课时梯级训练(3) 动量定理的应用（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

课时梯级训练(3)　动量定理的应用 1．外出旅游有时需要坐小型游轮，游轮外侧四周会固定一圈旧汽车轮胎，如图所示，当游轮以一定的速度靠岸时，下列关于这些旧轮胎的作用的说法正确的是(　　) A．减少了游轮与岸边撞击前后游轮动量的改变量 B．延长了游轮与岸边撞击力的作用时间 C．减小了游轮与岸边撞击时游轮的惯性大小 D．增大了游轮与岸边撞击时游轮单位面积上受到的撞击力 B　解析：游轮与岸边撞击前后游轮动量的改变量是一定的，但由于轮胎的存在，延长了游轮与岸边撞击力的作用时间，根据F＝，减小了游轮与岸边撞击时游轮单位面积上受到的撞击力，A、D错误，B正确；惯性大小只与质量有关，与其他因素无关，C错误。 2．(多选)一粒钢珠在空中从静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭中。若把它在空中自由下落的过程称为Ⅰ，进入泥潭直到停止的过程称为Ⅱ，不计空气阻力，则以下说法正确的是(　　) A．过程Ⅰ中钢珠动量的改变量等于重力的冲量 B．过程Ⅱ中钢珠所受阻力的冲量大小等于过程Ⅰ中重力冲量的大小 C．Ⅰ、Ⅱ两个过程中合外力的总冲量等于零 D．过程Ⅱ中钢珠的动量改变量在数值上等于过程Ⅰ中重力的冲量 ACD　解析：钢珠在空中自由下落只受重力，由动量定理知，过程Ⅰ中钢珠动量的改变量等于重力的冲量，A正确；过程Ⅱ中钢珠受到阻力和重力作用，过程Ⅱ中钢珠所受阻力的冲量大小等于过程Ⅰ和Ⅱ中重力冲量的大小之和，B错误；由动量定理可知，Ⅰ、Ⅱ两个过程中合外力的总冲量等于零，C正确；过程Ⅱ中钢珠的动量改变量在数值上等于过程Ⅰ中钢珠动量的改变量，而过程Ⅰ中重力的冲量大小等于过程Ⅰ中钢珠动量的改变量大小，D正确。 3．如图所示，正面双手垫球是排球训练基本动作之一。某同学在一次训练中，排球由静止自由下落0.8 m，被双手重新垫起，离开手臂后竖直上升的高度仍为0.8 m。已知排球与手臂的作用时间为0.05 s，排球质量为0.3 kg，重力加速度g＝10 m/s2，不计空气阻力，以竖直向下为正方向，则(　　) A．排球与手臂作用过程的动能变化量为4.8 J B．排球与手臂作用过程的动量变化量为零 C．排球与手臂作用过程的动量变化量为2.4 kg·m/s D．排球与手臂间的平均作用力大小为51 N D　解析：排球自由下落与手臂接触前、后瞬间的速度大小为 v1＝v2＝＝4 m/s，动能为标量，故作用过程动能变化量为0，由于题中规定竖直向下为正方向，则作用过程的动量变化量为Δp＝m(－v2)－mv1＝－2.4 kg·m/s，A、B、C错误；设排球与手臂间的作用力大小为F，由动量定理有(－F＋mg)t＝m(－v2)－mv1，解得F＝51 N，D正确。 4．超强台风在沿海登陆时，其风力可达到17级，对固定建筑物破坏程度非常巨大。请你根据所学物理知识推算固定建筑物所受风力(空气的压力)与风速(空气流动速度)大小关系，假设某一建筑物垂直风速方向的受力面积为S，风速大小为v，空气吹到建筑物上后速度瞬间减为零，空气密度为ρ，风力F与风速大小v的关系式为(　　) A．F＝ρSv B．F＝ρSv2 C．F＝ρSv3 D．F＝ρSv3 B　解析：设t时间内吹到建筑物上的空气质量为m，则m＝ρSv-t，根据动量定理－F-t＝0－mv＝0－ρSv2t，解得F＝ρSv2，B正确，A、C、D错误。 