第一章 动量守恒定律
第一节 动量
课堂达标检测
1.(2020·江西南昌市高二期末)(多选)关于物体的动量,下列说法正确的是( BD )
A.物体的动量越大,其惯性也越大
B.同一物体的动量越大,其速度一定越大
C.物体的加速度不变(不为零),其动量一定不变
D.运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向
2.(2020·广东梅山市高二下学期期中)如图为跳水运动员准备进行跳板跳水训练。从起跳到落水前过程的路径为抛物线,将运动员从最高点到入水前的运动过程记为Ⅰ,运动员入水后到最低点的运动过程记为Ⅱ,忽略空气阻力,则运动员( A )
A.过程Ⅰ的动量逐渐增大
B.过程Ⅱ的动量逐渐增大
C.过程Ⅰ的动量改变量等于过程Ⅱ的动量改变量
D.过程Ⅰ、Ⅱ的总动量改变量为零
3.(2021·山东省潍坊市高二调研)在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时,左侧滑块质量m1=170 g,右侧滑块质量m2=110 g,挡光片宽度为3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如图所示。开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为Δt1=0.32 s,Δt2=0.21 s。则两滑块的速度分别为v1′=0.094m/s,v2′=0.143m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=0kg·m/s,烧断细线后m1v1′+m2v2′=2.5×10-4 kg·m/s。可得到的结论是在实验允许的误差范围内,两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量。
夯基提能作业
一、选择题(本题共2小题,每题9分,共18分)
1.下列关于动量及其变化的说法正确的是( B )
A.两物体的动量相等,动能也一定相等
B.物体动能发生变化,动量也一定发生变化
C.动量变化的方向一定与初、末状态动量的方向都不同
D.动量变化的大小,不可能等于初、末状态动量大小之和
2.(2020·山东省济南市高二下学期期末)如图所示,一小孩把一质量为0.5 kg的篮球由静止释放,释放后篮球的重心下降的高度为0.8 m,反弹后篮球的重心上升的最大高度为0.2 m,不计空气阻力,取重力加速度为g=10 m/s2,则地面与篮球相互作用的过程中其动量的改变量大小为( D )
A.0.5 kg· m/s B.1 kg· m/s
C. 2 kg· m/s D.3 kg· m/s
二、非选择题(共3小题,共42分)
3.(12分)(2021·北京市陈经纶中学高二下学期期中)小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示,悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成,小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞,碰后小球A继续摆动,小球B做平抛运动。
小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示,则d=14.50mm。又测得了小球A质量m1,细线长度l,碰撞前小球A拉起的角度α和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h,为完成实验,还需要测量的物理量有:小球B质量m2,碰后小球A摆动的最大角β。
4.(14分)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:将打点计时器固定在光滑的长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车A的后面。让小车A运动,小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,如图1,碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后,先接通电源然后轻推小车A,使A获得一定的速度,电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点,已知电源频率为50 Hz。
(1)实验中打出的纸带如图2所示,并测得各计数点间距标在图上,则应选BC段计算A的碰前速度;应选DE段计算A和B碰后的共同速度(选填:“BC”“CD”或“DE”)。
(2)已测得小车A的质量m1=0.20 kg,小车B的质量m2=0.10 kg,由以上测量结果可得:碰前m1v1=0.21kg·m/s;碰后(m1+m2)v2=0.20kg·m/s。(计算结果保留两位有效数字)
(3)由以上实验结果,可知在误差允许的范围内,AB碰撞过程中质量m与速度v的乘积之和不变。
5.(16分)(2020·北京丰台区高二期末)一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上,从t=0时刻开始,受到如图所示的水平外力作用。求:
(1)第2 s末质点的动量大小。
(2)第1 s内与第2 s内质点动量增加量之比。
(3)第1 s内与第2 s内质点动能增加量之比。
第一章 动量守恒定律
第一节 动量
课堂达标检测
1.(2020·江西南昌市高二期末)(多选)关于物体的动量,下列说法正确的是( BD )
A.物体的动量越大,其惯性也越大
B.同一物体的动量越大,其速度一定越大
C.物体的加速度不变(不为零),其动量一定不变
D.运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向
解析:质量是物体惯性大小的唯一量度,物体的动量大,由p=mv可知,物体的质量不一定大,则物体的惯性不一定大,A错误;同一物体,质量不变,由p=mv可知,物体的动量越大,其速度一定越大,B正确;物体的加速度不变(不为零),则速度一定变化,所以动量一定变化,C错误;动量是矢量,动量的方向与速度的方向相同,故D正确。
2.(2020·广东梅山市高二下学期期中)如图为跳水运动员准备进行跳板跳水训练。从起跳到落水前过程的路径为抛物线,将运动员从最高点到入水前的运动过程记为Ⅰ,运动员入水后到最低点的运动过程记为Ⅱ,忽略空气阻力,则运动员( A )
A.过程Ⅰ的动量逐渐增大
B.过程Ⅱ的动量逐渐增大
C.过程Ⅰ的动量改变量等于过程Ⅱ的动量改变量
D.过程Ⅰ、Ⅱ的总动量改变量为零
解析:过程Ⅰ的动量逐渐增大,过程Ⅱ的动量逐渐减小,故选项A正确,选项B错误;运动员在最高点的速度不为零,末速度为零,则过程Ⅰ、Ⅱ的动量改变量不相等,其总动量改变量不为零,故选项C、D错误。
