内容正文:
第2节 动量定理
[A组 基础巩固练]
1.(动量概念理解)有关物体的动量,下列
说法正确的是 ( )
A.同一物体的动量改变,一定是速度大小
改变
B.同一物体的动量改变,一定是速度方
向改变
C.同一物体的运动速度改变,其动量一
定改变
D.同一物体的运动速度改变,其动量可能
不变
2.(多选)两个质量相等的物体在同一高
度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止
开始自由下滑,在它们到达斜面底端的
过程中 ( )
A.重力的冲量相同
B.重力的功相同
C.斜面弹力的冲量均为零
D.斜面弹力的功均为零
3.质量为m 的钢球自高处落下,以速率v1
碰地,竖直向上弹回,碰撞时间为Δt,离
地时的速率为v2.在碰撞过程中,地面
对钢球的冲量方向和大小为 ( )
A.向下,m(v1-v2)-mgΔt
B.向下,m(v1+v2)-mgΔt
C.向上,m(v1-v2)-mgΔt
D.向上,m(v1+v2)+mgΔt
4.质量为60kg的建筑工人,不慎从高空
跌下,幸好弹性安全带的保护使他悬挂
起来.已知弹性安全带的缓冲时间是
15s,安 全 带 自 然 长 度 为 5 m,g 取
10m/s2,则安全带所受的平均冲力的
大小约为 ( )
A.500N B.1100N
C.600N D.1000N
5.原来静止的物体受合
力作用时间为 2t0,合
力随时间的变化情况
如图所示,则 ( )
A.0~t0 时间内物体的动量变化量与t0
~2t0 时间内物体的动量变化量相等
B.0~t0 时间内物体的平均速率与t0~
2t0 时间内物体的平均速率不相等
C.t=2t0 时物体的速度为零,外力在
2t0 时间内对物体的冲量为零
D.0~2t0 时间内物体的位移为零,外力
对物体做的功为零
6.如图所示,运动员在水
上做飞行运动表演.他
操控喷射式悬浮飞行
器将水带送上来的水
反转180°后竖直向下
喷出,令自己悬停在空中.已知运动员
与装备的总质量 M 为100kg,两个圆
管喷嘴的直径均为10cm,已知重力加
速度大小g=10m/s2,水的密度ρ=1.0
×103kg/m3,则喷嘴处喷水的速度大约
为 ( )
A.3.0m/s B.5.4m/s
C.8.0m/s D.10.2m/s
4
选择性必修第一册
7.2020年国际篮联篮球世界杯,在北京等
八座城市举行.篮球比赛时运动员通常
伸出双手迎接传来的篮球,接球时,两
手随球迅速收缩至胸前,这样做可以
( )
A.减小球对手的冲量
B.减小球对手的冲击力
C.减小球的动量变化量
D.减小球的动能变化量
8.一个物体同时受到两
个力 F1、F2 的作用,
F1、F2 与时间t的关
系如图所示,如果 该
物体从静止开始运动,经过t=10s后,
F1、F2 以及合力F的冲量各是多少?
9.一辆车强行超车时,与另一辆迎面驶来
的轿车相撞,两车相撞后连为一体,两
车车身因相互挤压,皆缩短了05m.据
测算两车相撞前的速度约为30m/s.
(1)若人与车一起做减速运动,车祸过
程中车内约60kg的人受到的平均冲力
是多大?
(2)若车内的人系有安全带,在车祸过
程中安全带与人体作用时间是01s,
求人受到的平均冲力大小.
5
第一章 动量守恒定律
[B组 素养提升练]
10.如图甲所示为跳水运动员准备进行跳
板跳水训练.如图乙所示,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 ( )
甲 乙
A.过程Ⅰ中运动员的动量变化率逐渐
增大
B.过程Ⅰ、Ⅱ中运动员的总动量改变
量为零
C.过程Ⅰ中运动员的动量改变量等于
重力的冲量
D.过程Ⅱ中运动员的动量改变量等于
重力的冲量
11.如图所示,一铁块
压着一纸条放在
水平桌面上,当以
速度v 抽出纸条
后,铁块掉在地上的P 点.若以2v的
速度抽出纸条,则铁块落地点为
( )
A.仍在P 点
B.在P 点左边
C.在P 点右边不远处
D.在P 点右边原水平位移的两倍处
12.(多选)如图所示,质量为
m 的小球从距离地面高H
的A 点由静止开始释放,
落到地面上后又陷入泥潭
中,由于受到阻力作用到
达距地面深度为h的B 点时速度减为
零.不计空气阻力,重力加速度为g.小
球在刚接触地面到速度变为零的过程
中,下列说法中正确的有 ( )
A.小球的机械能减少了mgh
B.小球克服阻力做的功为mg(H+h)
C.小球所受阻力的冲量等于m 2gH
D.小 球 动 量 的 改 变 量 大 小 等 于
m 2gH
13.如图所示,水力采煤时,
用水枪在高压下喷出强
力的水柱冲击煤层,设
水柱直径为d=30cm,
水速为v=50m/s,假设水柱射在煤层
的表面上,冲击煤层后水的速度变为
零,求水柱对煤层的平均冲击力大小.
