专题30 动量　动量定理 讲义-2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习讲义聚焦动量、冲量及动量定理核心考点，按基础回顾、题型分类（理解辨析、定理应用、流体问题、图像结合）、例题精讲、课时精练的逻辑架构展开，通过考点梳理、方法指导（如流体类微元建模）、真题训练等环节，帮助学生构建知识网络，突破高考高频难点。 资料以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，设计流体类问题“柱状模型”分析、图像问题F-t面积解读等教学活动，配合基础巩固、能力提升、综合应用分层练习，精准对接高考命题规律，助力学生高效掌握解题方法，为教师把控复习节奏提供系统教学支持。

专题30 动量　动量定理 题型一 对动量、冲量的理解 2 题型二 动量定理的理解及应用 6 题型三 应用动量定理处理“流体类”问题 9 题型四 动量定理与图像问题结合 15 课时精练 18 【基础回顾】 一、动量 1．动量 (1)定义：运动物体的质量和速度的乘积。 (2)公式：p＝mv。 (3)单位：千克米每秒，符号是kg·m/s。 (4)矢量性：方向与速度的方向相同，运算遵循平行四边形定则。 2．动量变化量 (1)定义：物体在某段时间内末动量和初动量的矢量差(也是矢量)。 (2)动量变化量的计算 ①动量始终保持在一条直线上时的运算：选定一个正方向，动量、动量的变化量用带正、负号的数值表示，Δp＝p′－p。 ②当初、末动量不在一条直线上时，用平行四边形定则或三角形定则计算，如图所示。 二、动量定理 1．冲量 (1)定义：力与力的作用时间的乘积。 (2)公式：I＝FΔt。 (3)单位：牛顿秒，符号是N·s。 (4)矢量性：方向与_力的方向__相同。 (5)物理意义：反映力的作用对时间的积累效应。 2．动量定理 (1)内容：物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合力的冲量。 (2)表达式：mv′－mv＝F合t或p′－p＝F合t。 题型一 对动量、冲量的理解 1．动能、动量、动量变化量的比较 动能 动量 动量变化量 特点 状态量 状态量 过程量 关联方程 Ek＝，Ek＝pv，p＝，p＝ 联系 若物体的动能发生变化，则动量一定也发生变化，但动量发生变化时动能不一定发生变化 2．冲量的计算 (1)恒力的冲量：直接用定义式I＝Ft计算。 (2)变力的冲量 ①平均力法：若力的大小随时间均匀变化且力的方向不变，即力与时间是一次函数关系，则力F在某段时间t内的冲量I＝t，其中F1、F2为该段时间内初、末两时刻力的大小。 ②F－t图像法：在F－t图像中，图线与t轴所围的“面积”即为变力的冲量。如图所示。 ③动量定理法：对于已知始、末时刻动量的情况，可用动量定理求解，即通过求动量变化量间接求出冲量。 【例题精讲】 1．下列说法正确的是（　　） A．一对相互作用力的总冲量一定为零 B．一对相互作用的摩擦力的总功一定为零 C．物体动量变化量为负，则物体动量大小在减小 D．力冲量的正负表示方向，力做功的正负表示大小 2．水平抛出一石子，忽略空气阻力，在石子运动过程中，下列说法中正确的个数为（　　） ①石子运动的时间与抛出时的速度大小有关 ②石子可能垂直落在水平地面上 ③石子的速度变化率恒定 ④在相同时间内，石子速度变化量相同 ⑤在相同时间内，石子动量变化量相同 ⑥在相同时间内，石子动能变化量相同 ⑦在相同时间内，石子重力做功的平均功率相同 A．7个 B．5个 C．3个 D．1个 3．某“失重”餐厅的传菜装置如图所示，运送菜品的小车沿等螺距轨道向下匀速率运动，该轨道各处弯曲程度相同，在此过程中，小车（　　） A．机械能保持不变 B．所受合力不为零 C．处于失重状态 D．动量保持不变 4．如图所示为2026年春晚节目《武BOT》机器人表演时的情景。机器人在水平地面加速奔跑过程中，下列说法正确的是（　　） A．机器人所受的合力为零 B．机器人所受重力的冲量不为零 C．地面对机器人的支持力做正功 D．机器人所受地面的作用力方向竖直向上 5．如图所示，物块在恒定拉力F作用下沿固定斜面向上加速运动，则（　　） A．支持力的冲量等于零 B．拉力F的冲量沿斜面向上 C．拉力F的冲量等于物块的动量变化量 D．物块动量变化量的方向沿斜面向上 6．萍乡市上栗县是“中国烟花爆竹之乡”，现有上栗县生产的某烟花筒，结构如图1所示。其工作原理为：点燃引线，引燃发射药燃烧发生爆炸，礼花弹获得一个竖直方向的初速度并同时点燃延期引线，当礼花弹到最高点时，延期引线点燃礼花弹并炸开形成漂亮的球状礼花。现假设某礼花弹在最高点炸开成a、b两部分，速度均为水平方向。炸开后a、b的轨迹图如图2所示。不计空气阻力，则（　　） A．炸开后a、b处于最高点时，a、b两部分的动能之比为1∶3 B．炸开后a、b处于最高点时，a、b两部分的动量大小之比为1∶3 C．从炸开到两部分落地的过程中，a、b两部分所受重力的冲量之比为3∶2 D．a、b两部分落地时的重力功率之比为1∶2 7．如图，质量为的带电小球，只在重力作用下由静止从空间的点自由下落，经时间到达正下方的点时，突然加上一个大小未知的竖直向上的匀强电场，在电场力和重力作用下，又经带电小球恰好又通过点。重力加速度为，在此运动过程中（　　） A．小球电场力的冲量大小为 B．小球返回到点的速度大小为 C．小球的机械能增加了 D．小球在点的电势能大于它在点的电势能 8．（多选）如图，倾角为足够长的光滑绝缘斜面处于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，磁感应强度为B。可视为质点的小球质量为m，带电量为，以平行于斜面的初速度从斜面底端O点向上滑行，一段时间后小球从C点（图上未标出）离开斜面。已知，重力加速度为g，整个运动过程中小球带电量保持不变，下列分析正确的是（　　） A．磁场方向垂直纸面向里 B．O与C间距离为 C．小球离开斜面之前的过程中斜面对小球弹力的冲量大小为 D．小球离开斜面后相对O点能够上升的最大高度为 9．（多选）雨滴在下落过程中所受的阻力是随速度变化而变化的。某物理兴趣小组的同学在AI工具的帮助下了解到，较小的雨滴（半径小于0.1mm）在初始加速下落阶段所受的空气阻力仅与雨滴的速率成正比，而与雨滴的质量无关，即；当阻力增大至与重力平衡时，雨滴达到收尾速度，此时雨滴受到的空气阻力将与速率的平方成正比，即。该小组的同学尝试通过实验验证雨滴在下落过程中的动力学关系。他们在足够深的竖直圆筒内注满一定浓度的液体模拟高空中的空气，用质量分别为和的甲、乙两球模拟雨滴，将两球从液面处同时由静止释放，用速度传感器得到两球的图像如图所示，经时间两球的速度都已达到各自的稳定值和。下列判断正确的是（　　） A． B．时间内两球下落的高度相等 C．时间内乙球所受“空气阻力”的冲量更大 D．时间内两球间距增大，且增大得越来越快 10．（多选）如图甲所示，质量为2kg的薄木板B静止在光滑的水平地面上，质量为1kg的物块A静止在B的右端。t=0时刻起，对B施加一水平向右的作用力F，其大小随时间t变化关系如图乙所示，t=3s时撤去F。已知A与B之间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A始终未脱离B，取g=10m/s2。下列说法正确的是（　　） A．t=2.5s时A与B未发生相对滑动 B．0~2s内摩擦力对A的冲量大小为4kg⋅m/s C．t=2s时，B的速度大小为2m/s D．t=3s时，A的速度大小为4m/s 题型二 动量定理的理解及应用 1.对动量定理的理解 (1)动量定理的表达式是矢量式，列式时要注意各个量与规定的正方向之间的关系(即要注意各个量的正、负)。 (2)动量定理中的冲量是合外力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，也可以是各力冲量的矢量和，还可以是外力在不同阶段的冲量的矢量和。 (3)应用动量定理可以只研究一个物体，也可以研究几个物体组成的系统。 (4)当用动量定理研究系统时，初态的动量p是系统各部分动量之和，末态的动量p′也是系统各部分动量之和。 (5)对系统各部分的动量进行描述时，应该选取同一个参考系，不然求和无实际意义。 【例题精讲】 1．如图所示为某款运动跑鞋宣传图，图片显示：“该款鞋鞋底采用EVA材料，能够有效吸收行走或运动时的冲击力，保护双脚免受伤害”。对于该款鞋，下列说法正确的是（　　） A．缩短双脚与鞋底的冲击时间，从而减小合力对双脚的冲量 B．延长双脚与鞋底的冲击时间，从而减小合力对双脚的冲量 C．延长双脚与鞋底的冲击时间，从而减小鞋底对双脚的平均冲击力 D．缩短双脚与鞋底的冲击时间，从而减小鞋底对双脚的平均冲击力 2．如图甲所示，在拉力传感器的下端竖直悬挂一个弹簧振子，拉力传感器可以实时测量弹簧弹力大小。图乙是小球简谐运动时传感器示数随时间变化的图像，时小球处于平衡位置，已知重力加速度，下列说法正确的是（    ） A．小球的质量为0.8，振动的周期为8s B．