人教版(2019)选择性必修一 1.2 动量定理
一、单选题
1.一质量为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.
2.两只完全相同的鸡蛋A、B自同一高度由静止释放,分别落在海绵和石头上,鸡蛋A完好(未反弹),鸡蛋B碎了。不计空气阻力,对比A、B鸡蛋,下列说法正确的是( )
A.下落过程中鸡蛋B所受重力的冲量大 B.下落过程中鸡蛋B的末动量大
C.碰撞过程中鸡蛋B动量减小的更多 D.碰撞过程中鸡蛋B的动量变化率大
3.如图所示,若x 轴和y 轴分别表示时间t 和速度v,AB 是做直线运动物体的速度随时间变化的图线,梯形OABC 的面积可以代表该物体在该段时间内的位移。对一辆沿平直公路行驶的汽车,下列结论中错误的是( )
A.若 x 轴和 y 轴分别表示时间 t 和汽车的加速度 a,AB 是汽车的加速度随时间变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表汽车的速度变化量
B.若x 轴和y 轴分别表示汽车的速度v 和汽车的牵引F,AB 是汽车牵引力随速度变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表牵引力的功率
C.若x 轴和y 轴分别表示时间t 和汽车的功率P,AB 是汽车的功率随时间变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表汽车牵引力做的功
D.若x 轴和y 轴分别表示时间t 和汽车所受的合外力F,AB 是汽车所受合外力随时间变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表汽车的动量变化
4.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
5.运动员在水上做飞行运动表演。他操控喷射式悬浮飞行器将水带竖直送上来的水反转180°后向下喷出,令自己悬停在空中,如图所示。已知运动员与装备的总质量为90 kg,两个喷嘴的直径均为10 cm,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,则喷嘴处喷水的速度大约为( )
A.2.7 m/s B.5.4 m/s C.7.6 m/s D.10.8 m/s
6.科技冬奥是北京冬奥会的一个关键词,大家在观看滑雪大跳台的比赛时,对“时间切片”有深刻的印象,就是把运动员从跳台上速度斜向上起飞一直到落地的过程展现在一帧画面上,3秒瞬间一帧呈现,给观众带来震撼视觉体验。假如运动员质量为m,离开跳台时速度的大小为v,重力加速度为g,运动中忽略阻力,则( )
A.运动员在空中运动的每帧位置之间,重力冲量不相同
B.运动员在空中运动的每帧位置之间,速度的改变方向不同
C.运动员从跳台到最高点过程中,重力势能的增加为
D.运动员从最高点落回地面过程中重力的瞬时功率随时间均匀增加
7.如图所示,一个物体在与水平方向成θ角的拉力F的作用下匀速前进了时间t,则( )
A.拉力F对物体的冲量大小为Ftcosθ B.拉力对物体的冲量大小为Ftsinθ
C.摩擦力对物体的冲量大小为Ftsinθ D.合外力对物体的冲量大小为零
8.运动员在水上做飞行运动表演。他操控喷射式悬浮飞行器将水带竖直送上来的水反转180°后向下喷出,令自己悬停在空中,如图所示。已知运动员与装备的总质量为90 kg,两个喷嘴的直径均为10 cm,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,则喷嘴处喷水的速度大约为( )
A.2.7 m/s B.5.4 m/s C.7.6 m/s D.10.8 m/s
9.“水刀”应用高压水流切割技术,相比于激光切割有切割材料范围广,效率高,安全环保等优势.某型号“水刀”工作过程中,将水从细喷嘴高速喷出,直接打在被切割材料表面,从而产生极大压强,实现切割。已知该“水刀”在任意相等时间t内用水量都为,水的密度为,假设高速水流垂直打在材料表面上后,立刻沿材料表面散研没有反弹,当水对材料垂直于表面方向的压强为P时便可以将该材料切开。则该“水刀”细喷嘴的横截面积至多为( )