(水的密度ρ=10×10
3kg/m3)
6
选择性必修第一册
12.解析:(1)因为小车 A与B碰撞前、后都做匀速运动,且
碰后 A与B粘在一起,其共同速度比 A原来的速度小.
所以,应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算 A碰
前的速度,选点迹分布均匀且点距较小的DE 段计算 A
和B碰后的速度.
(2)由题图可知,碰前 A 的速度和碰后 A、B的共同速
度分别为:vA=
10.50×10-2
0.02×5 m
/s=105m/s
vA′=vB′=
6.95×10-2
0.02×5 m
/s=0695m/s
故碰撞前:mAvA+mBvB=040×105kgm/s+020
×0kgm/s=0420kgm/s
碰撞 后:mAvA′+mBvB′= (mA +mB)vA′= (040+
020)×0695kgm/s=0417kgm/s.
(3)数据处理表明,mAvA+mBvB≈mAvA′+mBvB′,即在
实验误差允许的范围内,A、B碰撞前后总的物理量 mv
是不变的.
答案:(1)BC DE (2)0420 0417 (3)见解析
13.解析:(1)由v2-v20=2ax可得小球落地时的速度大小
v= v20+2ax= 152+2×10×20m/s=25m/s.
取竖直向下为正,则小球落地时的动量
p=mv=010×25kgm/s=25kgm/s,方向竖直
向下.
(2)以竖 直 向 下 为 正 方 向,小 球 从 抛 出 至 落 地 动 量 的
增量
Δp=mv-mv0=010×25kgm/s-010×(-15)kgm/s
=40kgm/s,方向竖直向下.
答案:(1)25kgm/s,方向竖直向下 (2)40kgm/s,
方向竖直向下
第2节
1.C
2.BD [设斜面高为h,倾角为θ,物体的质量为m,则两物
体滑到斜面 底 端 的 过 程,重 力 做 功 均 为 mgh,用 时t=
1
sinθ
2h
g
,重力 的 冲 量IG =mgt=
m
sinθ 2gh
,与θ有
关,故重力的冲量不同,A项错误,B项正确;斜面弹力方
向与物体运动方向垂直,斜面弹力不做功,但弹力的冲
量不为零,C项错误,D项正确.]
3.D [取竖直向上为正方向,如图
所示,由动量定理I=Δp得
(F-mg)Δt=mv2-m(-v1)
即IF-mgΔt=m(v2+v1)
则IF=mgΔt+m(v2+v1),方向
向上.]
4.D [设建筑工人下落5m 时速度为v,则v= 2gh=
2×10×5m/s=10m/s,设安全带所受平均冲力大小为
F,则由动量定理得:(mg-F)t=0-mv,所以F=mg+mvt
=60×10N+60×101.5 N=1000N
,故 A、B、C错,D对.]
5.C [由题图可知,0~t0 与t0~2t0 时间内合力方向不
同,动量变化量不相等,选项 A 错误;t=t0 时,物体速度
最大,由动量定理Ft=Δp可得0~t0 时Δp1=F0t0,t0~
2t0 时 Δp2=-F0t0,由两式得 Δp1=-Δp2,t=2t0 时物
体速度为零,0~t0 与t0~2t0 时间内物体平均速率相等,
选项B错误,C正确;0~2t0 时间内物体先加速后减速,
位移不为零,动能变化量为零,合力对物体做的功为零,
选项 D错误.]
6.C
7.B [先伸出两臂迎接,手接触到球后,两臂随球收缩至
胸前,这样可以增加球与手接触的时间,根据动量定理
得-Ft=0-mv,解得F=mvt
,当时间增大时,作用力就
减小,而球对手的冲量I=mv恒定不变,球的动量变化
量 Δp=mv恒定不变,球的动能变化量 ΔEk=
1
2mv
2 恒
定不变,所以B正确.]
