人教版物理选择性必修一第一章动量守恒定律单元检测
一、单选题(本大题共10小题,共40.0分)
轿车发生碰撞时关于安全气囊对驾驶员保护作用的说法正确的是
A. 减小了驾驶员的动量变化量
B. 减小了驾驶员的动量变化率
C. 减小了驾驶员受到撞击力的冲量
D. 延长了撞击力的作用时间,从而使得驾驶员的动量变化量更大
“爆竹声中一岁除,春风送暖入屠苏”,爆竹声响是辞旧迎新的标志,是喜庆心情的流露.有一个质量为的爆竹从地面斜向上抛出,上升后到达最高点,此时速度大小为、方向水平向东,在最高点爆炸成质量不等的两块,其中一块质量为,速度大小为,方向水平向东;重力加速度为则
A. 爆竹在最高点爆炸过程中,整体的动量守恒
B. 质量为的一块,其速度为
C. 质量为的一块,在落地过程中重力冲量的大小为,方向竖直向下
D. 质量为的一块,在落地过程中重力冲量的大小为,方向水平向东
、两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,,,,当追上并发生碰撞后,、两球速度的可能值是
A. , B. ,
C. , D. ,
两相同小球距地面高度相同,其中一个水平抛出,另一个以相同速率竖直上抛,不计空气阻力,下列说法正确的是
A. 两小球落地时动量相同
B. 两小球落地时重力的瞬时功率相等
C. 两小球落地时动能相等
D. 从抛出到落地,两小球重力的冲量相等
北京冬奥会米短道速滑接力热身赛上,在光滑冰面上交接时,后方运动员用力推前方运动员.则交接过程中
A. 两运动员的总机械能守恒
B. 两运动员的总动量增大
C. 每个运动员的动量变化相同
D. 每个运动员所受推力的冲量大小相同
如图所示,水平地面光滑,水平轻弹簧一端固定在墙上,另一端拴接质量为的小球另一个质量也为的小球以速度向左运动,与碰撞时间极短、且碰后粘在一起.则从与开始碰撞到压缩弹簧至最短的过程,对球、球、弹簧组成的系统
A. 动量守恒,机械能不守恒 B. 动量不守恒,机械能守恒
C. 对墙产生的冲量大小为 D. 弹簧最大弹性势能为
甲、乙两物块在光滑冰面上沿同一直线运动,甲追上乙,并与乙发生碰撞,甲、乙相互作用前后的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为,则
A. 两物块相互作用前后甲的速度变化量为
B. 两物块相互作用过程中,甲对乙的冲量大于乙对甲的冲量
C. 乙的质量为
D. 两物块相互作用过程的平均作用力大小为
如图所示,一物体静止在水平地面上,受到与水平方向成角的恒定拉力作用时间后,物体仍保持静止。现有以下看法,你认为正确的是
A. 物体所受合力的冲量大小为
B. 物体所受拉力的冲量大小是
C. 物体所受摩擦力的冲量大小为
D. 物体所受拉力的冲量方向水平向右
如图,足够长的固定光滑斜面倾角为,质量为的物体以速度从斜面底端冲上斜面,达到最高点所用时间为,对于这一过程,下列判断正确的是
A. 斜面对物体的弹力的冲量为零
B. 物体受到的重力的冲量大小为
C. 物体受到的合力的冲量大小为零
D. 物体动量的变化量大小为
如图所示,光滑水平面上有质量均为的物块和,上固定一轻质弹簧,静止,以速度水平向右运动,从与弹簧接触至弹簧被压缩到最短的过程中
A. ,的动量变化量相同 B. ,的动量变化率相同
C. ,系统的总动能保持不变 D. ,系统的总动量保持不变
二、实验题(本大题共2小题,共18.0分)
如图所示,用碰撞实验器可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
在不放小球时,小球从斜槽某处由静止开始滚下,的落点在图中的______点,把小球放在斜槽末端边缘处,小球从斜槽相同位置处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,碰后小球的落点在图中的______点。
用天平测量两个小球的质量、,实验中分别找到碰前和、相碰后平均落地点的位置,测量平抛水平射程、、。
则动量守恒的表达式可表示为_____________________________用测量的量表示。
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.
C. .
气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。现用带竖直挡板和的气垫导轨以及滑块和来验证动量守恒定律,实验装置如图所示:弹簧的长度忽略不计,采用的实验步骤如下:
用天平分别测出滑块、的质量、。
调整气垫导轨,使导轨处于水平。
在和间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上。
用刻度尺测出的左端至板的距离。
按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块、运动时间的计时器开始工作。当、滑块分别碰撞、挡板时停止计时,记下、分别到达、的运动时间和。
实验中还应测量的物理量是_______________________________________________。
利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是_______________________。
被压缩弹簧的弹性势能的表达式为__________________________________________。
三、计算题(本大题共4小题,共42.0分)
如图所示,质量为的物块以速度沿粗糙水平面滑向静止在水平面上质量为的物块,物块和物块碰撞时间极短,碰后两物块粘在一起.已知物块和物块均可视为质点,两物块间的距离为,两物块与水平面间的动摩擦因数均为,重力加速度求:
物块和物块碰撞前的瞬间,物块的速度的大小;
物块和物块碰撞的过程中,物块对物块的冲量;
物块和物块碰撞的过程中,系统损失的机械能.