A. B. C. D.
10.如图所示为清洗汽车用的高压水枪。设水枪喷出水柱直径为D,水流速度为v,水柱垂直汽车表面,水柱冲击汽车后水的速度为零。手持高压水枪操作,进入水枪的水流速度可忽略不计,已知水的密度为ρ。下列说法正确的是( )
A.高压水枪单位时间喷出的水的质量为ρπvD2
B.高压水枪单位时间喷出的水的质量为ρvD2
C.水柱对汽车的平均冲力为ρD2v2
D.当高压水枪喷口的出水速度变为原来的2倍时,喷出的水对汽车的压强变为原来的4倍
11.如图,篮球赛中,甲、乙运动员想组织一次快速反击,甲、乙以相同的速度并排向同一方向奔跑,甲运动员要将球传给乙运动员,不计空气阻力,则( )
A.应该将球沿着1的方向抛出
B.应该将球沿着2的方向抛出
C.完成传球的过程,两运动员对球的冲量大小和方向都是相同的
D.当乙接着球后要往身体收,延长触球时间,以免伤害手指
12.如题图所示,水上飞行表演中,运动员操控喷射式悬浮飞行器将水带缓慢竖直送上来的水向下喷出,可以完成悬停、上升等各种动作。某次表演时运动员处于悬停状态,喷嘴竖直向下喷出水的速度为,若运动员操控装置,以竖直向上的加速度a开始运动瞬间,喷嘴竖直向下喷出水的速度为,重力加速度为g,下列关系式正确的是( )
A. B.
C. D.
13.土兵从高台跳到低处地面时,土兵的速度在很短时间内减小为零,速度变化大,为了安全,土兵都是让脚尖先着地,有效地保护人体免于伤害或减轻伤害程度。这样做是为了( )
A.减小人的平均受力大小 B.减小冲量
C.减少动量的变化量 D.减小地面对人的压强
14.竖直上抛物体的初速度大小与返回抛出点时速度大小的比值为k,物体返回抛出点时速度大小为v,若在运动过程中空气阻力大小不变,重力加速度为g,则物体从抛出到返回抛出点所经历的时间为( )
A. B. C. D.
15.竖直上抛物体的初速度大小与返回抛出点时速度大小的比值为k,物体返回抛出点时速度大小为v,若在运动过程中空气阻力大小不变,重力加速度为g,则物体从抛出到返回抛出点所经历的时间为( )
A. B. C. D.
二、填空题
16.动量定理
(1)内容:物体在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的___________。
(2)表达式:I=p′-p或F(t′-t)=___________。
17.一质量为的质点静止于光滑水平面上,从时起,第1秒内受到的水平外力作用,第2秒内受到同方向的的外力作用.则内外力的平均功率是__________W,第内与第内质点动能增加量之比为__________。
18.一质量为m=0.2kg的皮球。从高H=0.8m处自由落下,与地面相碰后反弹的最大高度为h=0.45m,规定竖直向上为正方向,皮球着地时的动量是______ ,皮球离开地面时的动量是______ ,则皮球与地面接触这段时间内动量的变化量是______ ,设皮球与地面的作用时间为0.1s,皮球对地面的平均作用力大小为______N。
19.一个质量为0.3kg的垒球以10m/s的水平速度从左边飞来,球受棒打击后以20m/s的水平速度反向弹回,球与棒的接触时间为0.01s。若以水平向左为正方向,则棒击后垒球的动量为___________kg·m/s,棒对球的平均作用力为___________N。
三、解答题
20.如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量mA=4kg,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计。可视为质点的物块B置于A的最右端,B的质量mB=2kg。现对A施加一个水平向右的恒力F=10N,A运动一段时间后,小车左端固定的挡板与B发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下继续运动,碰撞后经时间t=0.6s,二者的速度达到vt=2m/s。求:
(1)A开始运动时加速度a的大小;
(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小。
21.如图是用木槌把糯米饭打成糍粑的场景,有人据此编了一道练习题:“已知木槌质量为,木槌刚接触糍粑时的速度是,打击糍粑后木槌静止,求木槌打击糍粑时平均作用力的大小。”解答此题,你是否发现,以上数据所描述的是一个不符合实际的情景,哪些地方不符合实际?