5．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 A　解析：由自由落体运动公式得人下降h距离时的速度为v＝，在t时间内对人由动量定理得(mg－F)t＝0－mv，解得安全带对人的平均作用力为F＝＋mg，A正确。 6．鼓浪屿原名“圆沙洲”，因岛西南有一海蚀岩洞受浪潮冲击时声如擂鼓，故自明朝起雅化为今称的“鼓浪屿”，现为中国第52项世界遗产项目。某次涨潮中，海浪以5 m/s的速度垂直撞击到一平直礁石上，之后沿礁石两侧流走，已知礁石受冲击的面积为2 m2，海水的密度为1.05×103 kg/m3，则海浪对礁石的冲击力约为(　　) A．1.05×104 N B．5.25×104 N C．7.88×104 N D．2.63×105 N B　解析：设Δt时间内与墙壁碰撞的水的质量为Δm＝ρSvΔt，取水的运动方向为正方向，在碰撞过程中，对Δt时间内的水，在水平方向根据动量定理有－FΔt＝0－Δmv，联立解得F＝ρSv2＝1.05×103×2×52 N＝5.25×104 N，根据牛顿第三定律可知海浪对礁石的冲击力约为5.25×104 N，B正确。 7．据统计人在运动过程中，脚底在接触地面瞬间受到的冲击力是人体自身重力的数倍。为探究这个问题，实验小组同学利用落锤冲击的方式进行了实验，即通过一定质量的重物从某一高度自由下落冲击地面来模拟人体落地时的情况。重物与地面的形变很小，可忽略不计。g取10 m/s2。下表为一次实验过程中的相关数据： 重物(包括传感器)的质量m/kg 8.5 重物下落高度H/cm 45 重物反弹高度h/cm 20 最大冲击力Fm/N 850 重物与地面接触时间t/s 0.1 (1)请你选择所需数据，通过计算回答下列问题： ①重物受到地面的最大冲击力时的加速度大小； ②在重物与地面接触过程中，重物受到地面施加的平均作用力是重物所受重力的多少倍？ (2)如果人从某一确定高度由静止竖直跳下，为减小脚底与地面接触过程中受到的冲击力，可采取什么具体措施？请你提供一种可行的方法并说明理由。 答案：(1)①90 m/s2　②6　(2)见解析 解析：(1)①设重物受到地面的最大冲击力时的加速度大小为a，由牛顿第二定律知a＝ 解得a＝90 m/s2。 ②重物与地面接触前瞬时速度大小v1＝ 重物离开地面瞬时的速度大小v2＝ 设重物与地面接触过程，重物受到的平均作用力大小为F，以竖直向上为正方向，由动量定理有 (F－mg)t＝mv2－m(－v1) 解得F＝510 N 则＝6 因此重物受到地面施加的平均作用力是重物所受重力的6倍。 (2)脚触地后要同时下蹲，以延长与地面的作用时间来减小地面对人的冲击力。 8．一个宇宙飞船以v＝1.0×104 m/s的速度进入密度为ρ＝2.0×10－7 kg/m3的微陨石流中，如果飞船在垂直于运动方向上的最大截面积S＝5 m2，且认为微陨石与飞船碰撞后都附着在飞船上。为使飞船的速度保持不变，飞船的牵引力应增加多大？ 答案：100 N 解析：设时间t内附着在飞船上的微陨石总质量为Δm，则Δm＝ρSv-t， 这些微陨石由静止至随飞船一起运动，其动量增加是受飞船对其作用的结果，由动量定理有F-t＝Δp＝Δmv， 则微陨石对飞船的冲量大小也为F-t，为使飞船速度保持不变，飞船应增加的牵引力为ΔF＝F， 综合上述各式并代入数值得ΔF＝100 N，即飞船的牵引力应增加100 N。 学科网（北京）股份有限公司 $$