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1、2022年高中物理 第16章 第3節(jié) 動(dòng)量守恒定律練習(xí) 新人教版選修3-5
1.系統(tǒng):碰撞問題的研究對(duì)象不是一個(gè)物體,而是兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體.我們說這兩個(gè)物體組成了一個(gè)力學(xué)系統(tǒng).
2.內(nèi)力:系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力.
3.外力:除系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力之外的其他力叫作外力.
4.動(dòng)量守恒定律.
(1)內(nèi)容:如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力,或者所受外力的矢量和為零,這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變.
(2)表達(dá)式:p1=p2.
對(duì)兩個(gè)物體組成的系統(tǒng),可寫為:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′.
(3)適用條件(具備下列條件之一):
①系統(tǒng)不受外力;
②系統(tǒng)所受合外力為零;
2、
③系統(tǒng)在某一方向不受外力或所受合外力為零;
④系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力或者在某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力.
(4)適用范圍:
動(dòng)量守恒定律是自然界普遍適用的基本規(guī)律之一,它既適用于宏觀、低速物體,也適用于微觀、高速物體.
5.動(dòng)量守恒定律的普適性.
(1)動(dòng)量守恒定律只涉及過程的始末兩個(gè)狀態(tài),與物體相互作用過程的細(xì)節(jié)無關(guān),可簡(jiǎn)化問題.
(2)近代物理中的高速、微觀領(lǐng)域,牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用,動(dòng)量守恒定律仍適用.
(3)電磁波也具有動(dòng)量,它與粒子的相互作用遵守動(dòng)量守恒定律.
1.關(guān)于系統(tǒng)動(dòng)量守恒的條件,下列說法中正確的是(C)
A.只要系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力,系統(tǒng)的動(dòng)量就不可能守恒
B.
3、只要系統(tǒng)中有一個(gè)物體具有加速度,系統(tǒng)的動(dòng)量就不守恒
C.只要系統(tǒng)所受的合外力為零,系統(tǒng)的動(dòng)量就守恒
D.系統(tǒng)中所有物體的加速度都為零時(shí),系統(tǒng)的總動(dòng)量不一定守恒
解析:根據(jù)動(dòng)量守恒的條件即系統(tǒng)所受外力的矢量和為零可知,選項(xiàng)C正確;系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力,與系統(tǒng)所受外力無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;系統(tǒng)內(nèi)各物體之間有著相互作用,對(duì)單個(gè)物體來說,合外力不一定為零,加速度不一定為零,但整個(gè)系統(tǒng)所受的合外力仍可為零,動(dòng)量守恒,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;系統(tǒng)內(nèi)所有物體的加速度都為零時(shí),各物體的速度恒定,動(dòng)量恒定,總動(dòng)量一定守恒,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
2.如圖所示的裝置中,木塊B與水平桌面間的接觸是光滑的.子彈A沿水平方向射入木塊后留在木
4、塊內(nèi),將彈簧壓縮到最短,現(xiàn)將子彈、木塊和彈簧合在一起作為研究對(duì)象(系統(tǒng)),則此系統(tǒng)在子彈開始射入木塊到彈簧壓縮至最短的過程中(B)
A.動(dòng)量守恒,機(jī)械能守恒
B.動(dòng)量不守恒,機(jī)械能不守恒
C.動(dòng)量守恒,機(jī)械能不守恒
D.動(dòng)量不守恒,機(jī)械能守恒
解析:把系統(tǒng)從子彈射入木塊到彈簧壓縮至最短的過程分段考慮.第一段:子彈射入木塊瞬間,彈簧仍保持原長(zhǎng),子彈與木塊間的摩擦力為內(nèi)力,合外力為零,所以此瞬間系統(tǒng)動(dòng)量守恒,機(jī)械能不守恒.第二段:子彈射入木塊后,與木塊一起壓縮彈簧,系統(tǒng)受墻面彈力(外力)不為零,所以此過程系統(tǒng)動(dòng)量不守恒.綜合在一起,整個(gè)過程中動(dòng)量、機(jī)械能均不守恒,應(yīng)選B.
