资料简介 八、动量 动量守恒定律.docx 展开
这是一套《2025届高中物理三轮冲刺高考真题:经典重现 考题再练 八、动量 动量守恒定律(课件 练习,共2份)》资源,包含八、动量 动量守恒定律.pptx、八、动量 动量守恒定律.docx欢迎下载使用,下面是关于《八、动量 动量守恒定律.docx》的文档简介内容:八、动量 动量守恒定律
1.(2021·全国乙卷·14)如图,光滑水平地面上有一小车,一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连,另一端与滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩,撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动。在地面参考系(可视为惯性系)中,从撤去推力开始,小车、弹簧和滑块组成的系统:
A.动量守恒,机械能守恒
B.动量守恒,机械能不守恒
C.动量不守恒,机械能守恒
D.动量不守恒,机械能不守恒
2.(2020·全国卷Ⅲ·15)甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动,甲追上乙,并与乙发生碰撞,碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg,则碰撞过程两物块损失的机械能为:
A.3 J B.4 J C.5 J D.6 J
3.(多选)(2023·重庆卷·8)某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示,E、F、M、N为曲线上的点,EF、MN段可视为两段直线,其方程分别为y=4t-26和y=-2t+140。无人机及其载物的总质量为2 kg,取竖直向上为正方向。则:
A.EF段无人机的速度大小为4 m/s
B.FM段无人机的货物处于失重状态
C.FN段无人机和装载物总动量变化量大小为4 kg·m/s
D.MN段无人机机械能守恒
4.(多选)(2022·全国乙卷·20)质量为1 kg的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动,F与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2,重力加速度大小取g=10 m/s2。则:
A.4 s时物块的动能为零
B.6 s时物块回到初始位置
C.3 s时物块的动量为12 kg·m/s
D.0~6 s时间内F对物块所做的功为40 J
5.(多选)(2022·福建卷·8)我国霍尔推进器技术世界领先,其简化的工作原理如图所示。放电通道两端电极间存在一加速电场,该区域内有一与电场近似垂直的约束磁场(未画出)用于提高工作物质被电离的比例。工作时,工作物质氙气进入放电通道后被电离为氙离子,再经电场加速喷出,形成推力。某次测试中,氙气被电离的比例为95%,氙离子喷射速度为1.6×104 m/s,推进器产生的推力为80 mN。已知氙离子的比荷为7.3×105 C/kg;计算时,取氙离子的初速度为零,忽略磁场对离子的作用力及粒子之间的相互作用,则:
A.氙离子的加速电压约为175 V
B.氙离子的加速电压约为700 V
C.氙离子向外喷射形成的电流约为37 A
D.每秒进入放电通道的氙气质量约为5.3×10-6 kg
6.(2024·安徽卷·8)在某装置中的光滑绝缘水平面上,三个完全相同的带电小球,通过不可伸长的绝缘轻质细线,连接成边长为d的正三角形,如图甲所示。小球质量为m,带电荷量为+q,可视为点电荷。初始时,小球均静止,细线拉直。现将球1和球2间的细线剪断,当三个小球运动到同一条直线上时,速度大小分别为v1、v2、v3,如图乙所示。该过程中三个小球组成的系统电势能减少了,k为静电力常量,不计空气阻力。则:
A.该过程中小球3受到的合力大小始终不变