一质量的小滑块沿倾角为的斜面向上滑动,经过时间速度变为零,经过时间回到斜面底端,滑块在运动过程中受到的摩擦力大小始终为,已知重力加速度,求:
滑块从出发到回到出发点重力的冲量;
滑块从出发到回到出发点摩擦力的冲量;
请用动量定理求滑块再次回到出发点时物体的速度大小.
如图所示,静止放置在光滑水平面上的、、三个滑块,滑块、间通过一水平轻弹簧相连,滑块左侧紧靠一竖直固定挡板,某时刻给滑块施加一个水平冲量使其以初速度水平向左运动,滑块撞上滑块的瞬间二者粘在一起共同向左运动,弹簧被压缩至最短的瞬间具有的弹性势能为,此时撤掉固定挡板,之后弹簧弹开释放势能,已知滑块、、的质量分别为,,取求:
滑块的初速度的大小;
当弹簧弹开后恢复原长的瞬间,滑块、的速度大小;
从滑块、压缩弹簧至弹簧恢复原长的过程中,弹簧对滑块、整体的冲量.
如图所示,倾角的光滑固定斜面上放有、、三个质量均为的物块均可视为质点,固定,与斜面底端处的挡板接触,与通过轻弹簧相连且均处于静止状态,、间的距离为。现释放,一段时间后与发生碰撞,重力加速度大小为,取,
求与碰撞前瞬间的速度大小;
若、碰撞为弹性碰撞,碰撞后立即撤去,且沿斜面向下运动到速度为零时此时与未接触弹簧仍在弹性限度内,弹簧的弹性势能增量为,求沿斜面向下运动的最大距离;
若下滑后与碰撞并粘在一起,且刚好要离开挡板时,、的总动能为,求弹簧的劲度系数。
答案和解析
1.【答案】
【解答】在碰撞过程中,人的动量的变化量是一定的,而用安全气囊后增加了作用的时间,根据动量定理可知,可以减小驾驶员受到的冲击力,即减小了驾驶员的动量变化率,故B正确,ACD错误。故选B。
2.【答案】
【解答】A.爆竹在最高点爆炸过程中,整体水平方向上动量守恒,故A错误;
B.爆竹在最高点速度大小为、方向水平向东,爆炸前动量为,其中一块质量为,速度大小为,方向水平向东,
设爆炸后另一块瞬时速度大小为,取爆竹到最高点未爆炸前的速度方向为正方向,爆炸过程动量守恒,
则有:
解得:,故 B错误;
C.由解得:,则质量为的一在落地过程中重力冲量,方向竖直向下,故C正确;
D.由动量定理可知,即质量为的一块,在落地过程中动量变化量大小为,方向竖直向下,故D错误。故选C。
3.【答案】
【解答】虽然题目所给四个选项均满足动量守恒定律,但、两项中,碰后的速度大于的速度,不符合实际,即、项错误;项中,两球碰后的总动能 ,大于碰前的总动能 ,所以项错误. 项中,两球碰后的总动能 ,故B正确。
4.【答案】
【解答】A.两个小球在运动的过程中都是只有重力做功,机械能守恒,所以根据机械能守恒可以知两物体落地时速度大小相等,方向不同,所以速度不同,两小球落地时动量不同,故A错误。
B.两小球落地时重力的瞬时功率,竖直方向速度大小不同,瞬时功率不相等 ,故B错误。
C.两球质量相等,但落地时速度大小相等,根据动能表达式:可知两小球落地时动能相同,故C正确。
D.两小球从抛出到落地时间不同,两小球重力的冲量不相等,故D错误。故选C。
5.【答案】
【解答】A.后方运动员用力推前方运动员时,会消耗体内化学能,化学能转化为机械能,两运动员的总机械能增加,故A错误;
B.由于两运动员不受外力,总动量守恒,故B错误;
C.根据动量守恒定律,即,每个运动员的动量变化大小相等、方向相反,故C错误;
D.根据动量定理,每个运动员所受推力的冲量大小相同,方向相反,故D正确。
6.【答案】
【解答】、和发生了完全非弹性碰撞,在碰撞过程中机械能有损失,所以系统的机械能不守恒;从、开始一起运动至弹簧被压缩到最短的过程中,由于墙面对弹簧有作用力,、及弹簧组成的系统所受的合外力不为零,则在此运动过程中动量不守恒,故A、B错误;
C、对系统在整个过程中由动量定理:,则这个系统对墙产生的冲量大小为,故C正确;
D、和碰撞过程,取向左为正方向,由动量守恒定律得:,解得:,弹簧的最大弹性势能为:,故D错误.故选:。
7.【答案】
【解答】A.碰撞前后甲的速度变化量,选项A错误;
B.两物块相互作用过程中,甲对乙的冲量与乙对甲的冲量大小相等,选项B错误;
C.两物块相互作用过程动量守恒,则有,解得,选项C正确;
D.由动量定理可知,,解得,选项D错误。故选C。
8.【答案】
【解答】A、物体保持静止,动量变化为零,根据动量定理可知,物体所受合力的冲量大小为零,故A正确;