0~2s内，小球受回复力的冲量大小为0 C．3s~4s和4s~5s内，小球受回复力的冲量相同 D．1s~3s内，小球受回复力的冲量大小为0 3．新能源电动汽车具有使用成本低、节约能源、减少废气排放等诸多优点。某次新能源汽车性能测试中，汽车沿水平方向由静止开始做直线运动，传感器采集的水平牵引力随时间变化的数据如图所示。已知汽车质量为2000kg，18s后汽车开始做匀速运动，设汽车所受阻力恒定。则汽车在18s后匀速运动的速度为（    ） A．24m/s B．36m/s C．54 m/s D．72 m/s 4．如图所示，有一段截面积为S的弯曲水管被固定在水平地面上，转弯处偏离原方向θ角。若管内水流速度大小为v，水的密度为ρ，管内壁光滑，则水流对转弯处冲击力的大小为（　　） A． B． C． D． 5．某研究机构利用力传感器研究蹦床过程。传感器采集了某运动员在一次蹦床过程中对蹦床的压力随时间变化的关系，利用计算机绘制出图像如图所示。运动员视为质点，不考虑空气阻力，重力加速度。则时间内图线与横轴围成的阴影面积约为（　　） A． B． C． D． 6．排球比赛中，甲同学在处将排球以水平击出，乙同学在离地处将排球垫起，排球被垫起后以原速率反弹，方向与垫球前瞬间的速度方向相反。已知，排球的质量为，不计空气阻力，则关于此排球的运动下列说法正确的是（　　） A．排球被甲同学击出后在空中飞行时间为 B．排球击出点与垫球点的水平距离为 C．排球被乙同学垫起过程中所受合力的冲量大小为 D．排球被乙同学垫起过程中所受合力做功为 7．蹦床运动中，体重为60kg的运动员在t=0时刚好落到蹦床上，对蹦床作用力大小F与时间t的关系如图所示。假设运动过程中运动员身体始终保持竖直，在其不与蹦床接触时蹦床水平。忽略空气阻力，重力加速度取10m/s2。下列说法正确的是（　　） A．t=0.15s时运动员的机械能最大 B．t=0.30s时运动员的速度大小为20m/s C．t=1.30s时运动员距蹦床的高度为5m D．0-0.30s内，运动员对蹦床的平均作用力大小为4000N 8．（多选）如图为一根弹性轻绳，它的一端固定在O点，让该轻绳自然下垂时，其末端刚好位于P点。现在轻绳末端系一质量为m的小球（可视为质点），将小球从A点静止释放，小球沿直线运动，经P点后到达最低点B。整个过程中弹性绳始终在弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度大小为g。若小球从A点运动到B点的时间为t，下列说法正确的是（　　） A．小球在P点时速度最大 B．小球从P点到B点的过程中，弹性绳的弹性势能一直增大 C．小球从A点到B点，重力势能减少量大于轻绳弹性势能增加量 D．小球从A点到B点，小球所受轻绳拉力的冲量大小为mgt 9．（多选）如图甲所示，足够长的光滑斜面上固定有物块a、b，物块相互接触但不粘连，斜面与水平面之间的夹角α = 30°。t = 0时刻，将a、b解除固定，同时分别对a、b施加沿斜面向上的力F1、F2，力F1、F2随时间t变化的关系如图乙所示。已知a、b的质量分别为m1 = 1kg，m2 = 2kg，取重力加速度g = 10m/s2。下列说法正确的是（   ） A．t = 1s时，a对b的作用力大小为8N B．t = 3.5s时，a对b的作用力大小为零 C．0 ~ 5s时间内，a对b的作用力的冲量大小为25N·s D．0 ~ 5s时间内，a、b组成的系统的机械能增加量为90J 10．（多选）两个质量相同的物体、并排静止在水平面上，与水平面间的动摩擦因数分别为、，用同向水平拉力、分别作用于物体和上，一段时间后撤去，两物体各自滑行一段距离后停止运动。物体、运动的速度-时间图像分别如图中图线①、②所示，已知拉力、分别撤去后，物体做减速运动过程的速度-时间图像彼此平行（相关数据已在图中标出）。由图中信息可以得出（   ） A．两个拉力之比为 B．两个物体、与水平面间的动摩擦因数之比为 C．两个拉力对物体、的冲量之比为 D．两个拉力对物体、所做的功之比为 题型三 应用动量定理处理“流体类”问题 应用动量定理处理“流体类”问题 研究对象 流体类：液体流、气体流等，通常已知密度ρ 微粒类：电子流、光子流、尘埃等，通常给出单位体积内粒子数n 分析步骤 ①构建“柱状”模型：沿流速v的方向选取一小段柱体，其横截面积为S. ②微元 研究 小段柱体的体积ΔV＝vSΔt 小段柱体质量m＝ρΔV＝ρvSΔt 小段柱体粒子数N＝nvSΔt 小段柱体动量p＝mv＝ρv2SΔt ③列出方程，应用动量定理FΔt＝Δp研究 【例题精讲】 1．高压水枪在清洗地面等场景中应用广泛．某高压水枪枪口横截面积为，已知水的密度为，若喷水时枪口处水速，则枪口每秒喷出的水为（    ） A． B． C． D． 2．在海口某学校科技节活动中，高二年级开展的水火箭制作和发射比赛现场吸引了众多师生围观。水火箭原理如图甲所示，发射时利用压缩空气把水从火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，火箭受到反冲作用而高速升空。右图是某同学发射水火箭的精彩瞬间，若发射过程中水火箭将壳内0.5kg的水以相对地面30m/s的速度在0.5s时间内快速喷出，则火箭箭体受到的推力约为（　　） A．15N B．150N C．25N D．300N 3．离子推进器是用电场将等离子加速后喷出而获得前进动力的，如图所示：进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），间电压为，使正离子加速形成离子束。已知每个正离子质量为，电荷量为，单位时间内飘入的正离子数目为，则在加速过程中推进器获得恒定的推力为（　　） A． B． C． D． 4．如图风光互补环保路灯的主要构件有：风力发电机、单晶硅太阳能板、额定电压48V容量200Ah的储能电池、功率60W的LED灯。已知该路灯平均每天照明10h，1kg标准煤完全燃烧可发电，排放二氧化碳2.6kg。设风恰好与发电机叶片转动平面垂直，则（　　） A．若空气密度为，风速为，叶片长为，则单位时间内通过转动圆面的空气质量为 B．风力发电机的叶片受到风的平均冲击力大小与风速成正比 C．路灯正常运行1年，可减少二氧化碳排放量约为203kg D．储能电池充满电后，即使连续三周无风且阴雨，路灯也能正常工作 5．在研究城市交通拥堵问题时，常引入车流量Q、车流密度ρ和车流速度v三个物理量进行研究。已知车流量是指单位时间内通过车道某一横截面的车辆数，车流密度是指单位长度路段内的车辆数，车流速度是指车辆行驶的速度。在平直单排车道内，驾驶员会根据车流密度自动调整车速，车速与车流密度满足的规律为，车辆首尾相接排队时，车流密度达到最大值，为道路允许行驶的最大速度。下列说法正确的是（　　） A．车流量Q可表示为 B．车流量Q的最大值为 C．当车流密度ρ达到最大值时，车流量Q最大 D．车流量Q越大的路段，车流速度v越大 6．消防水龙头的喷嘴每秒钟内流出的水量，已知喷嘴的横截面积，水的密度 ，消防员将喷嘴方向调整为与水平面夹角，水柱在最高处正好到达着火位置，设水在最高点与着火物撞击后速度变为零，忽略空气阻力，g取，cos53°=0.6，则水在最高点对着火物的冲击力为（　　） A．72N B．96N C．120N D．144N 7．如图所示，由高压水枪中竖直向上喷出的水柱，将一个开口向下的小铁盒顶在空中。已知密度为ρ的水柱以恒定速率从水枪中持续喷出，向上运动并以速率冲击小铁盒，且冲击小铁盒时水柱横截面积为S，并以速率v竖直返回（不考虑水之间的碰撞）。水与铁盒作用时这部分水所受重力可忽略不计，则水对铁盒的平均作用力大小为（    ） A． B． C． D． 8．（多选）霍尔推进器工作原理简化如图所示，放电通道两端的电极、间存在一加速电场。工作时，工作物质氙气进入放电通道后被电离为氙离子，再经电场加速喷出，形成推力。若某次试验中有的氙气被电离，氙离子从右端喷出电场的速度，其比荷。氙离子进入通道的初速度视为，忽略重力及阻力。当推进器产生的推力达到毫牛时（毫牛牛顿），下列判断正确的是（　　） A．每秒进入放电通道的氙气质量为 B．每秒进入放电通道的氙气质量为 C．氙离子向外喷射形成的电流为3.84 A D．氙离子向外喷射形成的电流为4.00 A 9．（多选）一项新型娱乐项目“娱乐风洞”，是在一个特定的空间内通过风机制造的气流把人“吹”起来，使人产生在天空翱翔的感觉。其简化模型如图所示，一质量为m的游客恰好悬浮在直径为d的圆柱形竖直风洞内，已知气流密度为，游客受风面积（游客在垂直风力方向的投影面积）为S，风洞内气流竖直向上“吹”出且速度恒定，重力加速度为g。假设气流吹到人身上后速度变为零，则下列说法正确的是（　　） A．气流速度大小为 B．单位时间内流过风洞内横截面的气体体积为 C．若风速变为原来的，游客开始运动时的加速度大小为 D．若风速变为原来的，游客开始运动时的加速度大小为 10．（多选）我国自主研制的“天帆一号”成功验证了多项太阳帆关键技术。光射到物体表面时，对单位面积产生的压力叫光压，太阳帆飞船可利用光压作为动力航行。