人教版(2019)选择性必修一 1.2 动量定理
一、单选题
1.古有“守株待兔”寓言,设兔子头部受到大小等于自身体重的打击力时即可致死,并设兔子与树桩作用时间为0.1s,则被撞死的兔子其奔跑的速度约为(g=10m/s2)( )
A.0.5m/s B.1.0m/s C.1.5m/s D.2.0m/s
2.高空坠物极易对行人造成伤害。若一个的瓷砖碎片从一居民楼的25层坠下,与地面的碰撞时间约为,则该瓷砖碎片对地面产生的冲击力约为( )
A. B. C. D.
3.研究自由落体运动时,描绘出的图像如图所示,则( )
A.纵轴为加速度、横轴为运动的时间
B.纵轴为速度、横轴为运动的时间
C.纵轴为下落的物体的动量变化率、横轴为下落的高度
D.纵轴为速度、横轴为下落的高度
4.一个质量为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
5.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
6.如图所示,一根长为1m的细绳一端固定在O点,另一端连接一质量为0.2kg的小球。现将小球拉开一个小角度后从M点静止释放。此后小球做简谐运动,N点为最低点.已知不计空气阻力、小球可视为质点,它经过平衡位置时的速率为0.25m/s,重力加速度取,取9.8,则小球从M点出发到第一次( )
A.回到M点的过程中,小球所受重力的冲量为零
B.回到M点的过程中,细绳对小球拉力的冲量大小为
C.经过N点的过程中,细绳对小球拉力的冲量大小为
D.运动至平衡位置左侧最高点的过程中,小球所受合力的冲量不为零
7.某空军跳伞运动大队在进行跳伞训练,如图甲所示,参训队员从静止的飞机上无初速度跳下一段时间后打开降落平,运动过程中队员及降落伞整体受到的空气阻力与时间的关系图象如图乙所示。已知参训队员及装备的总质量为m,当地重力加速度为g,取m/s2,图乙中14~22s间的图线为四分之一圆弧,取。下列关于队员离开飞机后的说法正确的是( )
A.阻力的冲量方向发生了改变 B.队员的加速度先不变后增大再减小
C.14s时队员的速度达到最大值 D.22s时队员的速度大小为4m/s
8.质量为的弹性小球以的速度垂直砸向地面,然后以同样大小的速度反弹回来,与地面接触时间,关于小球与地面的碰撞过程中,下列说法正确的是( )
A.小球动量的变化量为0
B.小球的加速度为0
C.小球所受合外力的冲量大小为
D.地面对小球的冲量大小为
9.如图所示,有一子弹穿过三块静止放置在光滑水平面上的相互接触质量分别为m、2m、3m的木块A、B、C,设子弹穿过木块A、B、C的时间分别为t1、t2、t3,木块对子弹的阻力恒为f,则子弹穿过三木块后,木块A的速度大小是( )
A. B. C. D.
10.质量为m的某质点在恒力F1作用下从A点由静止出发,当其速度为时立即将F1改为相反方向的恒力F2,质点总共经历时间t运动至B点刚好停下。若该质点以速度v匀速通过A、B两点时,其经历的时间也为t,则( )
A.无论F1、F2为何值,均为2v
B.随着F1、F2的取值不同,可能大于2v
C.F1、F2的冲量大小不相等
D.F1、F2的冲量一定大小相等、方向相同
11.马戏团表演时,小猴子沿着竹竿匀加速上爬,同时下面的人顶着直杆水平匀速移动,观众观看小猴子的运动描述正确的是( )
A.小猴子做匀变速运动
B.摩擦力对小猴子做负功
C.下面的人对杆子做正功
D.杆子对小猴子的冲量为零
12.质量为m的物体以速度v0从地面竖直上抛(不计空气阻力),直至落回地面,在此过程中( )
A.整个过程中重力的冲量为0
B.整个过程中重力的冲量为mv0
C.上升过程中重力的冲量大小为mv0,方向竖直向下
D.上升过程和下落过程中动量的变化量大小均为mv0,但方向相反
13.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
14.如图所示,在光滑水平面上静止放着两个相互接触的木块A、B,质量分别为m1、m2,今有一子弹水平穿过两木块,设子弹穿过木块A、B的时间分别为t1、t2,木块对子弹的阻力恒为f,则子弹穿过两木块后,木块A、B的速度大小分别为( )
A. B.
C. D.
15.一质量为m的网球从距地高H处由静止开始自由下落,与地面碰撞后竖直向上反弹的高度为h,网球与地面接触时间为,网球可视为质点,不计空气阻力,重力加速度为g,则网球与地面作用过程中对地面的平均作用力大小为( )