B、根据冲量的定义可知,拉力的冲量大小,故B错误;
C、根据平衡条件可知,物体受到的摩擦力,故摩擦力的冲量,故C错误;
D、拉力的冲量方向与拉力的方向相同,即方向与水平方向成角斜向右上方,故D错误。
9.【答案】
【解答】A.斜面对物体的弹力的冲量大小:,弹力的冲量不为零,故A错误;
B.根据冲量的定义式可知,物体所受重力的冲量大小为:,故B错误;
物体受到的合力为,故合力的冲量大小为,由动量定理得:动量的变化量大小,则合力的冲量和动量的变化量不为零,故C错误,D正确;
10.【答案】
【解答】两物体相互作用过程中系统的合外力为零,系统的总动量守恒,则、动量变化量大小相等、方向相反,所以动量变化量不同,故A错误,D正确;
B.由动量定理可知,动量的变化率等于物体所受的合外力,、两物体所受的合外力大小相等、方向相反,所受的合外力不同,则动量的变化率不同,故B错误;
C.系统的总机械能不变,弹性势能在变化,则总动能在变化,故C错误。故选D。
11.【答案】;;;。
【解答】小球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,它们做平抛运动的时间相等,平抛运动的水平位移与初速度成正比,初速度越大水平位移越大;两球碰撞后入射球的速度变小,小于碰撞前的速度且小于被碰球的速度,因此两球碰撞后,入射球的水平位移小于碰撞前入射球的水平位移且小于碰撞后被碰球的水平位移,由图示情景可知,碰撞前的落点位置为,碰撞后的落点位置为,碰撞后的落点位置为。
两球碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得:
两球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,小球做平抛运动的时间相等,两边同时乘以时间得:
则有:
如果碰撞过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
整理得:
碰撞过程系统动量守恒,则:
解得:,
则
即:,故BC正确,AD错误。
故选:。
故答案为:;;;。
12.【答案】的右端至板的距离;;。
【解答】因系统水平方向动量守恒即,由于系统不受摩擦,故滑块在水平方向做匀速直线运动故有,,即可将,转化为,还应测量出的右端至板的距离,这样才能算出时间。
滑块的速度,同样滑块的速度,因此用已知量代入就是。
根据能量守恒定律被压缩弹簧的弹性势能等于、两个滑块的动能,即。
故答案为:的右端至板的距离;;。
13.【答案】解:物块运动到和物块碰撞前的瞬间,根据动能定理得:
解得:
以物块和物块为系统,碰后物块和物块的速度为,根据动量守恒得:
以物块为研究对象,根据动量定理得:
解得:,方向水平向右
以物块和物块为系统,根据能量守恒得:
解得:
答:物块和物块碰撞前的瞬间,物块的速度大小是;
物块和物块碰撞的过程中,物块对物块的冲量大小是,方向水平向右;
物块和物块碰撞的过程中,系统损失的机械能是。
14.【答案】解:因为重力的作用时间是故重力的冲量,且方向竖直向下;
摩擦力先向上后向下,因上滑过程用时短,故摩擦力的冲量为:,方向与向下运动时的摩擦力的方向相同,故沿斜面向上;
根据动量定理可得,
解得.
15.【答案】解:滑块撞上滑块的过程中,滑块、组成的系统动量守恒,以水平向左为正,根据动量守恒定律得:
弹簧被压缩至最短时,滑块、速度为零,根据能量守恒定律得:
解得:,
设弹簧弹开后恢复原长的瞬间,滑块、的速度大小为,滑块的大小为,根据动量守恒定律得:
,
根据能量守恒定律得:
解得:
设弹簧对滑块、整体的冲量为,选向右为正方向,由动量定理得:
解得:,方向水平向右
16.【答案】根据机械能守恒定律有:解得:。
设碰撞后瞬间、的速度大小分别为、,根据动量守恒定律有:,、碰撞过程机械能守恒,有:解得:,,、碰撞后,对沿斜面向下压缩弹簧至速度为零的过程,根据能量守恒定律有:解得:
、碰撞前,弹簧的压缩量为:,设、碰撞后瞬间的共同速度大小为,则有:,解得:,当恰好要离开挡板时,弹簧的伸长量为:,可见,在开始沿斜面向下运动到刚好要离开挡板的过程中,弹簧的弹性势能的改变量为零,根据机械能守恒定律有:,解得:。
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