22.如图甲是我国首艘“海上飞船”——翔州1号。该飞艇在平静的水面由静止开始在水平面上沿直线运动,若运动过程中受到的阻力不变,水平方向的动力F随运动时间t的变化关系如图乙所示。t=50s后,“翔州1号”以20m/s的速度做匀速直线运动。求:
(1)飞艇所受阻力的大小;
(2)0~50s内,飞艇所受合外力冲量的大小和飞艇的质量。
23.冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程:如图所示,运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线OO′推到A点放手,此后冰壶沿AO′滑行,最后停于C点。已知冰面和冰壶间的动摩擦因数为μ,冰壶质量为m,AC=L,CO′=r,重力加速度为g。
(1)求冰壶从O点到A点的运动过程中受到的冲量大小;
(2)若将BO′段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为0.8μ,原只能滑到C点的冰壶能停于O′点,求A点与B点之间的距离。
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.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。
2.D
【详解】
AB.根据动量定理
可知下落过程中鸡蛋A、B所受重力的冲量、和末动量一样大,故AB错误;
C.碰撞后鸡蛋A、B都静止,可知碰撞过程中动量减少量相等,故C错误;
D.鸡蛋B与石头作用时间段,碰撞过程中鸡蛋的动量变化率
相同,作用时间短,所以碰撞过程中鸡蛋B的动量变化率大,故D正确。
故选D。
3.B
【详解】
A.根据
可知若 x 轴和 y 轴分别表示时间 t 和汽车的加速度 a,AB 是汽车的加速度随时间变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表汽车的速度变化量,故A正确;
B.由图可知若x 轴和y 轴分别表示汽车的速度v 和汽车的牵引F,说明牵引力的瞬时功率不断增大,梯形OABC 的面积没有物理意义,故B错误;
C.根据
可知若x 轴和y 轴分别表示时间t 和汽车的功率P,AB 是汽车的功率随时间变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表汽车牵引力做的功,故C正确;
D.根据
可知若x 轴和y 轴分别表示时间t 和汽车所受的合外力F,AB 是汽车所受合外力随时间变化的图线,那么梯形OABC 的面积可以代表汽车的动量变化,故D正确。
本题选错误项,故选B。
4.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。
5.C
【详解】
设飞行器对水的作用力为,根据牛顿第三定律可知,水对飞行器的作用力的大小也等于,对飞行器,根据平衡条件有
设水喷出时的速度为,在时间内喷出的水的质量为
又有
对喷出的水应用动量定理有
联立代入数据解得
故ABD错误C正确。
故选C。
6.D
【详解】
A.运动员在空中运动的每帧位置之间,时间间隔相同,重力的冲量由
可知重力冲量相同,故A错误;
B.运动员在空中只受重力作用,运动的每帧位置之间,速度的改变方向由
可知是相同的,故B错误;
C.运动员从跳台到最高点过程中,由于最高点有水平方向的速度,所以重力势能的增加小于,故C错误;
D.运动员从最高点落回地面过程中重力的瞬时功率为
所以随时间均匀增加,故D正确。
故选D。
7.D
【详解】
AB.拉力F对物体的冲量大小为Ft,选项AB错误;
C.由平衡可知,摩擦力为
f=Fcosθ
则摩擦力对物体的冲量大小为
If=Ftcosθ
选项C错误;
D.因物体匀速运动,则合外力为零,则合外力对物体的冲量大小为零,选项D正确。
故选D。
8.C
【详解】
设飞行器对水的作用力为,根据牛顿第三定律可知,水对飞行器的作用力的大小也等于,对飞行器,根据平衡条件有
设水喷出时的速度为,在时间内喷出的水的质量为
又有
对喷出的水应用动量定理有
联立代入数据解得
故ABD错误C正确。
故选C。
9.A
【详解】