A. B.
C. D.
二、填空题
16.航天器离子发动机原理如图所示,首先电子枪发射出的高速电子将中性推进剂离化(即电离出正离子)。正离子被正、负极栅板间的电场加速后从喷口唢出,从而使航天器获得推进或调整姿态的反冲力,已知单个正离子的质量为m、电荷量为q,正、负棚板间加速电压为U,单位时间从唢口喷出的正离子个数为n,忽略离子间的相互作用力及进入栅板时的初速度。则单个正离子经正、负栅板间的电场加速后,获得的动能Ek=___________,该航天器获得的平均反冲力F=___________。
17.质量为1kg的物体做直线运动,其速度图像如图所示,则物体在前10s内所受外力的冲量大小为________,在后10s内所受外力的冲量大小为________。
18.两物体的质量为和,他们分别在恒力和的作用下由静止开始运动,经相同的位移,动量的增加量相同,则两恒力的比值________。
19.如图所示,一倾角为α、高为h的光滑斜面,固定在水平面上,一质量为m的小物块从斜面的顶端由静止开始滑下,滑到底端时速度的大小为,所用时间为t,则物块滑至斜面的底端时,重力的瞬时功率为______,重力的冲量大小为_________。
三、解答题
20.跳远时,为什么跳在沙坑里比跳在混凝土路面上安全?钉钉子时,为什么要用铁锤而不用橡皮锤?
21.洗车时,水枪喷出的水流射向汽车,会对汽车产生冲击力。假设水枪喷水口的横截面积为,喷出水流的流速为,设水流垂直射向汽车车体后,速度变为0。已知水的密度为,不计水流的重力,求:
(1)水枪在时间内喷出水的质量;
(2)汽车受到水流平均冲击力的大小。
22.如图所示为大米自动分袋包装流水线上自动称米设备的简化示意图。买者认为:因为米流落到米袋中时对米袋中的米有向下的冲力而不划算。生产者则认为:当预定米的质量达到要求时,自动装置即刻切断米流,此刻有一些米仍在空中,这些米是多给买者的。请你判断最终米袋及其中的米的总质量与切断米流时的显示质量是否一致,并给出解释。
23.一个质量为的垒球,以的水平速度飞向球棒,被球棒击打后,反向水平飞回,速度的大小为。若球棒与垒球的作用时间为,球棒对垒球的平均作用力是多大?
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.B
【详解】
根据动量定理
解得
故选B。
2.C
【详解】
25层高约为,瓷砖碎片近似自由落体
由动量定理有
解得
由牛第三定律可知瓷砖碎片对地面产生的冲击力
故选C。
3.B
【详解】
A.物体自由下落,加速度不变,故A错误;
B.由速度公式
可知v与时间t成正比,故B正确;
C.据动量定理可得
因此
动量变化率不变,故C错误;
D.由
可知速度的平方与h成正比,故D错误。
故选B。
4.D
【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。
5.B
【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。
6.B
【详解】
根据单摆的周期公式可得,小球摆动的周期为
A.小球第一次回到M点时,所用的时间为
则小球所受重力的冲量为
故A错误;
B.小球从M点静止释放,根据能量守恒可知,小球第一次回到M点时速度为零,根据动量定理有
解得
故B正确;
C.小球从M点静止释放,第一次经过N点的过程中,小球的运动时间为
根据动量定理有
带入数据解得
故C错误;
D.当小球第一次运动到平衡位置左侧最高点,速度为零,根据动量定理有
则运动至平衡位置左侧最高点的过程中,小球所受合力的冲量为零,故D错误。
故选B。
7.D
【详解】
A.由于队员跳离飞机后始终向下运动,所以空气阻力始终向上,所以此过程中阻力的冲量方向始终向上,没有发生改变,故A错误;
B.队员的加速度取决于队员受到的合力,所以前10s内加速度没有发生变化,10~14s的过程中加速度先向下逐渐减小后向上逐渐增大,14~20s的过程中加速度逐渐减小,方向始终向上,故B错误;
C.由前面对加速度的分析可知在10~14s的过程中出现了加速度为零的时刻,此时刻为队员速度最大的时刻,故C错误;
D.由动量定理有
由图乙可知图线与横轴所围的面积表示阻力的冲量大小,所以阻力冲量大小为
其中s,s,s,解得
故D正确。
故选D。
8.C
【详解】
AB.从砸向地面到最后原速反弹的过程中机械能守恒,以小球初速度方向为正方向,则小球在撞地面过程中速度的变化量为
小球动量的变化量为
则小球的加速度为
所以加速度不为0,故AB错误;
CD.碰撞过程中小球受阻力和重力的作用,则由动量定理
其合外力冲量大小为;地面对小球的冲量为,C正确,D错误。
故选C。
9.C
【详解】
设子弹穿过木块A时,木块A、B、C的共同速度为v,根据动量定理可得
解得
当子弹进入第二块木块时,木块A将与B、C分离,分离后木块A的速度不变。故ABD错误;C正确。
