mA+mB)gh,解得h=0.45m,故D錯誤.]
5.B
6.BC [A開始壓縮彈簧時做減速運動,B做加速運動,當兩者速度相等時,彈簧壓縮到最短,然后
12、B繼續(xù)做加速運動,A繼續(xù)做減速運動,所以彈簧壓縮到最短時,B的速度沒有達到最大,故選項A錯誤;彈簧壓縮到最短時,兩者速度相等,然后B繼續(xù)做加速運動,A繼續(xù)做減速運動,直到彈簧恢復(fù)原長,此時B的速度達到最大,且大于A的速度,根據(jù)動量守恒有:mAv0=mAvA+mBvB,若A的速度方向向左,則mBvB>mAv0,動能Ek=,可知EkB>Ek0,違背了能量守恒定律,所以A的速度一定向右,故選項B、C正確,D錯誤.]
7.C [帶電粒子和不帶電粒子相碰,遵守動量守恒,故總動量不變,總電荷量也保持不變,由Bqv=m,得:r==,p、q都不變,可知粒子碰撞前后的軌跡半徑r不變,故軌跡應(yīng)為pa,由周期T=
13、可知,因m增大,故粒子運動的周期增大,因所對應(yīng)的弧線不變,圓心角不變,故新微粒運動至屏幕所用的時間將大于t,C正確.]
8.CD
9.5v0
解析 設(shè)拋出貨物的速度為v,由動量守恒定律得:
乙船與貨物:14mv0=13mv1-mv
甲船與貨物:12m·2v0-mv=13mv2
兩船不相撞的條件是:v2≤v1,
解得v≥5v0.
10.2m/s
解析 因碰撞時間極短,A與C碰撞過程動量守恒,設(shè)碰后瞬間A的速度為vA,C的速度為vC,以向右為正方向,由動量守恒定律得mAv0=mAvA+mCvC
A與B在摩擦力作用下達到共同速度,設(shè)共同速度為vAB,由動量守恒定律得mAvA+mB
14、v0=(mA+mB)vAB
A與B達到共同速度后恰好不再與C碰撞,應(yīng)滿足vAB=vC,聯(lián)立以上各式,代入數(shù)據(jù)得vA=2m/s.
11.(1)v0 (2)v0 (3)mv
解析 (1)對A、B接觸的過程中,當?shù)谝淮嗡俣认嗤瑫r,
由動量守恒定律得,
mv0=2mv1
解得v1=v0
(2)設(shè)A、B第二次速度相同時的速度大小為v2,對A、B、C組成的系統(tǒng),根據(jù)動量守恒定律:mv0=3mv2
解得v2=v0
(3)B與C碰撞的瞬間,B、C組成的系統(tǒng)動量守恒,有:
m=2mv3
解得v3=v0
系統(tǒng)損失的機械能為ΔE=m()2-×2m()2=mv
當A、B、C速度相同時,彈簧的彈性勢能最大,此時v2=v0
根據(jù)能量守恒定律得,彈簧的最大彈性勢能為:
Ep=mv-(3m)v-ΔE=mv
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