3.(2021·山东省潍坊市高二调研)在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时,左侧滑块质量m1=170 g,右侧滑块质量m2=110 g,挡光片宽度为3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如图所示。开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为Δt1=0.32 s,Δt2=0.21 s。则两滑块的速度分别为v1′=0.094m/s,v2′=0.143m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=0kg·m/s,烧断细线后m1v1′+m2v2′=2.5×10-4 kg·m/s。可得到的结论是在实验允许的误差范围内,两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量。
解析:取向左方向为正,两滑块速度
v1′==m/s≈0.094 m/s,
v2′==m/s≈-0.143 m/s。
烧断细线前m1v1+m2v2=0
烧断细线后m1v1′+m2v2′=(0.170×0.094-0.110×0.143)kg·m/s=2.5×10-4 kg·m/s,
在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。
夯基提能作业
一、选择题(本题共2小题,每题9分,共18分)
1.下列关于动量及其变化的说法正确的是( B )
A.两物体的动量相等,动能也一定相等
B.物体动能发生变化,动量也一定发生变化
C.动量变化的方向一定与初、末状态动量的方向都不同
D.动量变化的大小,不可能等于初、末状态动量大小之和
解析:A错:根据p=可知,动量相等,动能不一定相等。B对:动能发生变化,则速度大小发生变化,所以动能变化,则动量一定变化。C错:当物体做直线运动时,动量变化的方向可以与初动量或者末动量的方向相同。D错:当初动量方向和末动量方向相反时,动量变化的大小等于初、末状态动量大小之和。
2.(2020·山东省济南市高二下学期期末)如图所示,一小孩把一质量为0.5 kg的篮球由静止释放,释放后篮球的重心下降的高度为0.8 m,反弹后篮球的重心上升的最大高度为0.2 m,不计空气阻力,取重力加速度为g=10 m/s2,则地面与篮球相互作用的过程中其动量的改变量大小为( D )
A.0.5 kg· m/s B.1 kg· m/s
C. 2 kg· m/s D.3 kg· m/s
解析:篮球的重心下降高度0.8 m的速度为v1== m/s=4 m/s,方向向下
反弹后篮球的重心上升高度0.2 m的初速度为v2== m/s=2 m/s,方向向上
规定竖直向下为正方向,Δp=mv2-mv1=0.5×(-2) kg· m/s-0.5×4 kg·m/s=-3 kg· m/s。故D正确。
二、非选择题(共3小题,共42分)
3.(12分)(2021·北京市陈经纶中学高二下学期期中)小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示,悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成,小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞,碰后小球A继续摆动,小球B做平抛运动。
小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示,则d=14.50mm。又测得了小球A质量m1,细线长度l,碰撞前小球A拉起的角度α和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h,为完成实验,还需要测量的物理量有:小球B质量m2,碰后小球A摆动的最大角β。
解析:球的直径为d=14 mm+×10 mm=14.50 mm;
根据机械能守恒定律m1gl(1-cosα)=m1v可得碰撞前瞬间球A的速度,碰撞后仍可根据机械能守恒定律计算小球A的速度,所以需要测出小球A碰后摆动的最大角β;小球B碰撞后做平抛运动,根据平抛运动规律可得小球B的速度,根据实验要求还需要测量小球B的质量m2。
4.(14分)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:将打点计时器固定在光滑的长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车A的后面。让小车A运动,小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,如图1,碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后,先接通电源然后轻推小车A,使A获得一定的速度,电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点,已知电源频率为50 Hz。
(1)实验中打出的纸带如图2所示,并测得各计数点间距标在图上,则应选BC段计算A的碰前速度;应选DE段计算A和B碰后的共同速度(选填:“BC”“CD”或“DE”)。
(2)已测得小车A的质量m1=0.20 kg,小车B的质量m2=0.10 kg,由以上测量结果可得:碰前m1v1=0.21kg·m/s;碰后(m1+m2)v2=0.20kg·m/s。(计算结果保留两位有效数字)
(3)由以上实验结果,可知在误差允许的范围内,AB碰撞过程中质量m与速度v的乘积之和不变。
解析:(1)A与B碰后粘在一起,速度减小,相等时间内的间隔减小,可知通过BC段来计算A的碰前速度,通过DE段计算A和B碰后的共同速度。
(2)A碰前的速度:v1== m/s=1.05 m/s
碰后共同速度:v2== m/s=0.68 m/s
碰前:m1v1=0.2×1.05 kg·m/s=0.21 kg·m/s
碰后:(m1+m2)v2=0.3×0.68 kg·m/s≈0.20 kg·m/s
可知在误差允许范围内,AB碰撞过程中,质量m与速度v的乘积之和保持不变。
5.(16分)(2020·北京丰台区高二期末)一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上,从t=0时刻开始,受到如图所示的水平外力作用。求:
(1)第2 s末质点的动量大小。
(2)第1 s内与第2 s内质点动量增加量之比。
(3)第1 s内与第2 s内质点动能增加量之比。
答案:(1)6 kg·m/s (2)2?1 (3)4?5
解析:(1)质点由静止开始运动,由牛顿第二定律可得,0~1 s内质点的加速度大小为a1== m/s2=4 m/s2,1~2 s内质点的加速度大小为a2== m/s2=2 m/s2,则第1 s末质点的速度大小为v1=a1t1=4×1 m/s=4 m/s,第2 s末质点的速度大小为v2=v1+a2t2=(4+2×1) m/s=6 m/s,因此第2 s末质点的动量大小为p=mv2=1×6 kg·m/s=6 kg·m/s;
(2)第1 s内与第2 s内质点动量增加量之比为Δp1p2=(mv1-0)(mv2-mv1)=2?1;
(3)第1 s内与第2 s内质点动能增加量之比为ΔEk1Ek2=(mv-0)(mv-mv)=4?5。