3.(多
5、選)兩位同學(xué)穿旱冰鞋,面對(duì)面站立不動(dòng),互推后向相反的方向運(yùn)動(dòng),不計(jì)摩擦阻力,下列判斷正確的是(BC)
A.互推后兩同學(xué)總動(dòng)量增加
B.互推后兩同學(xué)動(dòng)量大小相等,方向相反
C.分離時(shí)質(zhì)量大的同學(xué)的速度小一些
D.互推過程中機(jī)械能守恒
解析:對(duì)兩同學(xué)所組成的系統(tǒng),互推過程中,合外力為零,總動(dòng)量守恒,故A錯(cuò);兩同學(xué)動(dòng)量的變化量大小相等,方向相反,故B、C正確;互推過程中機(jī)械能增大,故D錯(cuò)誤.
4.將靜置在地面上,質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點(diǎn)火升空,在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體.忽略噴氣過程重力和空氣阻力的影響,則噴氣結(jié)束時(shí)火箭模型獲得的速度大小是(
6、D)
A.v0 B.v0
C.v0 D.v0
解析:取向上為正方向,由動(dòng)量守恒定律得:
0=(M-m)v-mv0.
則火箭速度:v=.故選D.
5.如圖,質(zhì)量為M的小船在靜止水面上以速率v0向右勻速行駛,一質(zhì)量為m的救生員站在船尾,相對(duì)小船靜止.若救生員以相對(duì)水面速率v水平向左躍入水中,則救生員躍出后小船的速率為(C)
A.v0+v B.v0-v
C.v0+(v0+v) D.v0+(v0-v)
解析:人在躍出的過程中,船、人組成的系統(tǒng)水平方向上動(dòng)量守恒,規(guī)定向右為正方向.
則:(M+m)v0=Mv′-mv,
解得:v′=v0+(v0+v).
故選C.
6.
7、(多選)如圖所示,在橄欖球比賽中,一個(gè)85 kg的前鋒隊(duì)員以5 m/s的速度跑動(dòng),想穿越防守隊(duì)員到底線觸地得分.就在他剛要到底線時(shí),迎面撞上了對(duì)方兩名均為65 kg的隊(duì)員,一個(gè)速度為2 m/s,另一個(gè)速度為4 m/s,然后他們就扭在了一起,則(BC)
A.他們碰撞后的共同速率是0.2 m/s
B.碰撞后他們動(dòng)量的方向仍向前
C.這名前鋒能得分
D.這名前鋒不能得分
解析:前鋒隊(duì)員的質(zhì)量為M,速度為v1,兩名65 kg的隊(duì)員質(zhì)量均為m,速度分別為v2、v3.取前鋒隊(duì)員跑動(dòng)的速度方向?yàn)檎较?,根?jù)動(dòng)量守恒定律可得:Mv1-mv2-mv3=(M+m+m)v,代入數(shù)據(jù)得:v≈0.16 m
8、/s.所以碰撞后的速度仍向前,故這名前鋒能得分,B、C兩項(xiàng)正確.
7.質(zhì)量為M的沙車沿光滑水平面以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)從沙車上方落入一只質(zhì)量為m的鐵球,如圖所示,則小鐵球落入沙車后(C)
A.沙車立即停止運(yùn)動(dòng)
B.沙車仍做勻速運(yùn)動(dòng),速度仍為v0
C.沙車仍做勻速運(yùn)動(dòng),速度小于v0
D.沙車做變速運(yùn)動(dòng),速度不能確定
解析:由水平方向上動(dòng)量守恒Mv0=(M+m)v可知C項(xiàng)正確.
8.如圖所示,設(shè)車廂長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為M,靜止在光滑的水平面上,車廂內(nèi)有一質(zhì)量為m的物體以初速度v0向右運(yùn)動(dòng),與車廂來回碰撞n次后,最終相對(duì)車廂靜止,這時(shí)車廂的速度 (C)
A.v0,水平
9、向右 B.0
C.,水平向右 D.,水平向左
解析:物體和車廂所受的合外力為0,在物體與車廂的n次碰撞的整個(gè)過程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,忽略中間細(xì)節(jié),只考慮初、末狀態(tài),由系統(tǒng)動(dòng)量守恒得:mv0=(M+m)v,車廂最終速度v=,方向與v0相同,即水平向右.