若太阳帆飞船仅受太阳引力和光压提供的动力沿半径方向匀速远离太阳，距离太阳r处的太阳帆单位面积接收太阳光辐射的功率为P（P仅与距离r平方成反比），帆面始终与光线垂直，照射到太阳帆的光子全部垂直于帆面以原速率反弹。已知太阳帆飞船质量为m，太阳质量为M，万有引力常量为G，普朗克常量为h，光的频率为，真空中光速为c，太阳帆飞船速度远小于光速。下列说法正确的是（    ） A．距离太阳r处，太阳帆在单位时间单位面积内接收到的光子数为 B．距离太阳r处，太阳帆受到的光压为 C．距离太阳r处，太阳帆的展开面积为 D．太阳帆飞船匀速远离太阳的过程中，需逐渐增大太阳帆的展开面积 题型四 动量定理与图像问题结合 【例题精讲】 1．一物体在合外力作用下由静止开始做直线运动，与时间的关系图像如图所示，由图像可知（　　） A．时物体速度最大 B．时与时物体动能相同 C．物体相对于出发点的位移先增大后减小 D．0~1s与1~2s内F做功相等 2．如图甲所示，将压力传感器固定在水平气垫导轨右侧，滑块置于导轨上方。轻推滑块，使其从左端向右运动。滑块与压力传感器碰撞时，传感器记录的压力随时间的变化关系如图乙所示。根据图乙数据，可估算碰撞过程中滑块动量变化量的大小约为（　　） A． B． C． D． 3．篮球从离地一定高度处静止释放，与地面碰撞后反弹上升到最高点的过程中，所受空气阻力大小与速度大小成正比，碰撞过程无能量损失，篮球在该过程中的图像可能是（　　） A． B． C． D． 4．某物体在运动过程中只受到力的作用，物体的速度随时间变化的图像如图所示。已知在时刻，物体的速度为零。则下列说法中正确的是（　　） A．在内，力所做的功等于零，冲量也等于零 B．在内，力所做的功等于零，冲量也等于零 C．第1s内和第2s内的速度方向相同，速度的变化率方向相同 D．第3s内和第4s内动量的变化率大小相同，方向相反 5．一物块静止在粗糙水平地面上，0~4s内所受水平拉力随时间的变化关系图像如图甲所示，0~2s内速度—时间图像如图乙所示，取重力加速度g=10m/s2，关于物块的运动。下列说法正确的是（　　） A．前2s内拉力做的功为12J B．前4s内拉力的冲量为 C．前4s内物块一直在运动 D．物块在4s末减速为零 6．风洞是用人工产生可以控制的气流，模拟物体周围气体的流动，研究物体在气体中的运动规律。在风洞实验室中，先后两次将同一物体以相同的初速度v0竖直向上抛出并落回抛出点，第一次的空气阻力大小与速率成正比，物体运动的v-t图像如图甲所示，物体在t2时刻落回抛出点，落回时速率为v1；第二次的空气阻力大小恒定，物体运动的v-t图像如图乙所示，物体在t4时刻落回抛出点，落回时速率也为v1。则t2与t4的大小关系正确的是（　　） A． B． C． D．条件不足，无法判断 7．一质量为m的小球从地面竖直上抛，在运动过程中小球受到的空气阻力与速率成正比。它从抛出到落地过程中动量随时间变化的图像如图所示。已知重力加速度为g，则下列说法正确的是（    ） A．小球时刻刚好落地 B．小球在运动过程中加速度最大为2g C．小球从抛出到落地的总时间为 D．小球上升和下降过程中阻力的冲量大小不相等 8．（多选）质量为m的小球在光滑水平面上以一定速度垂直撞击竖直墙壁，用传感器测出墙壁所受冲击力大小随时间变化的曲线如图所示，图像显示时刻冲击力最大为，其左侧和右侧的面积分别为和，已知，下列说法正确的有（     ） A．撞击过程中冲击力先变大后变小 B．撞击过程为弹性碰撞 C．撞击前后小球动量改变量的大小为 D．撞击前后小球动能变化量为 9．（多选）汽车的安全气囊是有效保护乘客的装置。如图甲，在安全气囊的性能测试中，质量为m=5kg的头锤从离气囊表面正上方高H=5m处做自由落体运动，与气囊发生碰撞后反向弹起，以头锤碰到气囊表面为计时零点，气囊对头锤竖直方向作用力F随时间t的变化如图乙所示，重力加速度g=10m/s2，忽略空气阻力的影响。则下列说法正确的是（　　） A．头锤与气囊作用过程中头锤先失重后超重 B．碰撞结束后头锤上升的最大高度为0.2m C．碰撞过程头锤动量变化量大小为40kg·m/s D．气囊对头锤在竖直方向的作用力最大值为1100N 10．（多选）如图甲所示，光滑水平面上两物块A、B用轻质橡皮绳水平连接，橡皮绳恰好处于原长。时，A以水平向左的初速度开始运动，B的初速度为0，A、B运动的图像如图乙所示。已知A的质量为m，时间内B的位移为，时二者发生碰撞并粘在一起，则（　　） A．B的质量为2m B．橡皮绳的最大弹性势能为 C．橡皮绳的原长为 D．时间内橡皮绳对B的平均作用力大小为 课时精练 一、单选题 1．在驾驶汽车时必须系好安全带，因为在紧急情况下急刹车，汽车速度会在很短时间内减小为零，关于安全带在此过程中的作用，下列说法正确的是（　　） A．延长了司机的受力时间 B．减少了刹车前后司机动量的变化量 C．增加了司机所受的冲量 D．将司机的动能全部转换成汽车的动能 2．一质量为的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动。F随时间t变化的图线如图所示，已知物块与地面间的动摩擦因数为，重力加速度g取。则（　　） A．时物块的动量大小为 B．时物块的速度大小为，方向向右 C．时间内F对物块的冲量大小为 D．时间内物体的位移为 3．汽车安全性能是如今衡量汽车品质的重要标志，安全气囊是否爆开、安全带是否发挥作用、挡风玻璃是否破碎等都是汽车碰撞实验中技术人员需要查看的数据。如图所示，在某次汽车正面碰撞测试中，汽车以72km/h的速度发生碰撞。车内假人的质量为50kg，使用安全带时，假人用时0.8s停下；不使用安全带时，假人与前方碰撞，用时0.2s停下。以下说法正确的是（    ）    A．碰撞过程中，汽车和假人的总动量守恒 B．不使用安全带时，假人动量变化量较大 C．使用安全带时，假人受到的平均作用力约为1250N D．不使用安全带时，假人受到的平均作用力约为2500N 4．如图所示，弹簧振子的平衡位置为O点，小球在B、C两点之间做简谐运动，B点与C点相距20cm。小球经过B点时开始计时，经过2s首次到达C点。下列说法正确的是（　　） A．弹簧振子做简谐运动的周期为2s B．0~3s内，小球通过的路程为0.1m C．0~2s内，弹簧弹力对小球始终做负功 D．0~1s内和1~2s内，小球所受弹簧弹力的冲量大小相等 5．场致发射显微镜是一种能够实现原子成像的超级显微镜，能鉴别小到0.1纳米的距离，放大率可达几百万倍，其结构简图如图所示。将待测样品制成极细的针尖，针尖半径r可小至几十纳米。将针尖置于半径为R（R≫r）的真空玻璃泡中心，玻璃泡内壁涂有荧光导电层，针尖与荧光屏之间加高压U（荧光屏接地），在强电场作用下针尖表面就会发射电子。针尖表面某处电场越强，该处发出的电子越多。从针尖表面各点发出的电子，沿电场线飞向内壁，把针尖表面的原子结构信息直接投影放大到荧光屏上成像。针尖越尖，表面上相邻两点在屏上投影的张角越大。忽略相对论效应及电子间相互作用。下列说法正确的是（　　） A．仅增大样品针尖半径r，可增强电子发射电流 B．电子沿电场线运动过程中，其动量随时间的变化率不变 C．仅增加高压U，可获得放大倍率更高的图像 D．仅增大内壁半径R，可获得放大倍率更高的图像 6．某同学为了探究排球在下落过程中所受的空气阻力，将一质量为m的排球放在运动传感器的正下方由静止释放，得到排球落地前下落的速度v随时间t的变化图像如图所示，t1时刻排球恰好落地。重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．排球下落过程处于超重状态 B．排球下落的距离为 C．排球下落过程中所受空气阻力的大小为 D．排球下落过程中所受空气阻力冲量的大小为mv1 7．如图甲所示，轻杆一端与一小球相连，另一端连在处光滑固定轴上。现使小球在竖直平面内做匀速圆周运动，到达某一位置开始计时，取水平向右为正方向，小球沿轴上的分速度随时间的变化关系如图乙所示。已知小球可视为质点，质量为，重力加速度大小，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．轻杆的长度为 B．图乙中阴影部分面积大小为 C．小球在最高点时，杆对球的作用力大小为 D．在时间段内小球合外力的冲量大小为 二、多选题 8．（多选）汽车安全性能是当今衡量汽车品质的重要指标。汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能最有效的方法。汽车发生碰撞时，关于安全气囊对驾驶员的保护作用，下列说法正确的是 （　　） A．改变了驾驶员的惯性 B．减小了驾驶员的动量变化率 C．减小了驾驶员受到的冲力 D．减小了驾驶员的动量变化 9．（多选）如图（a）所示，一个质量的物块静止在水平面上，现用水平力向右拉物块，的大小随时间变化关系如图（b）所示。已知物块与水平面间的动摩擦因数，重力加速度大小，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（　　） A．内，重力的冲量大小为 B．内，摩擦力冲量大小为 C．4s末，物块的速度大小为 D．4s末，物块的速度大小为 10．