B.该过程中系统能量守恒,动量不守恒
C.在图乙位置,v1=v2,v3≠2v1
D.在图乙位置,v3=
7.(多选)(2021·湖南卷·8)如图(a),质量分别为mA、mB的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统,外力F作用在A上,系统静止在光滑水平面上(B靠墙面),此时弹簧形变量为x。撤去外力并开始计时,A、B两物体运动的a-t图像如图(b)所示,S1表示0到t1时间内A的a-t图线与坐标轴所围面积大小,S2、S3分别表示t1到t2时间内A、B的a-t图线与坐标轴所围面积大小。A在t1时刻的速度为v0。下列说法正确的是:
A.0到t1时间内,墙对B的冲量等于mAv0
B.mA>mB
C.B运动后,弹簧的最大形变量等于x
D.S1-S2=S3
8.(2022·湖南卷·4)1932年,查德威克用未知射线轰击氢核,发现这种射线是由质量与质子大致相等的中性粒子(即中子)组成。如图,中子以速度v0分别碰撞静止的氢核和氮核,碰撞后氢核和氮核的速度分别为v1和v2。设碰撞为弹性正碰,不考虑相对论效应,下列说法正确的是:
A.碰撞后氮核的动量比氢核的小
B.碰撞后氮核的动能比氢核的小
C.v2大于v1
D.v2大于v0
9.(2023·广东卷·15)如图为某药品自动传送系统的示意图。该系统由水平传送带、竖直螺旋滑槽和与滑槽平滑连接的平台组成,滑槽高为3L,平台高为L。药品盒A、B依次被轻放在以速度v0匀速运动的传送带上,在与传送带达到共速后,从M点进入滑槽,A刚好滑到平台最右端N点停下,随后滑下的B以2v0的速度与A发生正碰,碰撞时间极短,碰撞后A、B恰好落在桌面上圆盘内直径的两端。已知A、B的质量分别为m和2m,碰撞过程中损失的能量为碰撞前瞬间总动能的。A与传送带间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,A、B在滑至N点之前不发生碰撞,忽略空气阻力和圆盘的高度,将药品盒视为质点。求:
(1)(2分)A在传送带上由静止加速到与传送带共速所用的时间t;
(2)(3分)B从M点滑至N点的过程中克服阻力做的功W;
(3)(5分)圆盘的圆心到平台右端N点的水平距离s。
答案精析
1.B [因为滑块与车厢水平底板间有摩擦,且撤去推力后滑块在车厢底板上有相对滑动,即摩擦力做功,而水平地面是光滑的;对小车、弹簧和滑块组成的系统,根据动量守恒和机械能守恒的条件可知撤去推力后该系统动量守恒,机械能不守恒。故选B。]
2.A [根据题图,碰撞前甲、乙的速度分别为v甲=5.0 m/s,v乙=1.0 m/s,碰撞后甲、乙的速度分别为v甲'=-1.0 m/s,v乙'=2.0 m/s,碰撞过程由动量守恒定律得m甲v甲+m乙v乙=m甲v甲'+m乙v乙',解得m乙=6 kg,碰撞过程损失的机械能ΔE=m甲+m乙-m甲v甲'2-m乙v乙'2,解得ΔE=3 J,故选A。]
3.AB [根据EF段方程y=4t-26,可知EF段无人机的速度大小为v==4 m/s,故A正确;根据y-t图像的切线斜率表示无人机的速度,可知FM段无人机先向上做减速运动,后向下做加速运动,加速度方向一直向下,则无人机的货物处于失重状态,故B正确;根据MN段方程y=-2t+140,可知MN段无人机的速度为v'==-2 m/s,则有Δp=mv'-mv=2×(-2) kg·m/s-2×4 kg·m/s=-12 kg·m/s,可知FN段无人机和装载物总动量变化量大小为12 kg·m/s,故C错误;MN段无人机向下做匀速直线运动,动能不变,重力势能减少,无人机的机械能不守恒,故D错误。]
4.AD [物块与地面间的摩擦力为
Ff=μmg=2 N
对物块在0~3 s时间内由动量定理可知
(F-Ff)t1=mv3,
代入数据可得v3=6 m/s,
3 s时物块的动量为p=mv3=6 kg·m/s,故C错误;
设3 s后经过时间t2物块的速度减为0,由动量定理可得
