人教版物理选修3-5
16.2动量和动量定理同步训练
一、单项选择题(下列选项中只有一个选项满足题意)
1.下列说法正确的是( )
A.动量大小相同的两个小球,其动能也一定相同
B.做曲线运动的物体,其加速度一定是变化的
C.物体做平抛运动时,相同时间内的动量的变化量不可能相同
D.物体做匀速圆周运动时,其所受合外力的方向一定指向圆心
2.下列关于动量的说法中,正确的是( )
A.动量大的物体惯性一定大
B.物体的动量改变,其动能一定改变
C.两物体动能相等,动量一定相等
D.物体的运动状态改变,其动量一定改变
3.下面关于动量与冲量的说法正确的是( )
A.速度越大,动量就越大
B.力越大,力的冲量就越大
C.物体所受合外力越大,它的动量变化就越快
D.物体所受合外力的冲量越大,它的动量也越大
4.玻璃杯从同一高度落下,掉在水泥地上比掉在草地上容易碎,这是由于玻璃杯与水泥地面撞击的过程中( )
A.玻璃杯的动量较大
B.玻璃杯受到的冲量较大
C.玻璃杯的动量变化较大
D.玻璃杯的动量变化较快
5.如图所示,今有一子弹穿过两块静止放置在光滑水平面上的相互接触质量分别为m和2m的木块A、B,设子弹穿过木块A、B的时间分别为t1和t2,木块对子弹的阻力恒为Ff,则子弹穿过两木块后,木块A的速度大小是( )
A.
B.
C.
D.
6.高空坠物极易对行人造成伤害.若一个50
g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下,与地面的撞击时间约为2
ms,则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为(
)
A.10
N
B.102
N
C.103
N
D.104
N
7.受新冠疫情影响,为了加强农业生产,在玉米种植区使用无人机种植,为保证玉米的成活率,将种子连同营养物质包进一个很小的荚里。播种时,在离地面6
m高处、以10m/s的速度水平匀速飞行的无人机中,播种器利用空气压力把荚以1m/s的速度(相对播种器)竖直向下射出,荚进入地面下5
cm深处完成一次播种。已知荚的总质量为2
g,不考虑荚所受大气阻力及进入土壤后重力的作用,取g=10
m/s2,则( )
A.射出荚的过程中,播种器对荚做的功为J
B.离开无人机后,荚在空中运动的时间为s
C.土壤对荚冲量的大小为
kg·m/s
D.荚在土壤内受到平均阻力的大小为3.25
N
8.如图所示为某场足球比赛中运动员罚点球时的情景,运动员将静止在草坪上的足球以35m/s的速度踢出,守门员准确地判断来球方向,并将以25m/s的速度飞来的足球以10m/s的速度沿原路挡出。已知守门员的双手与足球的作用时间约为0.1s,受到足球的平均作用力大小约为150N,不考虑运动员和守门员触球瞬间足球重力的作用,则罚点球时运动员的脚对足球作用力的冲量大小约为( )
A.12N·s
B.13.5N·s
C.15N·s
D.16.6N·s
9.水平力F方向确定,大小随时间的变化如图a所示,用力F拉静止在水平桌面上的小物块,在F从0开始逐渐增大的过程中,物块的加速度a随时间变化的图象如图b所示,重力加速度大小为10m/s2,最大静摩擦力大于滑动摩擦力,由图示可知( )
A.物块的质量m=2kg
B.物块与水平桌面间的动摩擦因数为0.2
C.在4s末,物体的动量为12kg·m/s
D.在2~4s时间内,小物块速度均匀增加
10.高空作业须系安全带,如果质量为m的高空作业人员不慎跌落,从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为h(可视为自由落体运动).此后经历时间t安全带达到最大伸长,若在此过程中该作用力始终竖直向上,则该段时间安全带对人的平均作用力大小为( )
A.+mg
B.-mg
C.+mg
D.-mg
二、多项选择题
11.如图所示,质量均为m的A、B两物块用轻弹簧连接,放在光滑的水平面上,A与竖直墙面接触,弹簧处于原长,现用向左的推力缓慢推物块B,当B处于图示位置时静止,整个过程推力做功为W,瞬间撤去推力,撤去推力后(
)
A.当A对墙的压力刚好为零时,物块B的动能等于W
B.墙对A物块的冲量为
C.当B向右运动的速度为零时,弹簧的弹性势能为零
D.弹簧第一次伸长后具有的最大弹性势能为W
12.一质量为m的物体静止在光滑水平面上,现对其施加两个水平作用力,两个力随时间变化的图象如图所示,由图象可知在t2时刻物体的( )
A.加速度大小为
B.速度大小为
C.动量大小为
D.动能大小为
三、综合计算题
13.一垒球手水平挥动球棒,迎面打击一以速度5
m/s水平飞来的垒球,垒球随后在离打击点水平距离为30
m的垒球场上落地.设垒球质量为0.18
kg,打击点离地面高度为2.2
m,球棒与垒球的作用时间为0.010
s,重力加速度为9.9
m/s2,求球棒对垒球的平均作用力的大小.