（多选）如图为水流导光实验，已知出水口的横截面积为，出水口中心到水池水面的竖直高度为0.8m，水柱在水面的落点中心到出水口的水平距离为0.4m，水的密度为，g取10m/s2。假设水落到水面后竖直速度立即减为0，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．水离开出水口时的速度大小为0.5m/s B．水离开出水口时的速度大小为1.0m/s C．落水对水面竖直方向的冲击力大小为0.12N D．落水对水面竖直方向的冲击力大小为1.2N 三、解答题 11．使用高压水枪作为切割机床的切刀具有独特优势，得到广泛应用，如图所示，若水柱截面为S，水流以速度v垂直射到被切割的钢板上，之后水速变为反向0.5v，已知水的密度为ρ，求： （1）单位时间内射到钢板上水的质量； （2）水对钢板的冲击力大小。 12．如图甲所示为滑雪运动员的一种训练设施，足够长的滑道倾角，滑道上有一名质量kg的运动员（含滑板）通过轻绳与电动机相连，轻绳对运动员的拉力F随时间变化的关系如图乙所示。时刻，运动员由静止出发，沿滑道做直线运动，已知运动员的滑板与滑道间的动摩擦因数，重力加速度g取10m/s2，，。求： (1)时，运动员的速度大小； (2)1~3s内拉力F的冲量大小； (3)运动员从开始运动到最低点所用的时间。 13．国家要求:新型汽车上市前必须进行碰撞测试。某型号试验汽车在平直路面上测试，以额定功率启动，加速运行直到匀速行驶，在离固定障碍物处关闭发动机匀减速行驶，最后与障碍物发生正碰，碰撞后停止。已知实验汽车质量为，行驶过程中所受阻力恒为车重的0.2倍，重力加速度取。碰撞过程中仅考虑障碍物对汽车的冲击力。求： (1)汽车匀速行驶的速度大小； (2)汽车与障碍物正碰前瞬间的速度； (3)汽车与障碍物正碰时所受平均冲击力的大小。 14．冬季，鸬鹚南飞入驻环境宜人的厦门，栖息于筼筜湖等水域。如图甲，一质量为的鸬鹚观察到猎物后在低空由静止开始竖直向下加速俯冲，入水后做减速直线运动。整个运动过程的图像如图乙所示，已知鸬鹚入水瞬间的速度大小为，在空中俯冲时受到的阻力，重力加速度大小取，求： (1)鸬鹚加速过程中加速度的大小； (2)鸬鹚加速过程的时间及位移的大小； (3)过程中水对鸬鹚作用力的冲量大小。 15．下雨时，为什么蚊子不会被雨滴砸死？科学家研究发现蚊子被雨滴击中时并不抵挡雨滴，而是很快与雨滴融为一体，随后迅速侧向微调与雨滴分离。已知蚊子的质量为m，飘浮在空气中（速度为零）；雨滴质量为nm，雨滴所受空气阻力与下落速度成正比，比例系数为k，击中蚊子前，雨滴已经匀速竖直下落，蚊子与雨滴融为一体时间为，蚊子重力不计。求： （1）蚊子与雨滴融为一体后，蚊子的速度大小v； （2）蚊子与雨滴融为一体的过程中，蚊子受到的平均作用力F。 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题30 动量　动量定理 题型一 对动量、冲量的理解 2 题型二 动量定理的理解及应用 11 题型三 应用动量定理处理“流体类”问题 16 题型四 动量定理与图像问题结合 26 课时精练 35 【基础回顾】 一、动量 1．动量 (1)定义：运动物体的质量和速度的乘积。 (2)公式：p＝mv。 (3)单位：千克米每秒，符号是kg·m/s。 (4)矢量性：方向与速度的方向相同，运算遵循平行四边形定则。 2．动量变化量 (1)定义：物体在某段时间内末动量和初动量的矢量差(也是矢量)。 (2)动量变化量的计算 ①动量始终保持在一条直线上时的运算：选定一个正方向，动量、动量的变化量用带正、负号的数值表示，Δp＝p′－p。 ②当初、末动量不在一条直线上时，用平行四边形定则或三角形定则计算，如图所示。 二、动量定理 1．冲量 (1)定义：力与力的作用时间的乘积。 (2)公式：I＝FΔt。 (3)单位：牛顿秒，符号是N·s。 (4)矢量性：方向与_力的方向__相同。 (5)物理意义：反映力的作用对时间的积累效应。 2．动量定理 (1)内容：物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合力的冲量。 (2)表达式：mv′－mv＝F合t或p′－p＝F合t。 题型一 对动量、冲量的理解 1．动能、动量、动量变化量的比较 动能 动量 动量变化量 特点 状态量 状态量 过程量 关联方程 Ek＝，Ek＝pv，p＝，p＝ 联系 若物体的动能发生变化，则动量一定也发生变化，但动量发生变化时动能不一定发生变化 2．冲量的计算 (1)恒力的冲量：直接用定义式I＝Ft计算。 (2)变力的冲量 ①平均力法：若力的大小随时间均匀变化且力的方向不变，即力与时间是一次函数关系，则力F在某段时间t内的冲量I＝t，其中F1、F2为该段时间内初、末两时刻力的大小。 ②F－t图像法：在F－t图像中，图线与t轴所围的“面积”即为变力的冲量。如图所示。 ③动量定理法：对于已知始、末时刻动量的情况，可用动量定理求解，即通过求动量变化量间接求出冲量。 【例题精讲】 1．下列说法正确的是（　　） A．一对相互作用力的总冲量一定为零 B．一对相互作用的摩擦力的总功一定为零 C．物体动量变化量为负，则物体动量大小在减小 D．力冲量的正负表示方向，力做功的正负表示大小 【答案】A 【详解】A．相互作用力总等大反向，同时存在，根据冲量的定义，可知一对相互作用力的冲量大小相等，方向相反，故总冲量一定为零，故A正确； B．相互作用力发生的位移不一定相同，故一对相互作用的摩擦力的总功不一定为零，故B错误； C．动量变化量是矢量，负号代表与规定的正方向相反，并不代表动量在减小，故C错误； D．冲量是矢量，正负表示方向，功的正负表示力作用的效果，正功表示动力做功，负功表示阻力做功，故D错误。 故选 A。 2．水平抛出一石子，忽略空气阻力，在石子运动过程中，下列说法中正确的个数为（　　） ①石子运动的时间与抛出时的速度大小有关 ②石子可能垂直落在水平地面上 ③石子的速度变化率恒定 ④在相同时间内，石子速度变化量相同 ⑤在相同时间内，石子动量变化量相同 ⑥在相同时间内，石子动能变化量相同 ⑦在相同时间内，石子重力做功的平均功率相同 A．7个 B．5个 C．3个 D．1个 【答案】C 【详解】①石子做平抛运动，设石子离地面的高度为，根据平抛运动规律，石子在竖直方向做自由落体运动，则有 解得 可知石子运动的时间与抛出时的速度大小无关，故错误； ②石子做平抛运动，石子落地时有水平速度，故石子不可能垂直落在水平地面上，故错误； ③石子做平抛运动的加速度为重力加速度，根据加速度定义式有 可知石子的速度变化率等于重力加速度，即石子的速度变化率恒定，故正确； ④石子做平抛运动的加速度为重力加速度，根据加速度定义式有 可得 可知在相同时间内，石子速度变化量相同，故正确； ⑤根据， 可得 可知在相同时间内，石子动量变化量相同，故正确； ⑥根据动能定理有 根据平抛运动在竖直方向做自由落体运动的规律，可知在相同时间内，竖直方向的位移变化量不同，故在相同时间内，石子动能变化量不相同，故错误； ⑦根据 因在相同时间内，竖直方向的位移变化量不同，故在相同时间内，石子重力做功的平均功率不相同，故错误。 故③④⑤正确，即3个正确；①②⑥⑦错误，即4个错误。 故选C。 3．某“失重”餐厅的传菜装置如图所示，运送菜品的小车沿等螺距轨道向下匀速率运动，该轨道各处弯曲程度相同，在此过程中，小车（　　） A．机械能保持不变 B．所受合力不为零 C．处于失重状态 D．动量保持不变 【答案】B 【详解】A．小车沿等螺距轨道向下匀速率运动，速度大小不变，动能不变，小车高度减小，即重力势能减小，可知小车的机械能减小，故A错误； B．根据上述可知，小车沿轨道方向的合力为0，轨道对小车的指向图中轴心的作用力提供圆周运动的向心力，即小车的合力不为零，合力方向总指向图中轴心，故B正确； C．由于小车沿等螺距轨道向下做匀速率运动，沿轨道方向的速度大小不变，即小车沿轨道方向的合力为0，即沿轨道方向的加速度为0，又由于该轨道各处弯曲程度相同，则轨道对小车的指向图中轴心的作用力提供圆周运动的向心力，该作用力方向沿水平方向，可知小车的加速度方向沿水平方向，小车不存在竖直方向的加速度，即小车既不处于超重，又不处于失重，故C错误； D．小车做螺旋运动，速度大小不变，方向改变，根据动量表达式有，可知小车的动量大小不变，动量的方向发生变化，即动量发生了变化，故D错误。 故选B。 4．如图所示为2026年春晚节目《武BOT》机器人表演时的情景。机器人在水平地面加速奔跑过程中，下列说法正确的是（　　） A．机器人所受的合力为零 B．机器人所受重力的冲量不为零 C．地面对机器人的支持力做正功 D．机器人所受地面的作用力方向竖直向上 【答案】B 【详解】A．机器人做加速运动，加速度不为零，根据牛顿第二定律，机器人所受合力不为零，故A错误； B．冲量定义为 重力不为零，加速过程的时间不为零，因此重力的冲量 故B正确； C．地面对机器人的支持力方向竖直向上，机器人的位移沿水平方向，支持力方向与位移方向垂直，因此支持力不做功，故C错误； D．