热点18 动量定理+实际情景 --高考物理50热点冲刺精练（名师解析）

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2024高考物理50热点冲刺训练
热点18 动量定理+实际情景
1. （2024湖南永州重点高中质检）在2023年北京冬奥会短道速滑男子5000米接力赛中，中国队取得冠军，在交接区，“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面，并且开始向前滑行。待乙追上甲时，乙猛推甲一把，使甲获得更大的速度向前冲出。在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面间的摩擦力，则（　　）
A. 甲、乙组成的系统机械能守恒
B. 甲对乙的冲量与乙对甲的冲量一定相同
C. 甲、乙的动量变化一定大小相等方向相反
D. 甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量
【参考答案】C
【名师解析】
在乙推甲的过程中，对于甲乙构成的系统，乙的肌肉产生的作用力属于内力，该内力做了功，即人体的能量有一部分转化为系统的机械能，可知，甲、乙组成的系统机械能不守恒，故A错误；
B．根据冲量的定义有
可知，甲对乙的冲量与乙对甲的冲量大小相等，方向相反，可知甲对乙的冲量与乙对甲的冲量一定不相同，故B错误；
C．忽略运动员与冰面间的摩擦力，根据动量定理有
结合上述可知，甲、乙的动量变化一定大小相等方向相反，故C正确；
D．根据动能定理有
根据牛顿第三定律 甲对乙的作用力与乙对甲的作用力大小相等，由于“交棒”过程甲乙的位移大小关系不确定，则“交棒”过程甲乙的合力做功大小关系也不确定，可知，甲的动能增加量与乙的动能减少量大小关系也不确定，故D错误。
。
2. （2024湖北重点高中3月联考）如图为雀尾螳螂虾，它的“铁拳”可在内以接近的速度挥出，出拳冲击力度高达。若“铁拳”挥出过程中，不考虑其他力的作用，则下列估算正确的是（　　）
A. “铁拳”的质量约为
B. “铁拳”的加速度大约为
C. “铁拳”的动量约增大了
D. “铁拳”所受合力的冲量大约为
【参考答案】D
【名师解析】
“铁拳”在挥出过程中所受合力的冲量
故D正确；
由动量定理得挥出过程中“铁拳”的动量增加量
故C错误；
“铁拳”的质量约为
故A错误；
B．“铁拳”的加速度约为
故B错误。
3. (2024广东广州天河区二模)福建属于台风频发地区，各类户外设施建设都要考虑台风影响。已知10级台风的风速范围为，16级台风的风速范围为。若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌，则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的（　　）
A. 2倍 B. 4倍 C. 8倍 D. 16倍
【参考答案】B
【名师解析】
设空气的密度为，风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的横截面积为，在时间的空气质量为
假定台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的末速度变为零，对风由动量定理有
可得
10级台风风速，16级台风的风速，则有
故选B。
4. （2024江西上进联盟质检）我国目前正在运转的空间站天和核心舱，搭载了一种全新的推进装置——霍尔推进器。如图，其工作原理为电子枪发射的电子在电场和磁场力的共同作用下与中性原子碰撞并使其电离为正离子，正离子（在磁场中的偏转角度很小）在电场力的作用下高速喷出。若空间站组合体的质量为100t，配备有4台霍尔推进器，单台推进器单位时间喷出的正离子数量个，速度，其质量为，不计一切阻力，下列说法正确的是（　　）
A. 单台霍尔推进器产生的平均推力约为0.08N
B. 单台霍尔推进器产生的平均推力约为80N
C. 所有推进器全部开启时，空间站组合体的加速度约为
D. 所有推进器全部开启时，空间站组合体的加速度约为
【参考答案】AC
【名师解析】
根据题意，由动量定理有
解得
故A正确，B错误；
根据题意，由牛顿第二定律有
解得
故C正确，D错误。
5. （2024深圳龙岗期末） 如图游乐园水上表演中，水面摩托艇上安装的水泵通过轻质软管喷水，将质量为的游客（包括踏板）顶起在空中保持静止（此时软管竖直且喷水口竖直向下），设软管与喷口的横截面积相同，喷水速率为，重力加速度为，则时间内喷水的质量为（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】C
【名师解析】
对游客与踏板整体进行分析，根据平衡条件有
令极短时间内喷出水的质量为，根据牛顿第三定律可知，踏板对喷出水的反作用力为
由于软管竖直且喷水口竖直向下，根据题意可知水泵先将水沿软管竖直向上以速率v送至踏板处，冲击踏板后又以速率从喷水口竖直向下喷出，取竖直向下为正方向，对极短时间内喷出水进行分析，由于时间极短，其重力可以忽略，根据动量定理有