-(F+Ff)t2=0-mv3
解得t2=1 s
所以物块在4 s时速度减为0,则此时物块的动能也为0,故A正确;
在0~3 s时间内,对物块由动能定理可得(F-Ff)x1=m
解得x1=9 m
3~4 s时间内,对物块由动能定理可得
-(F+Ff)x2=0-m解得x2=3 m
4~6 s时间内物块开始反向运动,物块的加速度大小为a==2 m/s2
发生的位移大小为x3=a=4 m
即6 s时物块没有回到初始位置,故B错误;
物块在6 s时的速度大小为v6=at3=4 m/s
0~6 s时间拉力对物块所做的功为
W=Fx1-Fx2+Fx3=40 J,故D正确。]
5.AD [氙离子经电场加速,根据动能定理有qU=mv2-0,可得加速电压为U=≈175 V,故A正确,B错误;在Δt时间内,有质量为Δm的氙离子以速度v喷射而出,形成电流为I,由动量定理可得FΔt=Δmv-0,进入放电通道的氙气质量为Δm0,被电离的比例为η,则有=η联立解得=≈5.3×10-6 kg,故D正确;在Δt时间内,有电荷量为ΔQ的氙离子喷射出,则有ΔQ=q,I=联立解得I=·=3.65 A,故C错误。]
6.D [该过程中系统动能和电势能相互转化,能量守恒,对整个系统分析可知系统受到的合外力为0,故动量守恒;当三个小球运动到同一条直线上时,根据对称性可知细线中的拉力相等,此时球3受到1和2的静电力大小相等、方向相反,故可知此时球3受到的合力为0,球3从静止状态开始运动的瞬间受到的合力不为0,故该过程中小球3受到的合力在改变,故A、B错误;
对系统根据动量守恒
mv1+mv2=mv3
根据球1和2运动的对称性可知
v1=v2,
解得v3=2v1
根据能量守恒m+m+m=
解得v3=
故C错误,D正确。]
7.ABD [由于在0~t1时间内,物体B静止,则对B受力分析有F墙=F弹,
则墙对B的冲量大小等于弹簧对B的冲量大小,而弹簧既作用于B也作用于A,则可将研究对象转换为A,撤去F后A水平方向只受弹力作用,则根据动量定理有I=mAv0(方向向右),则墙对B的冲量与弹簧对A的冲量大小相等、方向相同,A正确;
由a-t图像可知t1后弹簧被拉伸,在t2时刻弹簧的伸长量达到最大,根据牛顿第二定律有F弹=mAaA=mBaB
由题图(b)可知aB>aA,则mB
由题图(b)可得,t1时刻B开始运动,此时A速度为v0,之后A、B动量守恒,A、B和弹簧整个系统能量守恒,则mAv0=mAvA+mBvB,
可得A、B整体的动能不等于0,即弹簧的弹性势能会转化为A、B系统的动能,弹簧的形变量小于x,C错误;
由a-t图像可知t1后B脱离墙壁,且弹簧被拉伸,在t1~t2时间内A、B组成的系统动量守恒,且在t2时刻弹簧的伸长量达到最大,A、B共速,由a-t图像中图线与横轴所围的面积表示Δv可知,在t2时刻A、B的速度分别为vA=S1-S2,vB=S3,A、B共速,则S1-S2=S3,D正确。]
8.B [设中子的质量为m,则氢核的质量也为m,氮核的质量为14m,设中子和氢核碰撞后中子速度为v3,取v0的方向为正方向,由动量守恒定律和能量守恒定律可得mv0=mv1+mv3
m=m+m
联立解得v1=v0
设中子和氮核碰撞后中子速度为v4,取v0的方向为正方向,由动量守恒定律和能量守恒定律可得mv0=14mv2+mv4
m=×14m+m
联立解得v2=v0,
可得v1=v0>v2
碰撞后氢核的动量为pH=mv1=mv0
氮核的动量为pN=14mv2=
可得pN>pH
碰撞后氢核的动能为EkH=m=m
氮核的动能为EkN=×14m=
可得EkH>EkN
故B正确,A、C、D错误。]
9.(1) (2)6mgL-3m
(3)
解析 (1)A在传送带上运动时的加速度a=μg
由静止加速到与传送带共速所用的时间t==
(2)B从M点滑至N点的过程中克服阻力做的功
W=×2m+2mg·3L-×2m(2v0)2=6mgL-3m
(3)A、B碰撞过程由动量守恒定律和能量守恒定律可知