地面对机器人的作用力包含两个部分：竖直向上的支持力，以及水平向前提供加速度的静摩擦力，因此地面作用力的合力方向斜向前上方，不是竖直向上，故D错误。 故选B。 5．如图所示，物块在恒定拉力F作用下沿固定斜面向上加速运动，则（　　） A．支持力的冲量等于零 B．拉力F的冲量沿斜面向上 C．拉力F的冲量等于物块的动量变化量 D．物块动量变化量的方向沿斜面向上 【答案】D 【详解】A．根据可知，支持力的冲量不等于零，A错误； B．拉力F的冲量沿力F的方向斜向上，B错误； C．根据动量定理可知，合外力的冲量等于物块的动量变化量，C错误； D．物块沿斜面向上加速运动，则合外力方向沿斜面向上，根据动量定理可知，动量变化量的方向沿斜面向上，D正确。 故选D。 6．萍乡市上栗县是“中国烟花爆竹之乡”，现有上栗县生产的某烟花筒，结构如图1所示。其工作原理为：点燃引线，引燃发射药燃烧发生爆炸，礼花弹获得一个竖直方向的初速度并同时点燃延期引线，当礼花弹到最高点时，延期引线点燃礼花弹并炸开形成漂亮的球状礼花。现假设某礼花弹在最高点炸开成a、b两部分，速度均为水平方向。炸开后a、b的轨迹图如图2所示。不计空气阻力，则（　　） A．炸开后a、b处于最高点时，a、b两部分的动能之比为1∶3 B．炸开后a、b处于最高点时，a、b两部分的动量大小之比为1∶3 C．从炸开到两部分落地的过程中，a、b两部分所受重力的冲量之比为3∶2 D．a、b两部分落地时的重力功率之比为1∶2 【答案】A 【详解】AB．a、b两部分水平方向做匀速运动，水平位移之比，竖直高度相等 根据可得运动时间相等 根据可得水平速度大小之比等于水平位移大小之比，即 a、b两部分在最高点炸裂时，由动量守恒可得 根据动量与动能关系 可得，故A正确，B错误； C．根据 可得a、b两部分所受重力的冲量之比，故C错误； D．根据功率公式 二者的竖直速度大小相等，可得a、b落地时的重力功率之比等于质量之比，即，故D错误。 故选A。 7．如图，质量为的带电小球，只在重力作用下由静止从空间的点自由下落，经时间到达正下方的点时，突然加上一个大小未知的竖直向上的匀强电场，在电场力和重力作用下，又经带电小球恰好又通过点。重力加速度为，在此运动过程中（　　） A．小球电场力的冲量大小为 B．小球返回到点的速度大小为 C．小球的机械能增加了 D．小球在点的电势能大于它在点的电势能 【答案】A 【详解】A．由题意可知，小球从N点向下匀减速至速度减为0，后反向匀加速通过M点，所以电场力方向竖直向上。以竖直向下为正，由运动学公式可得，， 解得加速度的大小 所以电场力 则电场力的冲量大小，故A正确； B．返回到M点的速度大小为，故B错误； C．小球从M再回到M点，重力势能不变，机械能增加量为，故C错误； D．因为从N点到M点，电场力对小球做正功，电势能减小，故小球在M点的电势能小于它在N点的电势能，故D错误。 故选A。 8．（多选）如图，倾角为足够长的光滑绝缘斜面处于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，磁感应强度为B。可视为质点的小球质量为m，带电量为，以平行于斜面的初速度从斜面底端O点向上滑行，一段时间后小球从C点（图上未标出）离开斜面。已知，重力加速度为g，整个运动过程中小球带电量保持不变，下列分析正确的是（　　） A．磁场方向垂直纸面向里 B．O与C间距离为 C．小球离开斜面之前的过程中斜面对小球弹力的冲量大小为 D．小球离开斜面后相对O点能够上升的最大高度为 【答案】BC 【详解】A．小球在O点受到洛伦兹力的大小，方向垂直斜面，如果垂直斜面向上，有 则小球开始时就会离开斜面，而小球一段时间后才离开斜面，说明小球开始时所受洛伦兹力垂直斜面向下，且小球是在下滑过程中离开斜面的，所以由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，故A错误； B．若小球至某位置时离开斜面。离开斜面前满足 得 加速度恒定，小球向上做匀减速直线运动；离开斜面瞬间满足 得 由匀变速直线运动规律得 可得，，故B正确； C．上行过程垂直斜面方向上由平衡条件可得 此过程中弹力的冲量为 同理可得下行过程弹力冲量为 全程弹力冲量为 根据选项B的分析可知， 联立得，故C正确； D．小球离开斜面后做曲线运动，从离开斜面至到达到最高点的过程中由功能关系可得 在水平方向上由动量定理可得 联立可得 离开斜面后相对点能够上升的最大高度，故D错误。 故选BC。 9．（多选）雨滴在下落过程中所受的阻力是随速度变化而变化的。某物理兴趣小组的同学在AI工具的帮助下了解到，较小的雨滴（半径小于0.1mm）在初始加速下落阶段所受的空气阻力仅与雨滴的速率成正比，而与雨滴的质量无关，即；当阻力增大至与重力平衡时，雨滴达到收尾速度，此时雨滴受到的空气阻力将与速率的平方成正比，即。该小组的同学尝试通过实验验证雨滴在下落过程中的动力学关系。他们在足够深的竖直圆筒内注满一定浓度的液体模拟高空中的空气，用质量分别为和的甲、乙两球模拟雨滴，将两球从液面处同时由静止释放，用速度传感器得到两球的图像如图所示，经时间两球的速度都已达到各自的稳定值和。下列判断正确的是（　　） A． B．时间内两球下落的高度相等 C．时间内乙球所受“空气阻力”的冲量更大 D．时间内两球间距增大，且增大得越来越快 【答案】AD 【详解】A．当两球的速度达到稳定值时有 由图像可知＞，所以m1＞m2，故A正确； B．图线与坐标轴围成的面积表示位移，所以由图像可知，0~t0时间内两球下落的高度满足h1＞h2，故B错误； C．在极短时间Δt内f可视为恒力，则有 将在0~t0时间内累积有 由图像可知，0~t0时间内乙的位移较小，则“空气阻力”的冲量应较小，故C错误； D．由图像面积差的变化可知，0~t0时间内两球间距增大，且相同时间内面积差越来越大，故D正确。 故选AD。 10．（多选）如图甲所示，质量为2kg的薄木板B静止在光滑的水平地面上，质量为1kg的物块A静止在B的右端。t=0时刻起，对B施加一水平向右的作用力F，其大小随时间t变化关系如图乙所示，t=3s时撤去F。已知A与B之间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A始终未脱离B，取g=10m/s2。下列说法正确的是（　　） A．t=2.5s时A与B未发生相对滑动 B．0~2s内摩擦力对A的冲量大小为4kg⋅m/s C．t=2s时，B的速度大小为2m/s D．t=3s时，A的速度大小为4m/s 【答案】CD 【详解】A．AB恰发生相对滑动时，对A分析 解得a0=2m/s2 此时对AB整体 解得F0=6N 则此时t=2s，即当t=2.5s时A与B已经发生相对滑动，故A错误； B．0~2s内摩擦力对A的冲量大小为，故B错误； C．0~2s内整体一起加速运动，加速度从零均匀增加到2m/s2，则t=2s时，B的速度大小为，故C正确； D．从2s~3s滑块A做匀加速运动，加速度为a0=2m/s2，可知t=3s时，A的速度大小为，故D正确。 故选CD。 题型二 动量定理的理解及应用 1.对动量定理的理解 (1)动量定理的表达式是矢量式，列式时要注意各个量与规定的正方向之间的关系(即要注意各个量的正、负)。 (2)动量定理中的冲量是合外力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，也可以是各力冲量的矢量和，还可以是外力在不同阶段的冲量的矢量和。 (3)应用动量定理可以只研究一个物体，也可以研究几个物体组成的系统。 (4)当用动量定理研究系统时，初态的动量p是系统各部分动量之和，末态的动量p′也是系统各部分动量之和。 (5)对系统各部分的动量进行描述时，应该选取同一个参考系，不然求和无实际意义。 【例题精讲】 1．如图所示为某款运动跑鞋宣传图，图片显示：“该款鞋鞋底采用EVA材料，能够有效吸收行走或运动时的冲击力，保护双脚免受伤害”。对于该款鞋，下列说法正确的是（　　） A．缩短双脚与鞋底的冲击时间，从而减小合力对双脚的冲量 B．延长双脚与鞋底的冲击时间，从而减小合力对双脚的冲量 C．延长双脚与鞋底的冲击时间，从而减小鞋底对双脚的平均冲击力 D．缩短双脚与鞋底的冲击时间，从而减小鞋底对双脚的平均冲击力 【答案】C 【详解】AB．由动量定理可知，无论是缩短还是延长双脚与鞋底的冲击时间，合力对双脚的冲量都保持不变。故AB错误； CD．由可知，延长双脚与鞋底的冲击时间，可以减小鞋底对双脚的平均冲击力。故C正确，D错误。 故选C。 2．如图甲所示，在拉力传感器的下端竖直悬挂一个弹簧振子，拉力传感器可以实时测量弹簧弹力大小。图乙是小球简谐运动时传感器示数随时间变化的图像，时小球处于平衡位置，已知重力加速度，下列说法正确的是（    ） A．小球的质量为0.8，振动的周期为8s B．0~2s内，小球受回复力的冲量大小为0 C．3s~4s和4s~5s内，小球受回复力的冲量相同 D．1s~3s内，小球受回复力的冲量大小为0 【答案】D 【详解】A．根据图乙可知时小球处于平衡位置，此时弹簧的弹力等于小球的重力。t=1s时，弹簧弹力最大，为，小球位于最低点；t=3s时，弹簧弹力最小，为，小球位于最高点。 