设水的速度为,该“水刀”细喷嘴的横截面积为,任意相等时间t内用水量都为,则有
解得
选取时间内打在材料表面质量为水为研究对象,由动量定理得
其中
解得
根据牛顿第三定律,材料表面受到的压力
水对材料垂直于表面方向的压强为
联立以上式子解得
由题意当水对材料垂直于表面方向的压强为P时便可以将该材料切开,则
解得
选项A正确,BCD错误;
故选A。
10.D
【详解】
AB.高压水枪单位时间喷出水的质量等于单位时间内喷出的水柱的质量,即
AB错误;
C.水柱对汽车的平均冲力为F,由动量定理得
Ft=mv
即
解得
C错误;
D.高压水枪喷出的水对汽车产生的压强
则当高压水枪喷口的出水速度变为原来的2倍时,压强变为原来的4倍,D正确。
故选D。
11.D
【详解】
AB.甲和乙相对静止,所以甲将球沿着3方向抛出就能传球成功,故A、B均错误;
C.根据动量定理知,完成传球的过程两运动员对球的冲量等大反向,故C错误;
D.根据动量定理可知,相同的动量变化量下,延长作用时间,可以减小冲击力,故乙接着球后要往身体收,以免伤害手指,故D正确。
故选D。
12.D
【详解】
设水的密度为,喷嘴喷水出口横截面积为S,喷嘴竖直向下喷出水时,对水竖直向下的作用力大小为F,由动量定理得
可得
当运动员处于悬停状态时有
当运动员操控装置以竖直向上的加速度a开始运动瞬间有
联立解得
故D正确,ABC错误。
故选D。
13.A
【详解】
BC.让脚尖先着地并不会改变着地碰撞前后人速度的变化量,也不会改变动量的变化量和冲量,选项BC错误;
AD.根据动量定理可知
由于脚尖先着地的缓冲作用,延长了人的受力时间,减小了人的平均受力大小,选项A正确,D错误;
故选A。
14.C
【详解】
设空气阻力大小为f,在上升过程中由动能定理,得
在下降过程中由动能定理得
且
解得
设向下为正方向,在上升过程中,由动量定理得
在下降过程中,由动量定理得
二式联立代入
解得
且
则物体从抛出到返回抛出点所经历的时间为
故C正确,ABD错误。
故选C。
15.C
【详解】
设空气阻力大小为f,在上升过程中由动能定理,得
在下降过程中由动能定理得
且
解得
设向下为正方向,在上升过程中,由动量定理得
在下降过程中,由动量定理得
二式联立代入
解得
且
则物体从抛出到返回抛出点所经历的时间为
故C正确,ABD错误。
故选C。
16. 动量变化量 mv′-mv
【详解】
略
17. 2.25W
【详解】
[1] ,物体的加速度
解得
位移
外力做的功
1s末速度
,物体的加速度
解得
位移
外力做的功
内外力的平均功率
[2]根据动能定理
可得第内与第内质点动能增加量之比
18. -0.8 0.6 1.4 16
【详解】
[1] 由匀变速直线运动的速度位移公式可得
皮球落地速度大小
皮球着地时的动量是
[2] 皮球反弹的速度大小
解得
皮球离开地面时的动量
[3] 皮球与地面接触这段时间内动量的变化量
[4] 由动量定理可知
解得
19. 6 900
【详解】
[1] 水平向左为正方向,棒击后垒球的动量为
[2] 水平向左为正方向,根据动量定理
解得
20.(1)2.5m/s2;(2)1m/s
【详解】
(1)以A为研究对象,由牛顿第二定律有
F=mAa
代入数据解得
a=2.5m/s2.
(2)对A、B碰撞后共同运动t=0.6s的过程,由动量定理得
Ft=(mA+mB)vt-(mA+mB)v
代入数据解得
v=1m/s
21.;速度不符合实际
【详解】
设竖直向下为正方向,对于木槌,根据动量定理可得
解得
表明木槌受到糍粑的平均作用力大小为4140N,方向竖直向上,根据牛顿第三定律可知,木槌打击糍粑时平均作用力的大小为4140N,方向竖直向下。
以上数据中速度大小不符合实际,实际速度不可能达到22m/s 。
22.(1);(2)
【详解】
(1)根据乙图得t=50s后,飞艇匀速直线运动,则有
t=50s后,动力为
故所受阻力为的大小为。
(2)在0~50s内,飞艇所受合外为冲量
代入数据得
根据动量定理
解得飞艇的质量为
23.(1);(2)
【详解】
(1)由
得
由
将代入得
(2)设A点与B点之间的距离为s,由
将代入得
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页