内容正文:
第1讲 动量定理及其应用
(建议用时:30分钟)
题组一 对动量和冲量的理解
1.下列说法正确的是( D )
A.动量为零时,物体一定处于平衡状态
B.动能不变,物体的动量一定不变
C.物体所受合外力不变时,其动量一定不变
D.物体受到恒力的作用也可能做曲线运动
2.如果一物体在任意相等的时间内受到合力的冲量相同,则此物体的运动不可能是( A )
A.匀速圆周运动 B.自由落体运动
C.平抛运动 D.竖直上抛运动
3.(多选)科学家研发出一款乒乓球陪练机器人,该机器人能够根据发球人的身体动作和来球信息,及时调整球拍将球击回.若机器人将乒乓球以原速率斜向上击回,球在空中运动一段时间后落到对方的台面上,忽略空气阻力和乒乓球的旋转.下列说法正确的是( AC )
A.击球过程合力对乒乓球做功为零
B.击球过程合力对乒乓球的冲量为零
C.在上升过程中,乒乓球处于失重状态
D.在下落过程中,乒乓球处于超重状态
4.物理学科核心素养第一要素是“物理观念”,下列“物理观念”中正确的是( C )
A.做曲线运动的物体,动量的变化率一定改变
B.合力对物体做功为零,则合力的冲量也一定为零
C.做匀变速运动的物体,任意时间内的动量变化量的方向是相同的
D.做圆周运动的物体,经过一个周期,合力的冲量一定为零
题组二 动量定理的基本应用
5.(多选)如图所示,从P点以水平速度v将小皮球抛向固定在地面上的塑料筐,小皮球恰好能够入筐.不考虑空气阻力,则小皮球在空中飞行的过程中( AD )
A.在相等的时间内,皮球动量的改变量相同
B.在相等的时间内,皮球动能的改变量相同
C.下落相同的高度,皮球动量的改变量相同
D.下落相同的高度,皮球动能的改变量相同
6.如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,a、b、c、d位于同一圆周上,a点为圆周的最高点,d点为最低点.每根杆上都套着一个完全相同的小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a、b、c点无初速释放,关于它们下滑到d点的过程中,下列说法正确的是( C )
A.沿cd细杆下滑的滑环用时最长
B.重力对各环的冲量中沿ad的最小
C.弹力对各环的冲量中沿cd的最大
D.合力对各环的冲量大小相等
7.用水平力拉一物体,使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动,t1时刻撤去拉力F,物体做匀减速直线运动,到t2时刻停止.其速度—时间图像如图所示,且α>β,若拉力F做的功为W1,冲量大小为I1;物体克服摩擦阻力Ff做的功为W2,冲量大小为I2.则下列选项正确的是( D )
A.W1>W2,I1>I2
B.W1<W2,I1>I2
C.W1<W2,I1<I2
D.W1=W2,I1=I2
题组三 应用动量定理解决“流体模型”问题
8.某运动员在水上做飞行运动表演,他操控的喷射式悬浮飞行器将水带竖直送上来的水向下喷出,可以使运动员悬停在空中,如图所示.已知运动员与装备的总质量为90 kg,两个喷嘴的直径均为10 cm,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,则喷嘴处喷水的速度大约为( C )
A.2.7 m/s B.5.4 m/s
C.7.6 m/s D.10.8 m/s
9.2023年8月2日超强台风“卡努”登陆浙江,导致部分高层建筑顶部的广告牌损毁.台风“卡努”登陆时的最大风力为11级,最大风速为30 m/s.某高层建筑顶部广告牌的尺寸为高5 m、宽20 m,空气密度ρ=1.2 kg/m3,空气吹到广告牌上后速度瞬间减为0,则该广告牌受到的最大风力约为( B )
A.3.9×103 N B.1.1×105 N
C.1.0×104 N D.9.0×104 N
10.(多选)科研人员在太空进行实验,用质量为m的宇宙飞船去对接前方的火箭组,对接后整体保持匀速运动.然后开动飞船尾部的推进器,使飞船和火箭组共同加速.若推进器开动的时间为Δt,平均推力为F,测出飞船和火箭的速度变化为Δv,下列说法正确的是( BD )
A.飞船和火箭组的机械能守恒
B.火箭组的质量M=-m
C.飞船对火箭组的弹力大小为F
D.飞船对火箭组的弹力大小为F-m
11.灌浆机可以将涂料以速度v持续喷在墙壁上,涂料打在墙壁上后完全附着在墙壁上.涂料的密度为ρ,墙壁上涂料厚度每秒增加u,不计涂料重力的作用,则喷涂料对墙产生的压强为( A )
A.ρuv B.
C. D.
12.蹦床运动有“空中芭蕾”之称,某质量m=50 kg的运动员从距蹦床h1=1.25 m高处自由落下,接着又能弹起h2=1.8 m高,运动员与蹦床接触时间t=0.50 s,在空中保持直立,不计空气阻力, g取10 m/s2,求:
(1)运动员与蹦床接触时间内,所受重力的冲量大小I;
(2)运动员与蹦床接触时间内,受到蹦床平均弹力的大小F.
解析 (1)重力的冲量大小为I=mgt=50×10×0.50 N·s=250 N·s.
(2)设运动员下落h1高度时的速度大小为v1,则根据动能定理可得mgh1=mv,
解得v1=5 m/s;
设弹起时离开蹦床瞬间,运动员的速度大小为v2,
则根据动能定理可得-mgh2=0-mv,
解得v2=6 m/s;
取竖直向上为正方向,由动量定理有
(F-mg)t=mv2-(-mv1),
解得F=1 600 N.
答案 (1)250 N·s (2)1 600 N
13.2026年将举办第二十五届冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一.某滑道示意图如图所示,长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接,滑道BC高h=10 m,C是半径R=20 m圆弧的最低点.质量m=60 kg 的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度a=4.5 m/s2,到达B点时速度vB=30 m/s.重力加速度g取10 m/s2.
(1)求长直助滑道AB的长度L;
(2)求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小;
(3)若不计BC段的阻力,求运动员经过C点时所受支持力FN的大小.
解析 (1)根据匀变速直线运动公式v-v=2aL,
解得L==100 m.
(2)根据动量定理,
有I=mvB-mvA=1 800 N·s.
(3)运动员经过C点时,根据牛顿第二定律有FN-mg=m,
运动员在BC段运动的过程中,根据动能定理有mgh=mv-mv,
解得FN=3 900 N.
答案 (1)100 m (2)1 800 N·s
(3)3 900 N
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