由对称性可知， 弹簧振子完成一次全振动时间，即振动周期 故A错误； B．小球受到的合外力提供回复力，0~2s内，小球从平衡位置向下运动到最低点后又回到平衡位置，初速度和末速度不为零且大小相等，而方向相反，则速度变化量不为零，根据动量定理可知回复力的冲量大小不为0，故B错误。 C．在简谐运动中，回复力是变力，内小球从正向最大位移处向平衡位置运动，回复力方向指向平衡位置(负方向)；内小球从平衡位置向负向最大位移处运动，回复力方向指向平衡位置(正方向)。冲量是矢量，和内回复力方向不同，所以小球受回复力的冲量方向不同，冲量不相同，故C错误。 D．内，和时小球的速度大小相等均为零，根据动量定理 即小球受回复力的冲量大小为0，故D正确。 故选D。 3．新能源电动汽车具有使用成本低、节约能源、减少废气排放等诸多优点。某次新能源汽车性能测试中，汽车沿水平方向由静止开始做直线运动，传感器采集的水平牵引力随时间变化的数据如图所示。已知汽车质量为2000kg，18s后汽车开始做匀速运动，设汽车所受阻力恒定。则汽车在18s后匀速运动的速度为（    ） A．24m/s B．36m/s C．54 m/s D．72 m/s 【答案】B 【详解】由于18s后汽车开始做匀速运动，所以汽车所受阻力为 在0-18s的过程中，由动量定理可得： 其中，，可得18s后匀速运动的速度为36m/s。 正确答案：B 4．如图所示，有一段截面积为S的弯曲水管被固定在水平地面上，转弯处偏离原方向θ角。若管内水流速度大小为v，水的密度为ρ，管内壁光滑，则水流对转弯处冲击力的大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】弯水管出口、入口处时间内水的质量 动量变化如图所示 则 故弯管对水的作用力大小为 根据牛顿第三定律，水流对弯管的作用力大小也为。 故选B。 5．某研究机构利用力传感器研究蹦床过程。传感器采集了某运动员在一次蹦床过程中对蹦床的压力随时间变化的关系，利用计算机绘制出图像如图所示。运动员视为质点，不考虑空气阻力，重力加速度。则时间内图线与横轴围成的阴影面积约为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据图像判断，运动员的重力 运动员在时间段内做竖直上抛运动，离开蹦床时速度 在时间内根据动量定理有 解得 故选C。 6．排球比赛中，甲同学在处将排球以水平击出，乙同学在离地处将排球垫起，排球被垫起后以原速率反弹，方向与垫球前瞬间的速度方向相反。已知，排球的质量为，不计空气阻力，则关于此排球的运动下列说法正确的是（　　） A．排球被甲同学击出后在空中飞行时间为 B．排球击出点与垫球点的水平距离为 C．排球被乙同学垫起过程中所受合力的冲量大小为 D．排球被乙同学垫起过程中所受合力做功为 【答案】C 【详解】A．排球被甲同学击出后做平抛运动，由 得 故A错误； B．排球击出点与垫球点的水平距离 故B错误； C．排球被垫起前瞬间竖直方向的分速度大小 垫球时的速度大小 则排球被乙同学垫起过程中所受合力的冲量大小 故C正确； D．排球被乙同学垫起过程中速率不变，动能不变，由动能定理知所受合力做功为0，故D错误。 故选C。 7．蹦床运动中，体重为60kg的运动员在t=0时刚好落到蹦床上，对蹦床作用力大小F与时间t的关系如图所示。假设运动过程中运动员身体始终保持竖直，在其不与蹦床接触时蹦床水平。忽略空气阻力，重力加速度取10m/s2。下列说法正确的是（　　） A．t=0.15s时运动员的机械能最大 B．t=0.30s时运动员的速度大小为20m/s C．t=1.30s时运动员距蹦床的高度为5m D．0-0.30s内，运动员对蹦床的平均作用力大小为4000N 【答案】C 【详解】A．根据牛顿第三定律结合题图可知t=0.15s时，蹦床对运动员的弹力最大，蹦床的形变量最大，机械能最小，故A错误； BC．根据题图可知运动员从t=0.30s离开蹦床到t=2.30s再次落到蹦床上经历的时间为2s，根据竖直上抛运动的对称性可知，运动员上升时间为1s，则在t=1.30s时，运动员恰好运动到最大高度处，t=0.30s时运动员的速度大小为 m 故C正确，B错误； D．同理可知运动员落到蹦床时的速度大小为10m/s，以竖直向上为正方向，根据动量定理 其中 代入数据可得 N 根据牛顿第三定律可知运动员每次与蹦床接触到离开过程中对蹦床的平均作用力大小为4600N，故D错误。 故选C。 8．（多选）如图为一根弹性轻绳，它的一端固定在O点，让该轻绳自然下垂时，其末端刚好位于P点。现在轻绳末端系一质量为m的小球（可视为质点），将小球从A点静止释放，小球沿直线运动，经P点后到达最低点B。整个过程中弹性绳始终在弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度大小为g。若小球从A点运动到B点的时间为t，下列说法正确的是（　　） A．小球在P点时速度最大 B．小球从P点到B点的过程中，弹性绳的弹性势能一直增大 C．小球从A点到B点，重力势能减少量大于轻绳弹性势能增加量 D．小球从A点到B点，小球所受轻绳拉力的冲量大小为mgt 【答案】BD 【详解】A．小球的平衡位置在P点下方，P点到平衡位置，小球加速度仍向下，仍会继续加速，故P点速度并非最大，而是在平衡位置处速度才是最大值，故A错误； B．从P点到B点过程中，弹性绳被拉长，形变一直增大，则弹性势能增大，故B正确； C．从A点到B点，根据能量守恒，小球重力势能减少量等于弹性势能增加量，故C错误； D．从A点到B点，根据动量定理，有 可得小球所受轻绳拉力的冲量大小为 故D正确。 故选BD。 9．（多选）如图甲所示，足够长的光滑斜面上固定有物块a、b，物块相互接触但不粘连，斜面与水平面之间的夹角α = 30°。t = 0时刻，将a、b解除固定，同时分别对a、b施加沿斜面向上的力F1、F2，力F1、F2随时间t变化的关系如图乙所示。已知a、b的质量分别为m1 = 1kg，m2 = 2kg，取重力加速度g = 10m/s2。下列说法正确的是（   ） A．t = 1s时，a对b的作用力大小为8N B．t = 3.5s时，a对b的作用力大小为零 C．0 ~ 5s时间内，a对b的作用力的冲量大小为25N·s D．0 ~ 5s时间内，a、b组成的系统的机械能增加量为90J 【答案】AC 【详解】B．设时刻，a对b的作用力大小为零，分别对a，b由牛顿第二定律得， 解得，，故B错误； C．在0 ~ 5s时间内，恒定为18N，因此a和b向上做匀加速直线运动，时，a、b的速度大小均为 0 ~ 5s时间内，对b由动量定理得 由题图乙面积代表冲量，可得，解得，故C正确； A．时，力的大小为， 解得，故A正确； D．时间内，a、b运动的位移大小为 a、b组成的系统的机械能增加量为 解得，故D错误。 故选AC。 10．（多选）两个质量相同的物体、并排静止在水平面上，与水平面间的动摩擦因数分别为、，用同向水平拉力、分别作用于物体和上，一段时间后撤去，两物体各自滑行一段距离后停止运动。物体、运动的速度-时间图像分别如图中图线①、②所示，已知拉力、分别撤去后，物体做减速运动过程的速度-时间图像彼此平行（相关数据已在图中标出）。由图中信息可以得出（   ） A．两个拉力之比为 B．两个物体、与水平面间的动摩擦因数之比为 C．两个拉力对物体、的冲量之比为 D．两个拉力对物体、所做的功之比为 【答案】AC 【详解】A．因为两物体做减速时，速度与时间图像彼此平行，说明两物体所受摩擦力相同，大小均为 由速度与时间图像求得加速度大小 物体做加速运动时，根据速度与时间图像，的加速度为，的加速度为，对进行受力分析 对进行受力分析 所以 A正确； B．因为摩擦力大小相同，即 解得 B错误； C．对运动的全过程列动量定理 对运动的全过程列动量定理 解得 C正确； D．加速运动的位移 加速运动的位移 所做功 所做功 所以 D错误。 故选AC。 题型三 应用动量定理处理“流体类”问题 应用动量定理处理“流体类”问题 研究对象 流体类：液体流、气体流等，通常已知密度ρ 微粒类：电子流、光子流、尘埃等，通常给出单位体积内粒子数n 分析步骤 ①构建“柱状”模型：沿流速v的方向选取一小段柱体，其横截面积为S. ②微元 研究 小段柱体的体积ΔV＝vSΔt 小段柱体质量m＝ρΔV＝ρvSΔt 小段柱体粒子数N＝nvSΔt 小段柱体动量p＝mv＝ρv2SΔt ③列出方程，应用动量定理FΔt＝Δp研究 【例题精讲】 1．高压水枪在清洗地面等场景中应用广泛．某高压水枪枪口横截面积为，已知水的密度为，若喷水时枪口处水速，则枪口每秒喷出的水为（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】ABCD．单位时间高压水枪喷出水的质量为 故选D。 2．在海口某学校科技节活动中，高二年级开展的水火箭制作和发射比赛现场吸引了众多师生围观。水火箭原理如图甲所示，发射时利用压缩空气把水从火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，火箭受到反冲作用而高速升空。