人教版选择性必修一单一方向动量守恒专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
1. 如图所示,有一小车静止在光滑的水平面上,站在小车上的人将右边管中的球一个一个地投入左边的筐中球仍在车上。以人、车和球作为系统,下列判断正确的是( )
A. 由于系统所受合外力为零,故小车不会动
B. 当球全部投入左边的框中时,车仍然有向右的速度
C. 由于系统水平方向动量守恒,故小车右移
D. 若人屈膝跳起投球,则系统在竖直方向上动量守恒
2. 如图所示,滑块套在固定的光滑横杆上,小球通过轻质细绳与滑块相连,将小球从图示位置释放,空气阻力忽略不计,下列说法正确的是( )
A. 滑块和小球组成的系统动量守恒,机械能守恒
B. 滑块和小球组成的系统动量守恒,机械能不守恒
C. 滑块和小球组成的系统水平方向动量守恒,机械能守恒
D. 滑块和小球组成的系统动量不守恒,机械能不守恒
3. 如图所示,一高、倾角,质量的光滑斜面静止在光滑水平面上,一质量的物块从斜面顶端由静止释放已知,,则物块由斜面顶端滑到底端的过程中,斜面将
A. 向右移动 B. 向右移动 C. 向右移动 D. 向右移动
4. 一辆小车静止在光滑的水平面上,小车立柱上用一条长为的轻绳拴一个小球,小球与悬点在同一水平面上,轻绳拉直后小球从点静止释放,如图,不计一切阻力,下面说法中正确的是( )
A. 小球的机械能守恒,动量守恒
B. 小车的机械能守恒,动量也守恒
C. 小球和小车组成系统机械能守恒,水平方向上动量守恒
D. 小球和小车组成系统机械能不守恒,总动量不守恒
5. 带有光滑圆弧轨道、质量为的滑车静止置于光滑水平面上,如图所示.一质量也为的小球以速度水平冲上滑车,当小球上滑再返回,并脱离滑车时,以下说法正确的是( )
A. 整个过程,小球和滑车组成的系统动量守恒 B. 脱离滑车后小球可能沿水平方向向左做平抛运动
C. 脱离滑车后小球一定做自由落体运动 D. 脱离滑车后小球可能水平向右做平抛运动
6. 如图所示,半径为、质量为的光滑圆槽置于光滑的水平地面上,一个质量为的小木块从槽的顶端由静止滑下。则木块从槽口滑出时的速度大小为( )
A.
B.
C.
D.
7. 如图,长的轻杆两端固定两个质量相等的小球甲和乙可视为质点,初始时它们直立在光滑的水平地面上。后由于受到微小扰动,系统从图示位置开始倾倒。当小球甲刚要落地时,其速度大小为 ( )
A. B. C. D.
8. 如图所示,质量为的斜面置于光滑的水平地面上,一质量为的滑块以初速度沿斜面向上滑行,它们在相互作用的过程中,当斜面的速度达到最大值时,对应的是下列情况中的( )
A. 物体在到达斜面的最高位置时 B. 物体从斜面上开始下滑时
C. 物体与斜面速度相等时 D. 物体与斜面开始分离时
9. 将质量为的铅球以大小为、仰角为的初速度抛入一个装着沙子的总质量为的静止小车中,如图所示,小车与地面间的摩擦力不计,则最后铅球与小车的共同速度等于( )
A. B. C. D.
10. 长为的轻绳,一端与质量为、套在水平光滑横杆上的圆环相连,另一端连接一质量为的小球,开始时,将小球移至横杆处轻绳处于水平伸直状态,见图,然后轻轻放手,当轻绳与横杆成直角时,圆环的位移是,则 ( )
A. B. C. D.
二、计算题(本大题共3小题,共40.0分)
11. 如图所示,人站在滑板上,以的速度沿光滑水平面向右运动.当靠近前方的横杆时,人相对滑板竖直向上起跳越过横杆,从横杆下方通过,与静止的滑板发生碰撞并粘在一起,之后人落到上,与滑板一起运动,已知人、滑板和滑板的质量分别为、和,求:
、碰撞过程中,对的冲量的大小和方向;
人最终与滑板的共同速度的大小.