8.解析:解法一:FGt图像中图线与坐标轴围成的面积表示
冲量.由此得,经过t=10s
F1 的冲量I1=
1
2×10×10N
s=50Ns
F2 的冲量I2=-
1
2×10×10N
s=-50Ns
合力F 的冲量I合 =I1+I2=0.
解法二:F1、F2 都随时间均匀变化,因此可以用平均力来
计算它们的冲量.
F1 的冲量为I1=
10+0
2 ×10N
s=50Ns
F2 的冲量为I2=
0-10
2 ×10N
s=-50Ns
合力F 的冲量为I合 =I1+I2=0.
答案:50Ns -50Ns 0
9.解析:(1)由v2-v20=-2ax 得人和车减速的加速度大
小为
a=v
2
0
2x=
302
2×0.5m
/s2=900m/s2
根据牛顿第二定律得人受到的平均冲力大小为
F=ma=60×900N=54×104 N.
(2)对车内的人,由动量定理得
-F′t=mv-mv0
解得 人 受 到 的 平 均 冲 力 大 小 为 F′= mv0-mvt =
60×30-0
0.1 N=18×10
4 N.
答案:(1)54×104 N (2)18×104 N
10.C [过程Ⅰ中运动员只受重力作用,所以运动员在该
过程的动量改变量等于重力的冲量,且在该过程中,对
运动员始终有mgΔt=Δp,则ΔpΔt=mg
,故 A 错误,C正
确;过程Ⅰ中运动员的初速度不为0,过程Ⅱ中运动员
的末速度为0,故过程Ⅰ、Ⅱ中运动员的总动量改变量
不为0,B错误;过程Ⅱ中运动员的动量改变量等于合
外力的冲量,不等于重力的冲量,故 D错误.]
11.B [抽出纸条的过程,铁块所受的滑动摩擦力一定.以
速度v抽出纸条,铁块所受滑动摩擦力的作用时间较
长,铁块获得速度较大,平抛运动的水平位移较大.以
2v的速度抽出纸条的过程中,铁块受滑动摩擦力作用
时间较短,铁块获得速度较小,平抛运动的水平位移较
小,故B选项正确.]
12.BD [小球在整个过程中,动能变化量为零,重力势能
减少mg(H+h),则小球的机械能减少了 mg(H+h),
故 A错误;对全过程运用动能定理得,mg(H+h)-Wf
65
选择性必修第一册
=0,则小球克服阻力做功Wf=mg(H+h),故 B正确;
落到地面时的速度v= 2gH,对进入泥潭的过程运用
动量定理得,IG+If=0-m 2gH,可知阻力的冲量大
小不等于m 2gH,故 C 错误;落到地面时的速度v=
2gH,进入泥潭后的速度为0,所以小球动量的改变
量大小等于m 2gH,故 D正确.]
13.解析:设在一小段时间Δt内,从水枪射出的水的质量为
Δm,水柱横截面积为S,则 Δm=ρSvΔt
以 Δm 为研究对象,它冲击煤层时在 Δt时间内的动量
变化
Δp=Δm(0-v)=-ρSv
2Δt
设F 为水对煤层的平均作用力,即冲力,F′为煤层对水
的反冲力,以v的方向为正方向,根据动量定理(忽略水
的重力),有
F′Δt=Δp=-ρSv
2Δt,即F′=-ρSv
2
根据牛顿第三定律知F=-F′=ρSv
2
式中S=π4d
2,代入数值得F≈177×105 N.
答案:177×105 N
第3节
1.AC [A图中子弹和木块组成的系统在水平方向上不受
外力,竖直方向所受合力为零,该系统动量守恒;B图中
在弹簧恢复原长的过程中,系统在水平方向上始终受墙
的作用力,系统动量不守恒;C图中木球与铁球组成的系
统所受合力为零,系统动量守恒;D 图中木块下滑过程
中,斜面体始终受到挡板的作用力,系统动量不守恒.]
2.A [对物块和槽组成的系统,在下滑过程中没有机械能
损失,系统的机械能守恒,A 正确;在下滑的过程中,物
块在竖直方向有加速度,物块和槽组成的系统所受合外
力不为零,不符合动量守恒的条件,故系统的动量不守
恒,但系统在水平方向上动量守恒,B错误;在压缩弹簧
的过程中,对于物块和弹簧组成的系统,由于挡板对弹
簧有向左的弹力,所以系统受到的合外力不为零,则系
统动量不守恒,C错误;因为物块与槽在水平方向上动量
守恒,且两者质量相等,根据动量守恒定律知物块离开
槽时物块与槽的速度大小相等、方向相反,物块被弹簧
反弹后,与槽的速度相同,即两者做速度相同的匀速直
线运动,所以物块不会再滑上弧形槽,D错误.]
