1.2 动量定理
一、单选题
1.建筑工人利用铁锤打夯,120kg的铁锤从1.8m高处自由落下,打在地面上,与地面撞击时间是0.05s。已知重力加速度g取10m/s2,撞击时,铁锤对地面的平均冲击力大小为( )
A.14400N B.15600N C.12000N D.1200N
2.质量为60 kg的人,不慎从高空支架上跌落,由于弹性安全带的保护,使他悬挂在空中. 已知安全带长5 m,其缓冲时间为1.2 s,则安全带受到的平均冲力大小为(g取10 m/s2)( )
A.50 N B.1 100 N C.600 N D.100 N
3.一个质量为0.2kg的物体在拉力F的作用下从静止开始竖直向上做直线运动。F随时间t变化的图像如图所示。g取10m/s2,下列说法错误的是( )
A.2s内重力做功为-20J
B.4s内物体的机械能增加了120J
C.第5s内物体的动量变化量为-3kg·m/s
D.5s内物体受到F的冲量为13N·s
4.将质量为0.5 kg的小球以20 m/s的初速度竖直向上抛出,不计空气阻力,g取10 m/s2,以下判断正确的是( )
A.小球从被抛出至到达最高点受到的冲量大小为10 N·s
B.小球从被抛出至落回出发点动量的变化量大小为零
C.小球从被抛出至落回出发点受到的冲量大小为10 N·s
D.小球从被抛出至落回出发点动量的变化量大小为10 N·s
5.高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”。某次利用楼前空地进行实验,把质量为200g的苹果,从离地面20m高的楼层上水平抛出,抛出时速度为5m/s,落在坚硬的水泥地面上,忽略反弹,不计空气阻力,苹果与地面作用0.01s后,速度减为0,g取10m/s2,则( )
A.苹果落地前瞬间的动量大小为5kg·m/s
B.苹果从抛出到刚要落地的过程中动量的变化量大小为4kg·m/s
C.苹果对水泥地面的平均作用力大小为400N
D.若草果落在松软的草坪上,作用时间为0.1s,苹果对草坪的平均作用力大小为40N
6.当船在水面上移动时,设作用在船上的阻力与船速成正比,即。设有一模型船的质量,当它以的初速度开始运动时,测得船在水面上移动的路程后完全停下,由此可以求出比例系数k为( )
A. B. C. D.
7.某新型机枪子弹弹头质量约10g,出枪口的速度约1000 m/s.某战士在使用该机枪连续射击50秒的过程中,机枪所受子弹的平均反冲力大小约20 N,则机枪在这50秒内射出子弹的数量约为( )
A.60 B.80 C.100 D.120
二、多选题
8.2021年7月30日,在东京奥运会蹦床项目女子决赛中,中国选手朱雪莹夺得冠军。若朱雪莹比赛中上升的最高点距地面高为H,朱雪莹质量为m,蹦床平面距地面高为h。朱雪莹下落过程,弹性网最大下陷量为x,空气阻力恒为f,下落过程中的总时间为t(从最高点落到弹性网的最低点),则朱雪莹(看作质点)从最高点下落至最低点的过程,下列说法正确的是( )
A.弹性网的弹力对朱雪莹的冲量大小为
B.朱雪莹从与蹦床接触到落至最低点过程中所受合外力的冲量大小为
C.弹性网弹性势能的增量为
D.朱雪莹的机械能减少
9.猫从高处落下一般不会受伤,猫在接近地面的时候,通常都可以保证四肢着地,而猫脚趾上厚实的脂肪质肉垫又能有效地减轻震动对其各脏器的损伤。下列关于一只从某高处落下的猫在与地面接触的过程中相关说法正确的是(空气阻力不计)( )
A.猫在与地面接触且不反弹的过程中,不同姿态触地其自身动量变化量大小是相同的
B.厚实的脂肪质肉垫能减小猫在与地面接触过程中自身动量变化量的大小
C.厚实的脂肪质肉垫能减小了地面对猫的冲击力的大小
D.厚实的脂肪质肉垫能减小猫与地面接触过程合外力冲量的大小
10.一个50g的鸡蛋从50m高处下落,设鸡蛋与地面撞击时的竖直高度为5cm,认为鸡蛋下沿落地后,鸡蛋上沿的运动是匀减速运动,并且上沿运动到地面时恰好静止,以鸡蛋的下沿、上沿落地的时间间隔作为鸡蛋与地面的撞击时间,鸡蛋下落过程中受到的空气阻力为重力的0.1倍,则关于鸡蛋与地面的撞击时间和平均冲击力,下列说法正确的是(g取)( )
A.撞击时间约为3.3×10-3s B.撞击时间约为3.2×10-3s
C.平均冲击力约为451N D.平均冲击力约为501N
三、填空题
11.一个质量为m的氢气球下方通过细绳悬挂一个质量为2m的小球,以速度v匀速上升,它们的总动量为__;若某一时刻细绳断裂,过了一段时间后小球的速度恰好为零,此时氢气球的动量为__。(设整个过程中两物体受空气作用力、重力不变)
12.质量为的小球沿光油水平面以的速度冲向墙壁,又以的速度反向弹回.此过程中小球的合力冲量的大小为__________;小球的动能变化量的大小为__________.