12. 如图所示,在水平光滑桌面上放一质量为的玩具小车,在小车的平台小车的一部分上有一质量可忽略的弹簧,一端固定在平台上,另一端用质量为的小球将弹簧压缩一定距离后用细绳捆住,用手将小车固定在桌面上,然后烧断细绳,小球就被弹出,落在车上点,。如果小车不固定而烧断细绳,球将落在车上何处?设小车足够长,球不致落在车外。
如图所示,在光滑的水平面上,质量为、长为的木板右端紧靠竖直墙壁,与墙壁不粘连。质量为的小滑块可视为质点以水平速度滑上木板左端,滑到木板右端时速度恰好为零。现小滑块以水平速度滑上木板左端,滑到木板右端时与竖直墙壁发生弹性碰撞,以原速率弹回,刚好能够滑到木板左端而不从木板上落下,求与的比值。
13.
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
在投球过程中,人和车含篮球系统所受的合外力不为零,但水平方向不受外力,系统的动量不守恒,但水平方向动量守恒,根据水平方向动量守恒分析。
解决本题的关键是要正确分析系统的受力情况,结合动量守恒条件分析小车的运动情况。
【解答】
解:
在投球过程中,人、车、球组成的系统所受的合外力不为零,但水平方向不受外力,所以系统的动量不守恒,但系统水平方向动量守恒。系统原来水平方向动量为零,球有水平向左的动量,则人和小车获得水平向右的动量,所以小车右移,故A错误,C正确;
B.当球全部投入左边的框中时,人、车和球速度相同,根据系统水平方向动量守恒知,小车的速度为零,故B错误;
D.若人屈膝跳起投球,人和球在竖直方向上有加速度,系统在竖直方向上合外力不为零,则系统在竖直方向上动量不守恒,故D错误。
故选:。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了动量守恒定律的守恒条件和机械能守恒定律的守恒条件,遇到相互作用的问题,一般要从系统的角度考虑机械能是否守恒及某一方向上的动量是否守恒;要注意本题中系统总动量并不守恒,只是水平动量守恒。
当合外力为零时系统动量守恒,若某一方向上合外力为零则该方向上动量守恒;
只有重力或只有弹力做功,系统机械能守恒。
【解答】
由于在水平方向上,以滑块和小球为系统,不受任何外力,水平方向上动量守恒;
在竖直方向上合外力不为零小球做曲线运动,竖直方向有加速度,而滑块竖直方向没有加速度,导致竖直方向合力一定不为零,动量不守恒,故滑块和小球组成的系统动量不守恒;
滑块和小球的系统,只有重力做功,所以机械能守恒。
故ABD错误,C正确。
3.【答案】
【解析】
【分析】
根据系统水平方向动量守恒列式,并结合几何关系求解。
本题是水平方向动量守恒的常规题目,简单。
【解答】
斜面和物块组成的系统水平方向动量守恒,在水平方向有
所以
根据几何关系得出
解得
故C正确,ACD错误;
故选C。
4.【答案】
【解析】
【分析】
小球与小车组成的系统在水平方向不受外力,满足水平方向动量守恒定律;小球与小车系统在整个过程中只有重力做功,系统机械能守恒。
遇到相互作用的问题,一般要从系统的角度考虑机械能是否守恒及某一方向上的动量是否守恒。
【解答】
小球由静止释放过程中,小球与小车组成的系统在水平方向不受外力,故系统只在在水平方向动量守恒,而小球与小车水平方向和竖直方向受力都不为零,动量不守恒;小球与小车系统在整个过程中只有重力做功,系统机械能守恒。
故选C。
5.【答案】
【解析】解:、整个过程小球和滑车组成的系统在水平方向所受合外力为零,系统在水平方向动量守恒,系统在竖直方向所受合外力不为零,系统所受合外力不为零,系统动量不守恒,故A错误;
、整个过程系统在水平方向动量守恒,以小球的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:,
由系统的机械能守恒得:,解得:,,脱离滑车后小球速度为零,小球做自由落体运动,故BD错误,C正确;
故选:.
小球在滑车上运动的过程中,小球和小车组成的系统,在水平方向上不受外力,水平方向动量守恒,小球越过圆弧轨道后,在水平方向上与小车的速度相同,返回时仍然落回轨道,根据动量守恒定律判断小球的运动情况.
本题考查了动量守恒定律的应用,解决本题的关键知道小球和小车组成的系统在水平方向上动量守恒,系统的机械能也守恒,可用弹性碰撞进行类比,来记住速度的表达式.