故选C。
10.A
【详解】
AB.在恒力F1和F2作用下运动时,有
匀速运动时,有
联立解得
故A正确,B错误;
CD.对恒力F1和F2的冲量,有
故冲量大小相等,方向相反,故CD错误。
故选A。
11.A
【详解】
A. 由题意可知,小猴子在竖直方向做匀加速运动,水平方向做匀速运动,故小猴子的合运动为匀变速曲线运动,选项A正确;
B. 小猴子在竖直方向受到向上的摩擦力,摩擦力方向与合速度的夹角小于,故摩擦力对小猴子做正功,选项B错误;
C. 下面的人顶着直杆水平匀速移动,杆子受到重力、小猴子对它的摩擦力、人的作用力,由于受力平衡,人对杆子的作用力竖直向上,即人对杆子的作用力与杆的运动方向垂直,故下面的人对杆子不做功,选项C错误;
D. 杆子对小猴子有竖直向上的摩擦力,故杆子对小猴子有竖直向上的冲量,并不为零,选项D错误。
故选A。
12.C
【详解】
AB.物体从抛出到落回地面的时间为
所以整个过程中重力的冲量为
故AB错误;
C.物体从抛出到最高点所用的时间为
上升过程中重力的冲量
方向与重力方向相同,即竖直向下,故C正确;
D.由于上升的时间和下落的时间相等,由动量定理
可得上升过程和下落过程中动量的变化量大小均为mv0,方向都与重力方向相同即竖直向下,故D错误。
故选C。
13.C
【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。
14.B
子弹在A中运动时,A、B一起向前运动,具有相同的运动速度,对整体应用动量定理可避开A、B间的未知作用力,可以求解A、B分开时的速度,分开后再对B单独应用动量定理可求得子弹穿出后B的速度。
【详解】
子弹在A中穿过时,以A、B为研究对象,规定向右为正方向,根据动量定理可得
解得
之后A的速度保持v1不变,子弹进入木块B后,以B为研究对象,根据动量定理可得
解得
故选B。
15.A
【详解】
网球落地时速度大小为
反弹时速度大小为
网球与地面作用过程中受地面的平均作用力大小为F,以竖直向上为正方向,根据动量定理得
解得
根据牛顿第三定律得,网球与地面作用过程中对地面的平均作用力大小为
故选A。
16. qU
【详解】
[1]单个正离子经正、负栅板间的电场加速后,获得的动能
Ek=qU
[2]根据动量定理
其中
解得该航天器获得的平均反冲力
17. 0
【详解】
[1]根据动量定理,结合题图,可得物体在前10s内所受外力的冲量大小为
[2]后10s内所受外力的冲量大小是
负号表示方向,故大小为。
18.
【详解】
因为动量的增加量相同,根据动量定理有
根据,解得
则有
解得
则有
19.
【详解】
[1]根据瞬时功率公式
可得物块滑至斜面的底端时,重力的瞬时功率为
[2]重力的冲量大小为
20.见解析,见解析
【详解】
根据动量定理
可得
跳远时,落在沙坑或落在混凝土路面上运量的变化量相同,只是落在沙坑上时与沙坑的作用时间较长,所以人所受合外力较小,则沙坑对人的作用力较小,而落在混凝土路面上时与混凝土路面的作用时间较短,所以人所受合外力较大,则混凝土路面对人的作用力较大,所以跳在沙坑里比跳在混凝土路面上安全。
钉钉子时,速度变化量相同,根据
用铁锤钉钉子,作用时间较短, 并且铁锤质量较大,所以铁锤所受合外力较大,则铁锤对钉子的作用力也较大,钉钉子才容易,所以钉钉子时,要用铁锤而不用橡皮锤。
21.(1);(2)
【详解】
(1)根据公式可得,水枪在时间内喷出水的质量为
(2)以水运动方向为正方向,在与墙壁碰撞过程,对时间内的水,根据动量定理(水平分运动)得
解得
根据牛顿第三定律可得,汽车受到水流平均冲击力为
22.一致,解释见解析
【详解】
最终米袋及其中的米的总质量与切断米流时的显示质量一致,理由如下:
设单位时间米流出的质量为,它是恒定的,米流在出口处速度很小,可视为零,若切断米流后,设米袋及其中静止的米的总质量为,空中还在下落的米的质量为,落到已静止的米堆上的一小部分米的质量为。在极短时间内,以落到已静止米堆上的米为研究对象,设其落到米堆上之前的速度为,经时间静止,如图所示,取竖直向上为正方向,由动量定理得
又
解得
根据牛顿第三定律知,即这两个力大小相等,方向相反,则显示质量应为
因切断米流后尚有
时间内对应的米流在空中,故
所以显示质量包含了米袋及其中静止的米的总质量,也包含了尚在空中下落的米的质量,也包含了落到已静止米堆上的米的质量,所以最终米袋及其中米的总质量与切断米流时的显示质量一致。
23.
【详解】
沿垒球飞向球棒时的方向建立坐标轴,垒球的初动量为
垒球的末动量为
由动量定理知垒球所受的平均作用力为
垒球所受的平均作用力的大小为,负号表示力的方向与坐标轴的方向相反,即力的方向与垒球飞来的方向相反。
答案第1页,共2页
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