14.人民公园里有一个斜面大滑梯,一位小同学从斜面的顶端A由静止开始滑下,经B到C,如图所示,其运动可视为匀变速直线运动.已知斜面大滑梯的竖直高度h=3.75m,斜面的倾角为37°,这位同学的质量m=30kg,他与大滑梯斜面间的动摩擦因数为μ=0.5。不计空气阻力,取g=10m/s2,sin37°=0.6。求:
(1)这位同学下滑过程中的加速度大小;
(2)他滑到滑梯底端C时的速度大小;
(3)他从滑梯的顶端滑到底端过程中重力的冲量。
15.城市进入高楼时代后,高空坠物已成为危害极大的社会安全问题,由物理学知识可知,即使是很小的物体从高处坠落也可能对人造成严重的伤害。设一个50g的鸡蛋从16楼的窗户自由落下,相邻楼层的高度差约为3m,鸡蛋下落起点距地面的高度约为45m,鸡蛋撞击地面后速度减为0。为便于估算,不计空气阻力,不计与地面撞击过程中鸡蛋的重力,g取10m/s2。
(1)求鸡蛋与地面撞击前的速度大小以及撞击过程中地面对鸡蛋作用的冲量大小;
(2)若鸡蛋与地面撞击的时间为3×10-3s,求鸡蛋对地面的平均冲击力的大小。
16.某游乐园有一喷泉,竖直向上喷出的水柱将一质量为m
=
0.9kg的开口向下的铁盒倒顶在空中,铁盒稳定悬停。已知水以恒定的速率v0
=
10m/s,从截面积为S
=
100mm2的管口中持续不断的喷出;盒子内底平整(盒子底面积大于与盒底接触的水流截面积);水流向上运动并冲击铁盒后,在竖直方向水的速度减为零,在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力,已知水的密度为
=
1103
kg/m3,重力加速度g
=
10m/s2,求:
(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量;
(2)盒子在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度h;
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16.2动量和动量定理同步训练参考答案
1.D
【解析】
A.
动量与动能的大小关系为
可知动量大小相同的两个小球,其动能不一定相同,还要看质量关系,故A项与题意不符;
B.
在恒力作用下,物体可以做曲线运动,如平抛运动,加速度不变,故B项与题意不相符;
C.
物体做平抛运动时受到的力绳子等于质量,所以相同时间内的动量的变化量一定相同,故C项与题意不相符;
D.
物体做匀速圆周运动时,其所受合外力的方向一定指向圆心,故D项与题意相符.
2.D
【解析】
A.物体的动量
动量大,质量不一定大,可能是速度大,所以物体的惯性不一定大,故A错误;
B.动量是矢量,动量发生改变,可能是速度的方向变化,但是速度的大小不变,这种情况下物体的动能不变,故B错误;
C.两物体的动能相同,可能速度等大反向,所以动量不一定相等,故C错误;
D.物体的运动状态发生变化,则取速度一定发生变化,所以其动量一定改变,故D正确。
故选D。
3.C
【解析】
A.根据p=mv可知,物体速度越大,动量不一定越大,选项A错误;
B.根据I=Ft可知,力越大,力的冲量不一定越大,选项B错误;
C.根据可知,物体所受合外力越大,它的动量变化就越快,选项C正确;
D.根据动量定理可知,物体所受合外力的冲量越大,它的动量变化越大,选项D错误。
故选C。
4.D
【解析】
玻璃杯从同一高度下落,落地前的速度大小相等,故落地前的动量相等;而最后的速度均为零;故说明动量的变化一定相等;由动量定理可知冲量也一定相等;但由于掉在水泥地上的时间较短,则说明玻璃杯掉在水泥地上动量变化较快,从而导致冲击力较大;使玻璃杯易碎;故D正确。
5.B
【解析】
A与B分离时二者的速度是相等的,分离后A的速度不变,在分离前子弹对系统的作用力使A与B的速度增大,由动量定理得:,所以:,故选项B正确.
6.C
【解析】
试题分析:本题是一道估算题,所以大致要知道一层楼的高度约为3m,可以利用动能定理或者机械能守恒求落地时的速度,并利用动量定理求力的大小.
