上海市甘泉高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：1.1探究动量变化与冲量的关系 跟踪训练（含解析）

1.1探究动量变化与冲量的关系
1．一个质量为0.18kg的垒球以20m/s的水平速度向右飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为40m/s，则这一过程球棒与球的接触时间为0.01s，则球棒对球的平均作用力为（　　）
A．大小1080N，方向向右 B．大小1080N，方向向左
C．大小360N，方向向右 D．大小360N，方向向左
2．下面关于物体动量和冲量的说法，正确的是（　　）
A．物体所受冲量是状态量，动量是过程量
B．物体所受合外力冲量不为零，它的动量可能不变
C．物体动量增量的方向，就是它所受合外力的冲量方向
D．物体所受合外力越大，它的动量变化就越大
3．粗糙水平地面上的物体，在一个水平恒力作用下做直线运动，其v-t图象如图所示，下列物理量中第1s内与第2s内相同的是
A．摩擦力的功
B．摩擦力的冲量
C．水平恒力的功
D．水平恒力的冲量
4．最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展。设火箭加速上升的过程可视为初速度为零的匀加速直线运动，则加速阶段火箭的动量（ ）
A．与发动机的推力成正比 B．与它的位移成正比
C．与它所经历的时间成正比 D．与它的动能成正比
5．一质量为60kg建筑工人不慎从3.2m米高处自由下落到一个安全网上。若此人从接触安全网到陷至最低点经历了0.2s，则此人对安全网产生的平均冲击力大小为（g取10m/s2，不计空气阻力）
A．600N B．1800N
C．2400N D．3000N
6．马路”低头族”已经成为交通安全的一个大问题，一个小朋友手拿手机正在过马路，突然一阵急促鸣笛，手机掉在地上，还好有惊无险，小朋友没事，手机虽然戴着有很好缓冲作用的保护套，可是屏还是摔碎了。如果手机质量为180克，从静止开始下落，开始离地高度为0. 8米，与地面的撞击时间为0. 04秒，且落地后不再反弹，重力加速度g取，那么手机在与地面作用的过程中，地面对手机作用力的大小为
（ ）
A．19. 8N B．18. 0N C．16. 2N D．18. 18N
7．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子化 (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喷出，从而使飞船获得推进或姿态调整的反冲动力．已知单个正离子的质量为m,电荷量为q,正、负极栅板间加速电压为U,从喷口喷出的正离子所形成的电流为I．忽略离子间的相互作用力，忽略离子喷射对卫星质量的影响．该发动机产生的平均推力F的大小为
A． B． C．D．
8．物体在做下面几种运动时，物体在任何相等的时间内动量的变化总是相等的是（）
A．做匀变速直线运动 B．做竖直上抛运动
C．做平抛运动 D．做匀速圆周运动
9．一粒钢珠从静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭中，若把在空气中下落的过程称为I，进入泥潭直到停止的过程称为II，下列正确的是（　　）
A．过程I钢珠动量的改变量等于重力的冲量
B．过程II中阻力的冲量的大小等于过程I中重力的冲量的大小
C．过程II中损失的机械能等于过程Ⅰ中钢珠所增加的动能
D．过程II中钢珠动量的改变量小于阻力的冲量
10．如图所示，横截面为三角形、两种材料拼接而成的斜面体，BD界面平行于底边CE，两侧面与水平面间夹角分别为α和β，且a<β。已知小物体P从A点由静止沿左侧面加速下滑至B点，又匀速到C点，所用时间为t1、合外力对P做功为W1、摩擦力的冲量为I1、支持力的冲量为I2；若该小物体从A点沿右侧面下滑，所用时间为t2、合外力对P做功为W2、摩擦力对P的冲量为I3、支持力对P的冲量为I4，则下列判定正确的是（　　）
A．t1>t2 B．I1>I3 C．I2>I4 D．W1>W2
11．质量是60kg的建筑工人不慎由脚手架上跌下，由于安全带的保护被悬挂起来，已知安全带长4.9m，缓冲时间为0.3s，则安全带受到的平均拉力为______。
12．一个质量2 kg的物体，以初速度10 m/s水平抛出，则抛出时动量的大小为_____kg·m/s；1 s末物体的动量大小为_______kg·m/s，这1 s内动量的变化大小为_______kg·m/s，方向为____________．这1 s内重力的冲量大小为_______N·s，方向为_______________（g＝10 m/s2）
13．消防车的供水系统主要由水泵、输水管道和水枪组成，如图所示，消防员甲持水枪离地高度为H，建筑物上的着火点A距地面高为h，水枪与着火点的水平距离为，水泵的功率为P，整个供水系统的效率.假设水从水枪水平射出，水枪出水速度，水枪每秒出水量，不计空气阻力，取.