3.B [最终,木箱和小木块都具有向右的动量,并且相互
作用的过程中总动量守恒,选项 A、D错误;由于小木块
与底板间存在摩擦,小木块最终将相对木箱静止,选项 B
正确,选项 C错误.]
4.D [撤去外力后,系统所受外力之和为0,所以总动量守
恒,设P的动量方向为正方向,则有pP-pQ=0,故pP=
pQ,因此P和 Q的动量大小的比值为1,选项 D正确.]
5.B [小球和小车在水平方向上动量守恒,取向右为正方
向,有 Mv-mv0=(M+m)v′,解得v′=5m/s.]
6.B [取滑块的初速度方向为正方向,对滑块和木板组成
的系统,根据动量守恒定律有 mv0=mv1+Mv2,由题图
乙知v0=40m/s,v1=20m/s,v2=10m/s,代入数据解
得 M∶m=2∶1,故B正确.]
7.B [A、B在碰撞过程中动量守恒,碰后粘在一起共同压缩
弹簧的过程中机械能守恒.由碰撞过程中动量守恒得mAvA
=(mA+mB)v,代入数据解得v=
mAvA
mA+mB
=2m/s,所以碰
后 A、B及弹簧组成的系统的机械能为 12
(mA+mB)v2=
8J,当弹簧被压缩至最短时,系统的动能为0,只有弹性势
能,由机械能守恒得此时弹簧的弹性势能为8J.]
8.BD [小物块上升到最高点时,速度与楔形物体的速度
相同,系统水平方向动量守恒,全过程机械能守恒.以向
右为正方向,在小物块上升过程中,由水平方向系统动
量守恒得mv0cosθ=(m+M)v,选项 A错误,B正确;由
机械能守恒定律得mgh+12
(m+M)v2=12mv
2
0,选项C
错误,D正确.]
9.解析:滑环固定时,根据机械能守恒定律,有
MgL=12Mv
2
0,解得v0= 2gL
滑环不固定时,物块的初速度仍为v0,在物块摆起至最
大高度h时,它们的速度都为v,在此过程中物块和滑环
组成的系统机械能守恒,水平方向动量守恒,则:
Mv0=(m+M)v
1
2Mv
2
0=
1
2
(m+M)v2+Mgh
由以上各式,可得h= mm+ML.
答案: m
m+ML
10.BD [以小球和小车组成的系统为研究对象,在水平方
向上不受力的作用,所以系统在水平方向上动量守恒,
由于初始状态小车与小球均静止,所以小球与小车在
水平方向上的动量要么都为零,要么大小相等、方向相
反,选项 A、C错误,选项B、D正确.]
11.BC [系统在水平方向不受外力,故系统在水平方向动
量守恒,因系统初动量为零,A、B在任一时刻的水平方
向动量之和也为零,因 NP 足够长,B最终与 A 速度相
同,此速度为零,B选项正确,A 物体由静止到运动、最
终速度又为零,C选项正确.]
12.D [小球在半圆槽内运动,由B 到C 的过程中,除重力
做功外,槽 的 支 持 力 也 对 小 球 做 功,小 球 机 械 能 不 守
恒,由此可知,小球在半圆槽内运动的全过程中,小球
的机械能不守恒,A错误;小球在槽内由A 到B 的过程
中,左侧物块对槽有作用力,小球与槽组成的系统动量
不守恒,由B 到C 的过程中,小球有向心加速度,竖直
方向的合力不为零,系统的动量也不守恒,B、C 错误;
小球离开C点以后,既有竖直向上的分速度,又有水平
分速度,小 球 做 斜 上 抛 运 动,水 平 方 向 做 匀 速 直 线 运
动,水平分速度与半圆槽的速度相同,所以小球一定还
会从C点落回半圆槽,D正确.]
13.解析:人跳到乙车上后,如果两车同向,甲车的速度小
于或等于乙车的速度就可以避免两车相撞
以人、甲车、乙车组成的系统为研究对象
由水平方向动量守恒得:
(m1+M)v-m2v0=(m1+m2+M)v′,
解得v′=1m/s
以人与甲车为一系统,人跳离甲车过程水平方向动量
守恒,得(m1+M)v=m1v′+Mu
解得u=38m/s
因此,只要人跳离甲车的速度u≥38m/s
就可避免两车相撞.
答案:大于等于38m/s
75
参考答案