设鸡蛋落地瞬间的速度为v,每层楼的高度大约是3m,
由动能定理可知:
,
解得:
落地时受到自身的重力和地面的支持力,规定向上为正,
由动量定理可知:
,解得:
,
根据牛顿第三定律可知鸡蛋对地面产生的冲击力约为103
N,故C正确
故选C
点睛:利用动能定理求出落地时的速度,然后借助于动量定理求出地面的接触力
7.D
【解析】
A.播种器利用空气压力把荚以1m/s的速度(相对播种器)竖直向下射出,该过程中播种器对荚做的功转化为荚的动能
故A错误;
B.离开无人机后,荚做斜下抛运动,竖直方向则有
代入数据可得
(不符合题意)
故B错误;
C.荚离开无人机时的速度
设荚到达地面的速度为,则
代入数据可得
不考虑重力的作用,则土壤对荚冲量的大小等于荚的动量的变化,大小为
故C错误;
D.由几何关系可知,荚到达地面的速度方向与水平方向之间的夹角为,则有
荚能进入地面下,则荚相对于地面的位移大小为
不计重力,根据动能定理可得
代入数据可得
故D正确;
故选D。
8.C
【解析】
设足球的质量为m,足球与守门员的双手接触过程中,根据动量定理有:Ft=m△v,解得:
根据动量定理可得罚点球时运动员的脚对足球作用力的冲量大小为:
故C正确ABD错误。
故选C。
9.C
【解析】
AB.由a、b两图可知,当拉力为6N和12N时,物块对应加速度分别为1m/s2和3m/s2,由牛顿第二定律可得
解得物块质量为3kg,动摩擦因数为0.1,故AB错误;
C.如图b,2~4s平均加速度为2m/s2,则4s末物体的速度为
则在4s末,物体的动量为
p=mv=3kg×4m/s=12kg·m/s
故C正确;
D.由b图可知,在2~4s内,加速度逐渐增大,则速度不是均匀增加,故D错误。
故选C。
10.A
【解析】
在安全带对人有拉力的瞬间时,人做自由落体运动,此过程机械能守恒,故有,即在产生拉力瞬间速度为,之后人在安全带的作用下做变速运动,末速度为零,设向上为正方向,则根据动量定理可得:有,联立解得
11.AC
【解析】
A.根据功能关系,开始时弹簧具有的弹性势能为W,当A对墙的压力刚好为零时,弹簧的弹力为零,弹性势能为零,根据能量守恒可知,此时B的动能为W,A项正确;
B.墙对A的冲量等于A、B组成系统的动量的改变量,即,B项错误;
C.当B的速度为零时,弹簧处于原长,即弹簧的弹性势能为零,C项正确;
D.根据动量守恒,此时弹簧的弹性势能
D项错误。
故选AC。
12.AD
【解析】
A.由图象可知在时刻物体的加速度由牛顿第二定律可得
故A正确;
BC.由图像可知在0~t1时间段内两个力等大反向,物体静止,在t1时刻后物体开始运动,由动量定理和图象面积可得
解得
故B错误,C错误;
D.因为
联立可得动量和动能的关系
所以有
故D正确。
故选AD。
13.900N
【解析】
垒球被击后做平抛运动,由平抛运动的公式即可求出球被击后的速度,然后对球棒击球的过程运用动量定理列方程求解作用力.
由题意可知,垒球被击后做平抛运动,竖直方向:
所以:
水平方向:
x=vt
所以球被击后的速度:
选取球被击出后的速度方向为正方向,则:
v0=-5m/s
设平均作用力为F,则:
Ft0=mv-mv0
代入数据得:
F=900N
14.(1);(2);(3),方向竖直向下
【解析】
(1)对小同学受力分析如图所示
由牛顿第二定律有
由几何关系得
代入数据解得加速度
(2)斜面长度为
又因为有
代入数据解得他滑到滑梯底端的速度
(3)设从滑梯的顶端滑到底端过程中经历时间为t,重力的冲量为I,有
代入数据解得
且I的方向竖直向下。
15.(1)30m/s,1.5N·s;(2)500N
【解析】
(1)根据机械能守恒定律
解得鸡蛋撞击地面前的速度大小
以向下为正方向,根据动量定理
撞击过程中地面对鸡蛋作用的冲量大小为1.5N·s
(2)根据
解得
根据牛顿第三定律可知,鸡蛋对地面的平均冲击力大小为500N
16.(1)1kg
;(2)0.5m
【解析】
(1)设时间内,从喷口喷出的水的体积为,质量为,则
由以上两式代入数据得
故单位时间内从喷口喷出的水的质量为1
kg/s。
(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h,水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v。对于?t时间内冲击铁盒的水?m,由动能定理得
以竖直向上为正方向,设水对玩具的作用力的大小为F,?t时间内冲击铁盒的水的质量忽略不计,由动量定理得
由于玩具在空中悬停,由力的平衡条件得
联立以上各式代入数据得
故盒子在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度为0.5m。