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复习效果自测
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1.(多选)(2025·福建漳州市教学质检)如图为长泰天柱山景区
的大型摩天轮,游客A在座舱中随摩天轮在竖直平面内匀
速转动一周的过程中,下列说法正确的是( )
A.游客A的机械能不守恒
B.游客A通过最高点时重力功率最大
C.游客A受到合外力冲量为零
D.游客A对座椅的压力始终不变
AC
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解析:游客A做匀速圆周运动,动能不变,重力势能不断变化,机械能不守恒,故A正确;
游客A通过最高点时速度方向水平,与重力方向垂直,重力功率为零,故B错误;
游客A在座舱中随摩天轮匀速转动一周,初、末状态的动量均为mv,根据动量定理得I合=Δp=mv-mv=0,故C正确;
由于游客A做匀速圆周运动,合外力始终提供向心力,则游客A的加速度方向时刻改变,会出现不同程度的超重、失重现象,对座椅的压力大小会变化,故D错误。
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2.(多选)(2025·四川德阳市第一次诊断)摩托车、电动自行车骑乘人员应该佩戴具有缓冲作用的安全头盔,安全文明出行。遭遇事故时,头盔的缓冲层与头部的撞击时间延长,起到缓冲作用,则下列说法正确的是( )
A.头盔减小了骑乘人员头部撞击过程中的动量变化率
B.头盔减小了骑乘人员头部撞击过程中的动量变化量
C.头盔减少了骑乘人员头部撞击过程中撞击力的冲量
D.头盔对头部的冲量与头部对头盔的冲量等大反向
AD
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遭遇事故时,动量变化量Δp=mΔv不变,根据动量定理可知,头盔并没有减少驾驶员头部撞击过程中撞击力的冲量,故B、C错误;
根据I=F·Δt,由于头盔对头部的作用力与头部对头盔的作用力等大、反向,作用时间相同,所以事故中头盔对头部的冲量与头部对头盔的冲量等大、反向,故D正确。
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3.(2025·陕西宝鸡市二模)假设儿童足球质量为300 g,某次儿童足球比赛时足球迎面飞来的速度为5 m/s,脚与足球接触的时间大约为0.1 s,若以相同的速率将球反向踢回,则此过程中足球( )
A.动量变化量为0
B.动量变化量为30 kg·m/s
C.受到脚的平均冲击力大小约为30 N
D.受到脚的平均冲击力大小约为15 N
C
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解析:设足球弹回的方向为正方向,则足球动量变化量Δp=mv-(-mv)=2mv=3 kg·m/s,A、B错误;
根据动量定理FΔt=Δp可得受到脚的平均冲击力大小约为F=30 N,C正确,D错误。
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4.(2025·河南卷,T7)两小车P、Q的质量分别为mP和mQ,将它们分别与小车N沿直线做碰撞实验,碰撞前后的速度v随时间t的变化分别如图1和图2所示。小车N的质量为mN,碰撞时间极短,则( )
A.mP>mN>mQ
B.mN>mP>mQ
C.mQ>mP>mN
D.mQ>mN>mP
D
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解析:由题图可知三小车速度变化量的大小关系是ΔvP>ΔvN>ΔvQ,P碰撞N过程中两车组成的系统动量守恒,有mPvP+mNvN=mPvP′+mNvN′,则有mP(vP-vP′)=mN(vN′-vN),则速度变化量越大质量越小,则mP<mN,同理可知mN<mQ,故mQ>mN>mP,D正确。
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5.(2025·安徽马鞍山市第一次教学质检)如图所示,物块A、B静止在光滑水平地面上,A与轻弹簧相连,C沿水平面以一定初速度向右运动,与B碰后粘在一起,二者向右运动一小段距离后与弹簧接触,一段时间后与弹簧分离,则( )
A.A加速过程中,加速度越来越大
B.A、B、C共速时,B所受合力为0
C.A、B、C共速时,弹簧弹性势能最大
D.B、C碰撞过程中,B、C系统机械能守恒
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解析:A加速过程中,一开始弹簧压缩量逐渐增大,之后弹簧压缩量又逐渐减小,所以A受到的弹簧弹力先增大后减小,则A的加速度先增大后减小,故A错误;
A、B、C共速时,弹簧的压缩量达到最大,弹簧弹性势能最大,此时B、C整体受到的弹力不为0,B、C整体的加速度不为0,则B的加速度不为0,所受合力不为0,故B错误,C正确;
B、C碰后粘在一起,属于完全非弹性碰撞,所以B、C碰撞过程中,B、C系统机械能不守恒,故D错误。
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6.(2025·安徽芜湖市期末)根据交通法规,电动自行车驾驶
人和乘坐人员须佩戴安全头盔。头盔可以吸收撞击的能量,
再加上安全头盔内的缓冲材料,大大降低了驾驶者受到伤
害的程度。如图所示,对某种头盔材料进行测试,已知该材料质量为M,其上表面为坚硬层,下部分为缓冲层(受力后发生明显形变),放在水平桌面上,用质量为m的重物以速率v竖直向下落在材料的上表面上,碰撞时间极短,重物以0.8v的速率反向弹回,已知头盔材料在受到撞击后在桌面上向下挤压的缓冲时间为t,然后静止不动,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
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解析:在撞击过程中,以竖直向上为正方向,对重物根据动量定理可得I合=Δp=m·0.8v-(-mv)=1.8mv,可知重物所受合外力的冲量大小为1.8mv,故A错误;
在撞击过程中,碰撞时间极短,重物受到重力的冲量大小几乎为0,可以忽略不计,故B错误;
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从开始抛球到最终结束,根据Mv1=(M+m)v2,若v甲<v乙,说明甲是最终的持球人,若v甲>v乙,说明乙是最终的持球人,但是不能确定开始的持球人是谁,C正确,D错误。
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9.(2025·北京卷,T17)某物体以一定初速度从地面竖直向上抛出,经过时间t到达最高点。在最高点该物体炸裂成A、B两部分,质量分别为2m和m,其中A以速度v沿水平方向飞出。重力加速度为g,不计空气阻力。求:
(1)该物体抛出时的初速度大小v0;
解析:物体竖直上抛至最高点时速度为0
由运动学公式0=v0-gt
可得v0=gt。
答案:gt
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(2)炸裂后瞬间B的速度大小vB;
解析:爆炸瞬间水平方向动量守恒,爆炸前总动量为0,爆炸后A速度为v,
由动量守恒定律得0=2m·v+m·vB
解得vB=-2v,即大小为2v。
答案:2v
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(3)A、B落地点之间的距离d。
解析:根据竖直上抛运动的对称性可知下落时间与上升时间相等为t,则A的水平位移xA=vt
B的水平位移xB=vBt=-2vt
所以落地点A、B之间的距离
d=|xA|+|xB|=vt+2vt=3vt。
答案:3vt
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(1)A、B碰撞后瞬间,B的速度大小;
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(2)弹簧压缩量最大时,弹簧的弹性势能。
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