（1）若，水枪正中起火点A，求水泵的功率P；
（2）若在消防员甲正下方地面上，另一消防员乙手持水枪斜向上对高的着火点B进行灭火，水恰能到达着火点B并顺着建筑物流下，求水对B处建筑物的冲击力大小.
14．某小组在探究反冲运动时，将质量为m1一个小液化瓶固定在质量为m2的小球具船上，利用液化瓶向外喷射气体做为船的动力．现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开液化汽瓶后向外喷射气体的对地速度为v1，如果在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽略水的阻力，则
（1）喷射出质量为Δm的液体后，小船的速度是多少？
（2）喷射出Δm液体的过程中，小船所受气体的平均作用力的大小是多少？
15．柴油打桩机的重锤由汽缸、活塞等若干部件组成，汽缸与活塞间有柴油与空气的混合物，在重锤与桩碰撞的过程中，通过压缩使混合物燃烧，产生高温高压气体，从而使桩向下运动，锤向上运动，现把柴油打桩机和打桩过程简化如下：
柴油打桩机重锤的质量为m，锤在桩帽以上高度为h处（如图a）从静止开始沿竖直轨道自由落下，打在质量为M（包括桩帽）的钢筋混凝土桩子上.同时，柴油燃烧，产生猛烈推力，锤和桩分离，这一过程的时间极短.随后，桩在泥土中向下移动一距离l.已知锤反跳后到达最高点时，锤与已停下的桩帽之间的距离也为h（如图b）.已知m=1.0×103kg，M=2.0×103kg，h="2.0" m,l="0.20" m,重力加速度g="10" m/s2,混合物的质量不计.设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力，求此力的大小
.
参考答案
1．B
【解析】
规定水平向右为正方向，则初动量，打击后动量为：，故动量变化为，根据动量定理得：，解得：，故作用力的大小为1080N，方向向左，故选B．
【点睛】先规定正方向，求出打击前后的动量，则可以求出动量的变化量，再根据动量定理求解平均作用力．
2．C
【解析】
A．冲量是力在时间上的积累，是过程量，动量是某时刻速度与质量的乘积，是状态量，A错误；
B．根据动量定理，合外力的冲量等于动量的变化量，物体所受合外力冲量不为零，它的动量一定改变，B错误；
C．根据动量定理：
可知物体动量增量的方向，就是它所受合外力的冲量方向，C正确；
D．物体所受合外力的冲量越大，它的动量变化量就越大，D错误。
故选C。
3．D
【解析】
由图像可知，物体在摩擦力和恒力F作用下先向正方向做匀减速运动，然后反向加速，由图像可知，第1s内与第2s内的位移不同，则摩擦力的功不同，水平恒力的功也不同，选项AC错误；第1s内与第2s内摩擦力的方向不同，则摩擦力的冲量不同，选项B错误；水平恒力的冲量I=Ft，则水平恒力的冲量相同，选项D正确.
4．C
【解析】
火箭加速上升的过程可视为初速度为零的匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可知，合外力力不变，根据动量定理可得：
合
加速阶段火箭的动量为：
所以加速阶段火箭的动量与它所经历的时间成正比，故C正确，A、B、D错误；
故选C。
5．D
【解析】
设人刚落到安全网瞬间的速度为v．对人自由下落的过程有：

选取人接触安全网的过程为研究过程，取向下为正方向．设安全网对人的平均作用力为F，由动量定理有：
（mg-F）t=0-mv?