右图是某同学发射水火箭的精彩瞬间，若发射过程中水火箭将壳内0.5kg的水以相对地面30m/s的速度在0.5s时间内快速喷出，则火箭箭体受到的推力约为（　　） A．15N B．150N C．25N D．300N 【答案】C 【详解】设水火箭对水的作用力为，根据动量定理可知， 根据牛顿第三定律，解得火箭箭体受到的推力。 故选C。 3．离子推进器是用电场将等离子加速后喷出而获得前进动力的，如图所示：进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），间电压为，使正离子加速形成离子束。已知每个正离子质量为，电荷量为，单位时间内飘入的正离子数目为，则在加速过程中推进器获得恒定的推力为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设时间喷出粒子的质量为，离子推进器对其的平均推力大小为F，规定向右为正方向，对，根据动量定理有 其中 根据动能定理有 联立解得 根据牛顿第三定律可知，引擎获得的推力为。 故选C。 4．如图风光互补环保路灯的主要构件有：风力发电机、单晶硅太阳能板、额定电压48V容量200Ah的储能电池、功率60W的LED灯。已知该路灯平均每天照明10h，1kg标准煤完全燃烧可发电，排放二氧化碳2.6kg。设风恰好与发电机叶片转动平面垂直，则（　　） A．若空气密度为，风速为，叶片长为，则单位时间内通过转动圆面的空气质量为 B．风力发电机的叶片受到风的平均冲击力大小与风速成正比 C．路灯正常运行1年，可减少二氧化碳排放量约为203kg D．储能电池充满电后，即使连续三周无风且阴雨，路灯也能正常工作 【答案】C 【详解】A．单位时间内，流过叶片转动圆面的空气可看作柱体，则空气柱长度为 叶片长为转动半径，转动圆面积 单位时间空气质量，故A错误； B．根据动量定理，风对叶片的平均冲击力 冲击力与风速平方成正比，不是与风速成正比，故B错误； C．已知LED路灯的功率，一年消耗电能 需要燃煤的质量 对应排放二氧化碳质量 即一年可减少约203kg二氧化碳排放，故C正确； D．储能电池充满电总能量 路灯每天消耗电能 可正常工作天数 三周为21天，，因此无法满足三周工作，故D错误。 故选C。 5．在研究城市交通拥堵问题时，常引入车流量Q、车流密度ρ和车流速度v三个物理量进行研究。已知车流量是指单位时间内通过车道某一横截面的车辆数，车流密度是指单位长度路段内的车辆数，车流速度是指车辆行驶的速度。在平直单排车道内，驾驶员会根据车流密度自动调整车速，车速与车流密度满足的规律为，车辆首尾相接排队时，车流密度达到最大值，为道路允许行驶的最大速度。下列说法正确的是（　　） A．车流量Q可表示为 B．车流量Q的最大值为 C．当车流密度ρ达到最大值时，车流量Q最大 D．车流量Q越大的路段，车流速度v越大 【答案】B 【详解】A．首先根据定义推导三个物理量的核心关系：单位时间内车辆前进距离为，单位长度路段车辆数为，因此单位时间通过横截面的车辆数（车流量），故A错误； B．将代入 得 这是开口向下的二次函数，顶点对应最大值 当时取得最大值，故B正确； C．当时，代入速度公式得，此时，为最小值，故C错误； D．是和的乘积，较大可能是大、小的情况，并非越大一定越大，故D错误。 故选B。 6．消防水龙头的喷嘴每秒钟内流出的水量，已知喷嘴的横截面积，水的密度 ，消防员将喷嘴方向调整为与水平面夹角，水柱在最高处正好到达着火位置，设水在最高点与着火物撞击后速度变为零，忽略空气阻力，g取，cos53°=0.6，则水在最高点对着火物的冲击力为（　　） A．72N B．96N C．120N D．144N 【答案】A 【详解】 计算单位时间喷出的水的质量。 根据流量公式，得喷嘴出水初速度 斜抛运动到最高点时，竖直速度减为0，水平速度 取方向为正方向，撞击后水速度为0，因撞击时间极短忽略重力冲量，着火物对水的作用力，对时间内撞击的水应用动量定理 解得。 根据牛顿第三定律，水对着火物的冲击力大小等于72N 故选A。 7．如图所示，由高压水枪中竖直向上喷出的水柱，将一个开口向下的小铁盒顶在空中。已知密度为ρ的水柱以恒定速率从水枪中持续喷出，向上运动并以速率冲击小铁盒，且冲击小铁盒时水柱横截面积为S，并以速率v竖直返回（不考虑水之间的碰撞）。水与铁盒作用时这部分水所受重力可忽略不计，则水对铁盒的平均作用力大小为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】在∆t时间内打到盒子上的水的质量 向下为正，则根据动量定理 解得 根据牛顿第三定律可知水对铁盒的平均作用力大小为 故选A。 8．（多选）霍尔推进器工作原理简化如图所示，放电通道两端的电极、间存在一加速电场。工作时，工作物质氙气进入放电通道后被电离为氙离子，再经电场加速喷出，形成推力。若某次试验中有的氙气被电离，氙离子从右端喷出电场的速度，其比荷。氙离子进入通道的初速度视为，忽略重力及阻力。当推进器产生的推力达到毫牛时（毫牛牛顿），下列判断正确的是（　　） A．每秒进入放电通道的氙气质量为 B．每秒进入放电通道的氙气质量为 C．氙离子向外喷射形成的电流为3.84 A D．氙离子向外喷射形成的电流为4.00 A 【答案】BC 【详解】AB．设每秒喷出的氙离子质量为，根据动量定理，在时间内，电场力对氙离子产生的冲量转化为氙离子的动量变化 由此可得每秒喷出的氙离子质量为 每秒进入放电通道的氙气质量为，故A错误，B正确； CD．电流的定义为单位时间内流过截面的电荷量，即，每秒喷出的电荷量可以通过比荷和每秒喷出的氙离子质量计算得出，解得电流，故C正确，D错误。 故选BC。 9．（多选）一项新型娱乐项目“娱乐风洞”，是在一个特定的空间内通过风机制造的气流把人“吹”起来，使人产生在天空翱翔的感觉。其简化模型如图所示，一质量为m的游客恰好悬浮在直径为d的圆柱形竖直风洞内，已知气流密度为，游客受风面积（游客在垂直风力方向的投影面积）为S，风洞内气流竖直向上“吹”出且速度恒定，重力加速度为g。假设气流吹到人身上后速度变为零，则下列说法正确的是（　　） A．气流速度大小为 B．单位时间内流过风洞内横截面的气体体积为 C．若风速变为原来的，游客开始运动时的加速度大小为 D．若风速变为原来的，游客开始运动时的加速度大小为 【答案】BC 【详解】A．根据题意可知，对时间内吹向游客的气体，设气体质量为，根据动量定理可得 由于游客处于静止状态，根据受力分析，游客受力平衡， 另外，联立可得，故A错误； B．单位时间内流过风洞某横截面的气体体积为，故B正确； CD．若风速变为原来的，则根据动量定理可得 其中，， 可得 由牛顿第二定律 可得游客，C正确，D错误。 故选BC。 10．（多选）我国自主研制的“天帆一号”成功验证了多项太阳帆关键技术。光射到物体表面时，对单位面积产生的压力叫光压，太阳帆飞船可利用光压作为动力航行。若太阳帆飞船仅受太阳引力和光压提供的动力沿半径方向匀速远离太阳，距离太阳r处的太阳帆单位面积接收太阳光辐射的功率为P（P仅与距离r平方成反比），帆面始终与光线垂直，照射到太阳帆的光子全部垂直于帆面以原速率反弹。已知太阳帆飞船质量为m，太阳质量为M，万有引力常量为G，普朗克常量为h，光的频率为，真空中光速为c，太阳帆飞船速度远小于光速。下列说法正确的是（    ） A．距离太阳r处，太阳帆在单位时间单位面积内接收到的光子数为 B．距离太阳r处，太阳帆受到的光压为 C．距离太阳r处，太阳帆的展开面积为 D．太阳帆飞船匀速远离太阳的过程中，需逐渐增大太阳帆的展开面积 【答案】AC 【详解】A．距离太阳r处，光子的平均能量为 太阳帆在单位时间单位面积内接收到的光子数为 故A正确； B．光子的频率为 距离太阳r处，每个光子的动量为 光射到帆面被反弹，由动量定理得Ft=2Np 可得太阳帆单位面积受到的光压为 故B错误； CD．距离太阳r处，由题意得，匀速远离要满足太阳光对太阳帆的作用力等于太阳对探测器的引力，即 即 解得 飞船匀速远离太阳的过程中，P仅与距离r平方成反比，结合 太阳帆飞船的展开面积保持不变，故C正确，D错误。 故选AC。 题型四 动量定理与图像问题结合 【例题精讲】 1．一物体在合外力作用下由静止开始做直线运动，与时间的关系图像如图所示，由图像可知（　　） A．时物体速度最大 B．时与时物体动能相同 C．物体相对于出发点的位移先增大后减小 D．0~1s与1~2s内F做功相等 【答案】B 【详解】A．物体在0~2s内一直做加速运动，可知时物体速度最大，A错误； B．由图可知0~1s内和0~3s内合力的冲量相同，根据动量定理可知时与时物体的速度相同，即动能相同，B正确； C．由图可知0~2s内物体沿正方向加速运动，2~4s内沿正方向做减速运动，以后仍重复上述运动，可知物体相对于出发点的位移一直增大，C错误； D．0~2s内物体沿正方向加速运动，0~1s内的位移小于1~2s 内的位移，可知力F做功不相等，D错误。 故选B。 2．如图甲所示，将压力传感器固定在水平气垫导轨右侧，滑块置于导轨上方。轻推滑块，使其从左端向右运动。