2m·2v0=mv1+2mv2
×2m×(2v0)2-(m+×2m)=×[×2m×(2v0)2]
解得v1=2v0
v2=v0
(另一解v1=v0,v2=v0不符合题意,舍掉)
两药品盒做平抛运动的时间
t1=
则s-r=v2t1
s+r=v1t1
解得s=
1.(2021·全国乙卷·14)如图,光滑水平地面上有一小车,一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连,另一端与滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩,撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动。在地面参考系(可视为惯性系)中,从撤去推力开始,小车、弹簧和滑块组成的系统:
A.动量守恒,机械能守恒
B.动量守恒,机械能不守恒
C.动量不守恒,机械能守恒
D.动量不守恒,机械能不守恒
2.(2020·全国卷Ⅲ·15)甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动,甲追上乙,并与乙发生碰撞,碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg,则碰撞过程两物块损失的机械能为:
A.3 J B.4 J C.5 J D.6 J
3.(多选)(2023·重庆卷·8)某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示,E、F、M、N为曲线上的点,EF、MN段可视为两段直线,其方程分别为y=4t-26和y=-2t+140。无人机及其载物的总质量为2 kg,取竖直向上为正方向。则:
A.EF段无人机的速度大小为4 m/s
B.FM段无人机的货物处于失重状态
C.FN段无人机和装载物总动量变化量大小为4 kg·m/s
D.MN段无人机机械能守恒
4.(多选)(2022·全国乙卷·20)质量为1 kg的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动,F与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2,重力加速度大小取g=10 m/s2。则:
A.4 s时物块的动能为零
B.6 s时物块回到初始位置
C.3 s时物块的动量为12 kg·m/s
D.0~6 s时间内F对物块所做的功为40 J
5.(多选)(2022·福建卷·8)我国霍尔推进器技术世界领先,其简化的工作原理如图所示。放电通道两端电极间存在一加速电场,该区域内有一与电场近似垂直的约束磁场(未画出)用于提高工作物质被电离的比例。工作时,工作物质氙气进入放电通道后被电离为氙离子,再经电场加速喷出,形成推力。某次测试中,氙气被电离的比例为95%,氙离子喷射速度为1.6×104 m/s,推进器产生的推力为80 mN。已知氙离子的比荷为7.3×105 C/kg;计算时,取氙离子的初速度为零,忽略磁场对离子的作用力及粒子之间的相互作用,则:
A.氙离子的加速电压约为175 V
B.氙离子的加速电压约为700 V
C.氙离子向外喷射形成的电流约为37 A
D.每秒进入放电通道的氙气质量约为5.3×10-6 kg
6.(2024·安徽卷·8)在某装置中的光滑绝缘水平面上,三个完全相同的带电小球,通过不可伸长的绝缘轻质细线,连接成边长为d的正三角形,如图甲所示。小球质量为m,带电荷量为+q,可视为点电荷。初始时,小球均静止,细线拉直。现将球1和球2间的细线剪断,当三个小球运动到同一条直线上时,速度大小分别为v1、v2、v3,如图乙所示。该过程中三个小球组成的系统电势能减少了,k为静电力常量,不计空气阻力。则:
A.该过程中小球3受到的合力大小始终不变
B.该过程中系统能量守恒,动量不守恒
C.在图乙位置,v1=v2,v3≠2v1