则时间内喷水的质量为
解得
故选C。
6. （2024山东潍坊1月质检）2023年10月2日中国蹦床名将朱雪莹在杭州亚运会蹦床比赛中夺得女子个人冠军。在某次比赛中她从离水平网面3.2m高处自由下落，与网接触0.8s后，沿竖直方向弹回到离水平网面5.0m高处。已知朱雪莹质量为45kg，g取，网对朱雪莹的平均作用力大小为（　　）
A. 112.5N B. 562.5N C. 1012.5N D. 1462.5N
【参考答案】D
【名师解析】
朱雪莹自由下落刚触网时的速度大小满足
解得
离开网时的速度大小满足
解得
取竖直向上为正方向，由动量定理可得
解得
故选D。
7．（2024湖南新高考教研联盟一模）水滴石穿是生活中常见的现象，假设屋檐到下方石板的距离为，水滴从屋檐无初速度滴落到石板上，在内沿石板平面散开，水滴质量为，忽略空气阻力，g取，则石板受到水滴的冲击力为（ ）
A． B．
C． D．
【参考答案】C
【名师解析】水滴做自由落体运动，由运动学公式，可得水滴落到石板前速度。
对水滴沿石板散开过程，设石板对水滴竖直向上的作用力为F，在内，由动量定理，解得F=0.025N，由牛顿第三定律可知，石板受到水滴的冲击力为F’=F=0.025N，C正确。
8. （2024江苏泰州3月调研）人们常利用高压水枪洗车（如图），假设水枪喷水口的横截面积为S，喷出水流的流量为Q（单位时间流出的水的体积），水流垂直射向汽车后速度变为0。已知水的密度为，则水流对汽车的平均冲击力为（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】D
【名师解析】选择极短时间内与汽车发生相互作用的水为研究对象，该部分水的质量为
由于喷出水流的流量为Q指单位时间流出的水的体积，则有
对极短时间内与汽车发生相互作用的水，设汽车对水的作用力为F1，根据动量定理有，
根据牛顿第三定律有水流对汽车的平均冲击力，
联立上述各式解得，水流对汽车的平均冲击力为，D正确。
9. （2024山东泰安期末）如图所示，某款无人机有4个半径均为R的动力螺旋桨。在没有风的天气，让每个桨叶均以大小相等的转速旋转、并沿竖直方向向下吹风，从而产生反作用力，使无人机悬停在空中。已知当地的空气密度为ρ，空气被每个桨叶向下吹出的速度大小均为v。则无人机的重力大小是（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】D
【名师解析】
单位时间内被每个螺旋桨推动的空气质量为
由动量定理可得在时间内有
则每个螺旋桨对空气的作用力
由牛顿第三定律得，空气对每个螺旋桨的作用力
根据平衡条件无人机的重力大小
故选D。
10. （2024四川成都一诊）水果的碰伤阈值是指水果在不碰伤的情况下能够从静止状态跌落的最大高度。已知导致苹果碰伤所需的平均作用力约为苹果自身重力的3倍。假设苹果在接触钢板后0.1s减速至静止，重力加速度g取，则苹果在钢板上的碰伤阈值最接近（　　）
A. 10cm B. 20cm C. 30cm D. 45cm
【参考答案】B
【名师解析】设苹果刚接触钢板时速度为，取向上为正方向，根据动量定理，有
解得
设苹果从静止状态跌落的最大高度为，有
解得
故选B。
11. （2024浙江宁波期末）生活中我们常用高压水枪清洗汽车。如图所示，水垂直车门喷射，出水速度为30m/s，水的密度为，水碰到车后四面散开。则车门单位面积受到水的平均冲击力为多大（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】B
【名师解析】
设出水时间为t，水枪的喷口的横截面积为S，对画表面的冲击力为F，水枪喷出水的速度为v，则在t时间内喷出水的质量为
以这部分水位研究对象，以水喷出方向为正方向，则由动量定理可得
-Ft=0-mv
由水枪喷嘴的横截面积很小，可忽略不计，则所受到水的冲击力约为
F==
故选B
12. （2024全国名校联盟大联考） 为保证航海安全，海员需进行跳水训练。某次跳水训练中，质量的海员从距水面的跳台边缘处由静止自由下落，下落过程中双脚并拢，脚尖绷直，身体始终保持竖直。忽略空气阻力，重力加速度g取。
（1）求海员从离开跳台到接触水面所用的时间；
（2）已知海员本次跳水触水瞬间受到水的作用力方向竖直向上，大小，式中水的密度，比例系数，触水瞬间的有效面积，求海员触水瞬间加速度的大小；
（3）若海员从触水到速度减为0用时2s，求该过程中水对海员平均作用力的大小。
【参考答案】（1）1s；（2）2m/s2；（3）1125N
【名师解析】
（1）海员从离开跳台到接触水面过程仅受重力作用，有
解得
（2）海员触水瞬间的速度
海员触水瞬间加速度的大小
（3）规定向下为正方向，设运动员受到水平均作用力大小约为F，方向向上，由动量定理得
解得
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