得：
故选D。
6．A
【解析】
设手机落地速度为v，对自由落体的过程，，有：
解得：
对手机和底面相碰的过程，，取向上为正，由动量定理：
带入数据解得：
即地面对手机作用力的支持力为19.8N，故A正确，BCD错误。
故选A。
7．A
【解析】
以正离子为研究对象，由动能定理得，时间内通过的总电量为，喷出的总质量为．由动量定理可知正离子所受平均冲量，由以上式子可得，根据牛顿第三定律可知，发动机产生的平均推力，故A正确．
8．ABC
【解析】
ABC．动量的变化是矢量，由动量定理知
Δp=F合Δt
匀变速直线运动、竖直上抛运动、平抛运动的合外力都是恒力且时间相等，故ABC正确；D．匀速圆周运动的合外力大小不变方向变，合外力是变力，故D错误。
故选ABC。
9．AD
【解析】
A．过程I中由动量定理知钢珠动量的改变量等于重力的冲量，故A正确；
B．规定竖直向上为正方向，全过程由动量定理知
I阻-mgt1-mgt2=0
可知
I阻=mgt1+mgt2
故B错误；
C．由能量守恒知，过程Ⅱ中损失的机械能等于过程Ⅱ损失的重力势能和过程Ⅰ中增加的动能之和，故C错误；
D．规定竖直向上为正方向，过程Ⅱ中由动量定理知
I阻-mgt2=Δp
故D正确。
故选AD。
10．ABC
【解析】
A．物体下滑过程由牛顿第二定律
mgsinθ-μmgcosθ=ma
知
a=gsinθ-μgcoθ
由运动学公式知
又
<
联立得
t1>t2
故A正确；
B．由物块左侧斜面的运动可知
BC段下滑力与摩擦力平衡。右侧斜面的倾角增大，下滑力增大，滑动摩擦力减小，故物块在右侧斜面一直加速下滑；右侧斜面的滑动摩擦力比左侧对应位置小，用时也短，故
I1>I3
故B正确；
C．由支持力
FN=mgcosθ和<
知
FN左>FN右且t1>t2
故
I2>I4
故C正确；
D．在斜面上克服摩擦力做功
Wf=μmgx（x为对应的水平位移）
可知
WfAB＞WfAD、WfBC＞WfDE，
斜面上的全过程重力做功相同，所以
W1故D错误。
故选ABC。
11．2548N
【解析】建筑工人做自由下落4.9m，根据匀变速直线运动的速度位移时间关系有：
取向上为正方向，则建筑工人的初速度v=-9.8m/s，根据动量定理有，合外力的冲量等于动量的变化有：（F-mg）t=m（v′-v）
12．20 20 竖直向下 20 竖直向下
【解析】
物体抛出时动量的大小: ;
物体抛出后做平抛运动,1s末物体的竖直分速度: ,
此时物体速度: ,
此时动量大小：
由动量定理得,这1s内物体动量的变化大小为: ,方向:竖直向下.
这1s内重力的冲量大小: ,方向:竖直向下;
综上所述本题答案是： 20； ； 20； 竖直向下； 20 ； 竖直向下；
13．（1）（2）600N
【解析】
（1）设在时间内出水质量为m，由动能关系得
其中
解得
（2）把水的斜抛运动看作逆向平抛运动，则有
，
解得
取时间内与建筑物相碰的水为研究对象，设建筑物对水的作用力为F，由动量定理得
解得
根据牛顿第三定律得出水对B处建筑物的冲击力为
则大小为600N.
14．（1）；（2）
【解析】
（1）由动量守恒定律得：

解得：
（2）对喷射出的气体运用动量定理得：
FΔt=Δmv1
解得：
15．2.1×105N
【解析】
锤自由下落，碰桩前速度v1向下，v1=①
碰后，已知锤上升高度为（h-l),故刚碰后向上的速度为v2=②
设碰后桩的速度为v，方向向下，由动量守恒，mv1=Mv-mv2③
桩下降的过程中，根据功能关系，④
由①②③④式得F=Mg+［2h-l+］ ⑤
代入数值，得F=2.1×105N.