13.质量的滑块从倾角为37°、长5m的斜面以速度匀速由顶端下滑到底端,物体下滑过程中,重力的冲量大小是______,方向______;合外力的冲量是______。(取)
四、解答题
14.水流射向墙壁,会对墙壁产生冲击力。假设水枪喷水口的横截面积为,喷出水流的流速为,水流垂直射向竖直墙壁后速度变为0。已知水的密度为,重力加速度大小为,求墙壁受到的平均冲击力。
15.蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。如图所示,一个质量为的运动员,从离水平网面高处自由落下,着网后沿竖直方向恰能蹦回到离水平网面高处,通过压力传感器测得运动员与蹦床接触过程中网面受到的平均作用力大小为,g取,不计空气阻力,试求:
(1)运动员与蹦床接触的时间;
(2)从开始自由落下到蹦回到离水平网面高处,这一过程中运动员所受重力的冲量。
16.质量m=0.6 kg的篮球从距地板h=1.25 m高处由静止释放,与水平地板撞击后向上反弹的速度为4 m/s,篮球与地板接触时间为0.2 s。忽略空气阻力,重力加速度取g=10 m/s2,求:
(1)篮球下落的时间;
(2)篮球反弹的最大高度;
(3)篮球与地板接触过程中篮球对地板的平均压力。
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.B
【解析】
【详解】
120kg的铁锤从1.8m高处自由落下,根据公式
代入数据解得
撞击时,设地面对铁锤的平均冲击力大小为,取向下为正方向,对铁锤应用动量定理得
解得
故ACD错误B正确。
故选B。
2.B
【解析】
【详解】
设安全带被拉直时速度为v,由机械能守恒得:mgh=mv2 …①
设安全带的平均作用力为F,选向上方向为正,由动量定理得:Ft-mgt=0-(-mv)…②
联立①②并代入数据得:F=1100N,故选B.
点睛:本题主要考查了机械能守恒定律及动量定理的直接应用,注意在动量定理的应用中要注决各物理量的矢量性,明确正方向.