9.兩輛質(zhì)量相同的小車,置于光滑的水平面上,有一人靜止在小車A上,兩車A、B靜止,如圖所示.當(dāng)這個(gè)人從A車跳到B車上,接著又從B車跳回A車并與A車保持相對(duì)靜止時(shí),則A車的速率(B)
A.等于零 B.小于B車的速率
C.大于B車的速率 D.等于B車的速率
解析:選A車、B車和人作為系統(tǒng),兩車均置于光滑的水平面上,在水平
10、方向上無論人如何跳來跳去,系統(tǒng)均不受外力作用,故滿足動(dòng)量守恒定律.設(shè)人的質(zhì)量為m,A車和B車的質(zhì)量均為M,最終兩車速度分別為vA和vB.由動(dòng)量守恒定律得0=(M+m)vA-MvB,則=,即vA
11、B′,解得vB′=-0.5 m/s,所以B的速度大小是0.5 m/s,方向向左.
答案:0.5 左
11.某同學(xué)質(zhì)量為60 kg,在軍事訓(xùn)練中要求他從岸上以大小為2 m/s的速度跳到一條向他緩緩飄來的小船上,然后去執(zhí)行任務(wù),小船的質(zhì)量是140 kg,原來的速度大小是0.5 m/s,該同學(xué)上船后又跑了幾步,最終停在船上.則此過程該同學(xué)動(dòng)量的變化大小為____ kg·m/s,此時(shí)小船的速度大小為________ m/s.
解析:將該同學(xué)與船組成一個(gè)系統(tǒng),設(shè)最終二者的速度為v,方向與人速度方向相同,由動(dòng)量守恒得,m人v人-m船v船=(m人+m船)v,解得:v=0.25 m/s,
該同學(xué)動(dòng)
12、量的變化為:Δp人=m人(v人-v)=105 kg·m/s.
答案:105 0.25
12.如圖所示,質(zhì)量m1=0.3 kg的小車靜止在光滑的水平面上,車長(zhǎng)L=1.5 m, 現(xiàn)有質(zhì)量m2=0.2 kg可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊,以水平向右的速度v0=2 m/s從左端滑上小車,最后在車面上某處與小車保持相對(duì)靜止.物塊與車面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,取g=10 m/s2,求:
(1)物塊在車面上滑行的時(shí)間t;
(2)要使物塊不從小車右端滑出,物塊滑上小車左端的速度v0′不超過多少?
解析:(1)設(shè)物塊與小車共同速度為v,以水平向右為正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有:
m2v0=(m1+m2)v,
13、
設(shè)物塊與車面間的滑動(dòng)摩擦力為F,對(duì)物塊應(yīng)用動(dòng)量定理有:
-Ft=m2v-m2v0,又F=μm2g,
解得:t=,代入數(shù)據(jù)得t=0.24 s.
(2)要使物塊恰好不從車面滑出,須使物塊到車面最右端時(shí)與小車有共同的速度,設(shè)其為v′,則:m2v0′=(m1+m2)v′,
由功能關(guān)系有:
m2v0′=(m1+m2)v′+μm2gL,
代入數(shù)據(jù)解得v0′=5 m/s.
故要使物塊不從小車右端滑出,物塊滑上小車左端的速度v0′不超過5 m/s.
答案:(1)t=0.24 s (2)5 m/s
13.如圖所示,在高H=2.5 m的光滑、絕緣水平高臺(tái)邊緣,靜置一個(gè)小物塊B,另一帶電小物
14、塊A以初速度v0=10.0 m/s向B運(yùn)動(dòng),A、B的質(zhì)量均為m=1.0×10-3 kg.A與B相碰撞后,兩物塊立即粘在一起,并從臺(tái)上飛出后落在水平地面上.落地點(diǎn)距高臺(tái)邊緣的水平距離L=5.0 m.已知此空間中存在方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小E=1.0×103 N/C(圖中未畫出)假設(shè)A在滑行過程和碰撞過程中電量保持不變,不計(jì)空氣阻力,g=10 m/s2.求:
(1)A、B碰撞過程中損失的機(jī)械能.
(2)試說明A帶電的電性,并求出其所帶電荷q的大?。?
(3)在A、B的飛行過程中,電場(chǎng)力對(duì)它做的功.
解析:(1)設(shè)A、B剛粘在一起時(shí)的速度為v,對(duì)于A、B兩物塊的碰撞過程,根據(jù)動(dòng)量守
15、恒定律有:mv0=2mv,
解得:v==5.0 m/s.
A、B碰撞過程中損失的機(jī)械能為:ΔE=mv0-×2mv=2.5×10-2 J.
(2)A、B碰后一起做勻變速曲線運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為a,經(jīng)時(shí)間t落至地面,則有水平方向:
L=vt,豎直方向:H=at,解得:a=5.0 m/s.
因a