D.在图乙位置,v3=
7.(多选)(2021·湖南卷·8)如图(a),质量分别为mA、mB的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统,外力F作用在A上,系统静止在光滑水平面上(B靠墙面),此时弹簧形变量为x。撤去外力并开始计时,A、B两物体运动的a-t图像如图(b)所示,S1表示0到t1时间内A的a-t图线与坐标轴所围面积大小,S2、S3分别表示t1到t2时间内A、B的a-t图线与坐标轴所围面积大小。A在t1时刻的速度为v0。下列说法正确的是:
A.0到t1时间内,墙对B的冲量等于mAv0
B.mA>mB
C.B运动后,弹簧的最大形变量等于x
D.S1-S2=S3
8.(2022·湖南卷·4)1932年,查德威克用未知射线轰击氢核,发现这种射线是由质量与质子大致相等的中性粒子(即中子)组成。如图,中子以速度v0分别碰撞静止的氢核和氮核,碰撞后氢核和氮核的速度分别为v1和v2。设碰撞为弹性正碰,不考虑相对论效应,下列说法正确的是:
A.碰撞后氮核的动量比氢核的小
B.碰撞后氮核的动能比氢核的小
C.v2大于v1
D.v2大于v0
9.(2023·广东卷·15)如图为某药品自动传送系统的示意图。该系统由水平传送带、竖直螺旋滑槽和与滑槽平滑连接的平台组成,滑槽高为3L,平台高为L。药品盒A、B依次被轻放在以速度v0匀速运动的传送带上,在与传送带达到共速后,从M点进入滑槽,A刚好滑到平台最右端N点停下,随后滑下的B以2v0的速度与A发生正碰,碰撞时间极短,碰撞后A、B恰好落在桌面上圆盘内直径的两端。已知A、B的质量分别为m和2m,碰撞过程中损失的能量为碰撞前瞬间总动能的。A与传送带间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,A、B在滑至N点之前不发生碰撞,忽略空气阻力和圆盘的高度,将药品盒视为质点。求:
(1)(2分)A在传送带上由静止加速到与传送带共速所用的时间t;
(2)(3分)B从M点滑至N点的过程中克服阻力做的功W;
(3)(5分)圆盘的圆心到平台右端N点的水平距离s。
答案精析
1.B [因为滑块与车厢水平底板间有摩擦,且撤去推力后滑块在车厢底板上有相对滑动,即摩擦力做功,而水平地面是光滑的;对小车、弹簧和滑块组成的系统,根据动量守恒和机械能守恒的条件可知撤去推力后该系统动量守恒,机械能不守恒。故选B。]
2.A [根据题图,碰撞前甲、乙的速度分别为v甲=5.0 m/s,v乙=1.0 m/s,碰撞后甲、乙的速度分别为v甲'=-1.0 m/s,v乙'=2.0 m/s,碰撞过程由动量守恒定律得m甲v甲+m乙v乙=m甲v甲'+m乙v乙',解得m乙=6 kg,碰撞过程损失的机械能ΔE=m甲+m乙-m甲v甲'2-m乙v乙'2,解得ΔE=3 J,故选A。]
3.AB [根据EF段方程y=4t-26,可知EF段无人机的速度大小为v==4 m/s,故A正确;根据y-t图像的切线斜率表示无人机的速度,可知FM段无人机先向上做减速运动,后向下做加速运动,加速度方向一直向下,则无人机的货物处于失重状态,故B正确;根据MN段方程y=-2t+140,可知MN段无人机的速度为v'==-2 m/s,则有Δp=mv'-mv=2×(-2) kg·m/s-2×4 kg·m/s=-12 kg·m/s,可知FN段无人机和装载物总动量变化量大小为12 kg·m/s,故C错误;MN段无人机向下做匀速直线运动,动能不变,重力势能减少,无人机的机械能不守恒,故D错误。]
4.AD [物块与地面间的摩擦力为
Ff=μmg=2 N
对物块在0~3 s时间内由动量定理可知
(F-Ff)t1=mv3,
代入数据可得v3=6 m/s,
3 s时物块的动量为p=mv3=6 kg·m/s,故C错误;
设3 s后经过时间t2物块的速度减为0,由动量定理可得
-(F+Ff)t2=0-mv3
解得t2=1 s