3.D
【解析】
【详解】
A.物体在0~4s内,根据牛顿第二定律
带入数据可得
2s内物体向上的位移
则2s内重力对物体做功
故A正确,不符合题意;
B.4s内物体向上的位移
物体机械能增加量等于外力F做所的功
故B正确,不符合题意;
C.由动量定理可知,第5s内物体的动量变化量等于第5s内合外力的冲量
故C正确,不符合题意;
D.5s内物体受到F的冲量为前4sF的冲量与第5sF冲量的矢量和
故D错误,符合题意。
故选D。
4.A
【详解】
A.选抛出到最高点为研究过程,取向上为正,运用动量定理有
代入数据求得小球受到的冲量为10N S,故A正确;
B.竖直上抛和自由落体互为逆过程,因此小球返回出发点时的速度大小为20m/s,选抛出到落回出发点为研究过程,取向上为正,动量的改变量有
20N s
故B错误;
CD.由B项知,△p=20N s,结合动量定理有
I=△p=20N s
故CD错误。
故选A。
5.B
【解析】
【详解】
A.苹果落地前瞬间的竖直速度
合速度
动量大小为
p=mv=0.2×20.6 kg·m/s =4.12kg·m/s
A错误;
B.苹果从抛出到刚要落地的过程中动量的变化量大小为
p=m v=mvy=0.2×20 kg·m/s =4kg·m/s
B正确;
C.向上为正方向,根据动量定理
(F-mg) t= p
可得水泥地面对苹果的平均作用力大小为
F=402N
根据牛顿第三定律可知,苹果对水泥地面的平均作用力大小为402N,C错误;
D.同理,若草果落在松软的草坪上,作用时间为0.1s,根据动量定理
(F′-mg) t′= p
苹果对草坪的平均作用力大小为
F′=42N
D错误。
故选B。
6.B
【解析】
【详解】
对船运动的极短时间内,由动量定理有
即
对运动全过程求和可得
解得
故ACD错误,B正确。
故选B。
7.C
【解析】
【详解】
设50s内射出的子弹数量为n,则对这n颗子弹由动量定理得
代入数据解得
故选C。
8.BC
【解析】
【详解】
A.从最高点下落至最低点的过程中,设弹性网的弹力对朱雪莹的冲量为I,根据动量定理得
变形得
冲量的大小为
故A错误。
B.设朱雪莹与蹦床接触前瞬间的速度为v,根据动能定理得
解得
朱雪莹从与蹦床接触到落至最低点过程中,根据动量定理得
故合外力冲量大小为
故B正确。
C.设弹力做功为W,根据动能定理得
故弹性势能增加量为
故C正确。
D.从最高点下落至最低点的过程中,朱雪莹的动能变化量为零,机械能的减小量等于重力势能的减少量即mg(H h+x)
故D错误。
故选BC。
9.AC
【解析】
【详解】
猫从高处落地时,速度的变化量相同,则猫在与地面接触且不反弹的过程中,不同姿态触地其自身动量变化量大小是相同的,根据动量定理可知,猫与地面接触过程合外力冲量是相同的;而厚实的脂肪质肉垫能增加猫在与地面接触过程中的作用时间,从而减小了地面对猫的冲击力的大小。
故选AC。
10.AC
【解析】
【详解】
AB.鸡蛋下落过程中,由牛顿第二定律有
解得
由公式
解得鸡蛋下沿到达地面时的速度为
鸡蛋与地面的作用过程为匀减速直线运动,则有
解得
故A正确;B错误;
CD.设鸡蛋与地面的平均冲击力为F,由动量定理
解得
故C正确;D错误。
故选AC。
11. 3mv 3mv
【解析】
【详解】
系统的动量为:
系统匀速运动,系统所受合外力为零,系统动量守恒,由动量守恒定律可得:
解得:
12. 16 0
【解析】
【详解】
规定初速度方向为正方向,初速度,末速度,则动量的变化量为,根据动量定理有:,得合力冲量大小为.动能变化量:.
13. 竖直向下 零
【解析】
【分析】
【详解】
物体下滑的时间
则重力冲量大小
方向竖直向下;
根据动量定理,物体匀速下滑,则动量变化为零,合外力的冲量为零。
14.
【解析】
【详解】
水流垂直射向竖直墙壁后速度变为0,根据动量定理有
则墙壁对水的平均冲击力
负号说明方向与水流方向相反。
根据牛顿第三定律可得墙壁受到的平均冲击力为
方向与水流速度方向相同。
15.(1);(2)
【详解】
(1)由题意运动员自由落体到网面的速度满足
向上离开网面的速度满足
设向上为正,则从接触网面到离开网面过程由动量定理得
解得运动员与蹦床接触的时间为
(2)运动员自由落体到网面的时间满足
运动员从离水平网面到高处所用时间满足
所以从开始自由落下到蹦回到离水平网面高处所用总时间为
则这一过程中运动员所受重力的冲量为
解得
16.(1)0.5s,(2)0.8m;(3)33 N,方向竖直向下
【详解】
(1)根据
代入数据解得篮球下落的时间
篮球与地面接触瞬间的速度大小为
(2)根据速度位移关系
代入数据解得篮球反弹的最大高度
(3)规定向上为正方向,以篮球为研究对象,则有动量定理得
代入数据解得
方向竖直向上,由牛顿第三定律得篮球与地板接触过程中篮球对地板的平均压力
方向竖直向下。
答案第1页,共2页
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