6.【答案】
【解析】
【分析】
当光滑圆槽不固定时,木块与槽组成的系统在水平方向上动量守恒,系统机械能守恒,由动量守恒定律与机械能守恒定律可以求出木块到达槽口时的速度。
本题考查了动量守恒和能量守恒的基本运用,知道系统在水平方向上动量守恒,注意不能认为槽静止不动。
【解答】
对木块和槽所组成的系统,水平方向不受外力,水平方向动量守恒,设木块滑出槽口时的速度为,槽的速度为,
在水平方向上,由动量守恒定律可得:
木块下滑时,只有重力做功,系统机械能守恒,
由机械能守恒定律得:,
联立解得:,故B正确,ACD错误。
故选B。
7.【答案】
【解析】
【分析】
系统水平方向动量守恒、系统机械能守恒,由动量守恒定律与机械能守恒定律可以求出速度。
本题考查了求速度,分析清楚物体运动过程、应用动量守恒定律与机械能守恒定律即可正确解题。
【解答】
解:甲、乙组成的系统在水平方向动量守恒,当小球甲刚要落地时,水平方向上的速度为零,所以乙球的速度也为零,乙球的动能为零;甲球初始状态的重力势能全部转化为甲球的动能,由机械能守恒定律得,解得,故ABD错误,C正确。
故选C。
8.【答案】
【解析】解:滑块和斜面组成的系统,在水平方向上所受的合力为零,水平方向上动量守恒,根据动量守恒定律知,当滑块的速度沿斜面向下达到最大时,斜面向右的速度最大,此时物体与斜面开始分离。故D正确,ABC错误。
故选:。
滑块和斜面组成的系统,在水平方向上动量守恒,结合动量守恒定律分析斜面何时速度最大.
本题运用动量守恒定律解决比较简捷,抓住开始在水平方向上,总动量向右,结合动量守恒定律分析求解
9.【答案】
【解析】
【分析】
以铅球、小车为系统,系统水平方向不受外力,水平动量守恒,由此列出等式求解.
解决该题关键是掌握动量守恒的应用,正确选择研究对象是前提.本题中系统所受合力不为零,但是可以在某一方向所受合力为零,在该方向上系统动量守恒.
【解答】
取水平向右方向为正方向,以铅球、小车为研究的系统,根据系统水平方向动量守恒,得
得铅球与小车的共同速度
故选:。
10.【答案】
【解析】
【分析】
小球和环组成的系统水平方向不受力的作用,所以水平方向动量守恒,类同于人船模型求解圆环的位移。
解决该题关键是掌握动量守恒的条件,知道系统在某一个方向上不受力或者合外力为零,则在该方向上动量守恒,掌握人船模型的特征。【解答】
选小球和圆环组成的系统为研究对象,整个过程中,系统在水平方向满足动量守恒,取向右为正方向,设从开始到轻绳与横杆成直角的过程中,圆环的平均速度大小为,小球水平方向的平均速度大小为,则,设运动时间为,此过程圆环的位移大小为,小球水平方向的位移大小为,则,解得,故选A。
11.【答案】解:人跳起后与碰撞前后动量守恒
设碰后的速度
解得:
对的冲量:,方向水平向右;
人下落与作用前后,水平方向动量守恒,设共同速度
代入数据得: .
答:、碰撞过程中,对的冲量的大小是,方向水平向右;
人最终与滑板的共同速度的大小是.
【解析】人跳起后与碰撞前后动量守恒,根据动量守恒定律求出共同的速度,然后由动量定理即可求出对的冲量;
人下落与作用前后,水平方向动量守恒,再根据动量守恒定律求解即可.
解决该题关键要掌握系统动量守恒的应用,知道人跳起后与碰撞前后动量守恒,学会应用机械能守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律处理这类问题.
12.【答案】解:
设平台高度为。
当小车固定时,小球做平抛运动,由:,
解得:
则弹簧压缩时弹性势能为:
当小车不固定时,烧断细绳。
设弹出时小球相对于地面的速度大小为,车相对地面的速度的大小为
由动量守恒定律可得:
设小球落在车上处,,
则:
由能量守恒定律得:
解得:
答:小车不固定而烧断细绳,球将落在车上距点处的距离为
【解析】本题考查了求小球的落点位置问题,分析清楚题意,应用平抛运动知识、动量守恒定律、能量守恒定律即可正确解题.
小球离开平台后做平抛运动,由平抛运动知识可以求出小球的初速度;小车不固定时,车与球组成的系统动量守恒,由动量守恒定律、能量守恒定律、平抛运动知识可以求出球的落点位置.
13.【答案】小滑块以水平速度右滑时,有:
小滑块以速度滑上木板到运动至碰墙时速度为,则
滑块与墙碰后至向左运动到木板左端,滑块与木板组成的系统在水平方向的动量守恒,选取向左为正方向、木板的共同速度为,则
由总能量守恒可得:
上述四式联立,计算得出:
答:物块刚好能够滑到木板左端而不从木板上落下应满足.
【解析】略
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