所以物块在4 s时速度减为0,则此时物块的动能也为0,故A正确;
在0~3 s时间内,对物块由动能定理可得(F-Ff)x1=m
解得x1=9 m
3~4 s时间内,对物块由动能定理可得
-(F+Ff)x2=0-m解得x2=3 m
4~6 s时间内物块开始反向运动,物块的加速度大小为a==2 m/s2
发生的位移大小为x3=a=4 m
物块在6 s时的速度大小为v6=at3=4 m/s
0~6 s时间拉力对物块所做的功为
W=Fx1-Fx2+Fx3=40 J,故D正确。]
5.AD [氙离子经电场加速,根据动能定理有qU=mv2-0,可得加速电压为U=≈175 V,故A正确,B错误;在Δt时间内,有质量为Δm的氙离子以速度v喷射而出,形成电流为I,由动量定理可得FΔt=Δmv-0,进入放电通道的氙气质量为Δm0,被电离的比例为η,则有=η联立解得=≈5.3×10-6 kg,故D正确;在Δt时间内,有电荷量为ΔQ的氙离子喷射出,则有ΔQ=q,I=联立解得I=·=3.65 A,故C错误。]
6.D [该过程中系统动能和电势能相互转化,能量守恒,对整个系统分析可知系统受到的合外力为0,故动量守恒;当三个小球运动到同一条直线上时,根据对称性可知细线中的拉力相等,此时球3受到1和2的静电力大小相等、方向相反,故可知此时球3受到的合力为0,球3从静止状态开始运动的瞬间受到的合力不为0,故该过程中小球3受到的合力在改变,故A、B错误;
对系统根据动量守恒
mv1+mv2=mv3
根据球1和2运动的对称性可知
v1=v2,
解得v3=2v1
根据能量守恒m+m+m=
解得v3=
故C错误,D正确。]
7.ABD [由于在0~t1时间内,物体B静止,则对B受力分析有F墙=F弹,
则墙对B的冲量大小等于弹簧对B的冲量大小,而弹簧既作用于B也作用于A,则可将研究对象转换为A,撤去F后A水平方向只受弹力作用,则根据动量定理有I=mAv0(方向向右),则墙对B的冲量与弹簧对A的冲量大小相等、方向相同,A正确;
由a-t图像可知t1后弹簧被拉伸,在t2时刻弹簧的伸长量达到最大,根据牛顿第二定律有F弹=mAaA=mBaB
由题图(b)可知aB>aA,则mB
可得A、B整体的动能不等于0,即弹簧的弹性势能会转化为A、B系统的动能,弹簧的形变量小于x,C错误;
由a-t图像可知t1后B脱离墙壁,且弹簧被拉伸,在t1~t2时间内A、B组成的系统动量守恒,且在t2时刻弹簧的伸长量达到最大,A、B共速,由a-t图像中图线与横轴所围的面积表示Δv可知,在t2时刻A、B的速度分别为vA=S1-S2,vB=S3,A、B共速,则S1-S2=S3,D正确。]
8.B [设中子的质量为m,则氢核的质量也为m,氮核的质量为14m,设中子和氢核碰撞后中子速度为v3,取v0的方向为正方向,由动量守恒定律和能量守恒定律可得mv0=mv1+mv3
m=m+m
联立解得v1=v0
设中子和氮核碰撞后中子速度为v4,取v0的方向为正方向,由动量守恒定律和能量守恒定律可得mv0=14mv2+mv4
m=×14m+m
联立解得v2=v0,
可得v1=v0>v2
碰撞后氢核的动量为pH=mv1=mv0
氮核的动量为pN=14mv2=
可得pN>pH
碰撞后氢核的动能为EkH=m=m
氮核的动能为EkN=×14m=
可得EkH>EkN
故B正确,A、C、D错误。]
9.(1) (2)6mgL-3m
(3)
解析 (1)A在传送带上运动时的加速度a=μg
由静止加速到与传送带共速所用的时间t==
(2)B从M点滑至N点的过程中克服阻力做的功
W=×2m+2mg·3L-×2m(2v0)2=6mgL-3m
(3)A、B碰撞过程由动量守恒定律和能量守恒定律可知
2m·2v0=mv1+2mv2
×2m×(2v0)2-(m+×2m)=×[×2m×(2v0)2]
解得v1=2v0
v2=v0
(另一解v1=v0,v2=v0不符合题意,舍掉)
两药品盒做平抛运动的时间
t1=
则s-r=v2t1
s+r=v1t1
解得s=