滑块与压力传感器碰撞时，传感器记录的压力随时间的变化关系如图乙所示。根据图乙数据，可估算碰撞过程中滑块动量变化量的大小约为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】图像与时间轴围成的面积表示冲量，由图像可以看出，图乙中横坐标每小格代表，纵坐标每小格代表，因此每小格的面积为 用估算的方法可以数出图像下约有50个小格，所以压力对滑块的冲量为 由动量定理可得，碰撞过程中滑块的动量变化大小等于压力对滑块的冲量的大小，即 故选B。 3．篮球从离地一定高度处静止释放，与地面碰撞后反弹上升到最高点的过程中，所受空气阻力大小与速度大小成正比，碰撞过程无能量损失，篮球在该过程中的图像可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】空气阻力大小与速度大小成正比，设空气阻力为 下落过程由牛顿第二定律可得，故随着速度增大，加速度越来越小，下落时做加速度逐渐减小的加速运动 与地面碰撞后上升阶段，由牛顿第二定律可得，故随着速度减小，加速度越来越小，上升时做加速度逐渐减小的减速运动。 设小球下落高度为，上升高度为，则下落时空气阻力冲量的大小为 上升时空气阻力冲量的大小为 规定向下为正方向，由动量定理，下落时 上升时，故。 故选D。 4．某物体在运动过程中只受到力的作用，物体的速度随时间变化的图像如图所示。已知在时刻，物体的速度为零。则下列说法中正确的是（　　） A．在内，力所做的功等于零，冲量也等于零 B．在内，力所做的功等于零，冲量也等于零 C．第1s内和第2s内的速度方向相同，速度的变化率方向相同 D．第3s内和第4s内动量的变化率大小相同，方向相反 【答案】A 【详解】A．由图可知，时和物体的速度都为，根据动能定理可知 根据动量定理可知，故A正确； B．由图可知，时物体的速度都为，时物体的速度为0，根据动能定理可知 根据动量定理可知 即在内，力做了的负功，动量减少了，故B错误； C．由图像可知，第1s内和第2s内的速度方向都沿正方向，方向相同，v-t图像的斜率表示加速度，即速度的变化率，结合图像可知，第1s内，物体沿正方向做匀减速运动，加速度方向为负方向，第2s内沿正方向做匀加速运动加速度的方向为正方向，即第1s内和第2s内物体的速度方向相同，速度的变化率方向不同，故C错误； D．根据动量定理可知，动量的变化率即为物体所受的合外力，结合牛顿第二定律可知，第3s内和第4s内物体沿正方向做匀减速运动，速度方向和加速度的方向相同，加速度的大小相等，因此合外力的大小和方向均相同，即第3s内和第4s内动量的变化率大小相同，方向也相同，故D错误。 故选A。 5．一物块静止在粗糙水平地面上，0~4s内所受水平拉力随时间的变化关系图像如图甲所示，0~2s内速度—时间图像如图乙所示，取重力加速度g=10m/s2，关于物块的运动。下列说法正确的是（　　） A．前2s内拉力做的功为12J B．前4s内拉力的冲量为 C．前4s内物块一直在运动 D．物块在4s末减速为零 【答案】B 【详解】A．由图乙可知，第内、第内物块的位移分别为， 则前2s内拉力做的功为 故A错误； B．图甲中图像与时间轴所包围的面积表示拉力的冲量，故前4s内拉力的冲量为 故B正确； CD．由题意可知，物块所受的滑动摩擦力大小为 假设前4s内物块一直在运动，设物块在4s末的速度为，由动量定理得 得 说明在4s前速度已经减为零，速度减为零后保持静止，故CD错误。 故选B。 6．风洞是用人工产生可以控制的气流，模拟物体周围气体的流动，研究物体在气体中的运动规律。在风洞实验室中，先后两次将同一物体以相同的初速度v0竖直向上抛出并落回抛出点，第一次的空气阻力大小与速率成正比，物体运动的v-t图像如图甲所示，物体在t2时刻落回抛出点，落回时速率为v1；第二次的空气阻力大小恒定，物体运动的v-t图像如图乙所示，物体在t4时刻落回抛出点，落回时速率也为v1。则t2与t4的大小关系正确的是（　　） A． B． C． D．条件不足，无法判断 【答案】A 【详解】空气阻力大小与速率成正比时，设空气阻力为kv，v-t图线可以看成f-t图线，其面积表示冲量，v-t图线面积表示位移为零，所以f-t图线面积表示冲量为零，对全过程由动量定理得 其中阻力的冲量 解得 空气阻力大小恒定时，物体上升和下落均做匀变速直线运动，设空气阻力为f，上升的最大高度为H，上升过程根据动能定理有 下落过程根据动能定理有 联立解得 故上升时间 同理下落时间 整个运动时间 因为 所以 故选A。 7．一质量为m的小球从地面竖直上抛，在运动过程中小球受到的空气阻力与速率成正比。它从抛出到落地过程中动量随时间变化的图像如图所示。已知重力加速度为g，则下列说法正确的是（    ） A．小球时刻刚好落地 B．小球在运动过程中加速度最大为2g C．小球从抛出到落地的总时间为 D．小球上升和下降过程中阻力的冲量大小不相等 【答案】C 【详解】A．由图可知，时刻后物体的动量不变，即物体的速度不变，由图可知物体速度不变后，又运动了一段时间，说明时刻物体还没落地，故A错误； B．设在运动过程中小球受到的空气阻力与速率满足关系式 根据动量定理 可知图像的斜率表示合外力，由图可知时刻，图像斜率的绝对值最大，小球的加速度最大，设物体运动过程中的最大加速度为，有 其中 当时，物体合外力为零，此时有 解得 故B错误； C．设从地面抛出到最高点的时间为，上升的高度为，设最高点到落地的时间为，从地面抛出到最高点由动量定理得 即 同理下降阶段 即 联立可得小球从抛出到落地的总时间为 故C正确； D．小球上升过程中阻力的冲量大小为 小球下落过程中阻力的冲量大小为 故小球上升和下降过程中阻力的冲量大小相等，故D错误。 故选C。 8．（多选）质量为m的小球在光滑水平面上以一定速度垂直撞击竖直墙壁，用传感器测出墙壁所受冲击力大小随时间变化的曲线如图所示，图像显示时刻冲击力最大为，其左侧和右侧的面积分别为和，已知，下列说法正确的有（     ） A．撞击过程中冲击力先变大后变小 B．撞击过程为弹性碰撞 C．撞击前后小球动量改变量的大小为 D．撞击前后小球动能变化量为 【答案】AD 【详解】A．由图像可知，冲击力从接触墙壁开始从逐渐增大到最大值，之后又减小到，因此撞击过程中冲击力先变大后变小，故A正确。 B．若为弹性碰撞则动能不变，即，应有，题目给出，说明，碰撞过程有动能损失，为非弹性碰撞，故B错误。 C．撞击过程总冲量等于动量变化量，方向始终不变，总冲量为，因此动量改变量大小为，故C错误。 D．动能变化量 根据动量定理, 解得 故D正确； 故选AD。 9．（多选）汽车的安全气囊是有效保护乘客的装置。如图甲，在安全气囊的性能测试中，质量为m=5kg的头锤从离气囊表面正上方高H=5m处做自由落体运动，与气囊发生碰撞后反向弹起，以头锤碰到气囊表面为计时零点，气囊对头锤竖直方向作用力F随时间t的变化如图乙所示，重力加速度g=10m/s2，忽略空气阻力的影响。则下列说法正确的是（　　） A．头锤与气囊作用过程中头锤先失重后超重 B．碰撞结束后头锤上升的最大高度为0.2m C．碰撞过程头锤动量变化量大小为40kg·m/s D．气囊对头锤在竖直方向的作用力最大值为1100N 【答案】BD 【详解】A．头锤与气囊作用过程中，向下运动时，头锤的重力先大于气囊对头锤的作用力，则加速度向下，头锤失重；然后头锤的重力小于气囊对头锤的作用力，则加速度向上，头锤超重，一直到达最低点；同理向上运动时，头锤先超重后失重，则整个过程中头锤先失重后超重，再失重，A错误； D．头锤与气囊接触时的速度 则从头锤接触气囊到头锤到达最低点由动量定理（向上为正） 解得，D正确； B．从头锤接触气囊到头锤离开气囊，由动量定理 解得离开气囊时的速度 碰撞结束后头锤上升的最大高度为，B正确； C．碰撞过程头锤动量变化量大小为，C错误。 故选BD。 10．（多选）如图甲所示，光滑水平面上两物块A、B用轻质橡皮绳水平连接，橡皮绳恰好处于原长。时，A以水平向左的初速度开始运动，B的初速度为0，A、B运动的图像如图乙所示。已知A的质量为m，时间内B的位移为，时二者发生碰撞并粘在一起，则（　　） A．B的质量为2m B．橡皮绳的最大弹性势能为 C．橡皮绳的原长为 D．时间内橡皮绳对B的平均作用力大小为 【答案】AD 【详解】A．由于A、B组成的系统受合外力为零，动量守恒，则结合题图乙可知，时间内有 解得B的质量为 故A正确； B．时刻二者速度相同，橡皮绳刚好处于最大形变量，由能量守恒定律有 解得橡皮绳的最大弹性势能为 故B错误； C．由题图乙分析可知时刻，橡皮绳刚好由拉伸状态变为原长，时间内物块A向右做匀速运动，物块B向左做匀速运动，直至相碰，由系统动量守恒和能量守恒有 解得二者的速度大小为 则设橡皮绳原长为，由运动关系可知橡皮绳的原长为 故C错误； D．时间内，对B应用动量定理可得 可得橡皮绳对B的平均作用力大小为 故D正确。 故选AD。 课时精练 一、单选题 1．在驾驶汽车时必须系好安全带，因为在紧急情况下急刹车，汽车速度会在很短时间内减小为零，关于安全带在此过程中的作用，下列说法正确的是（　　） A．延长了司机的受力时间 B．减少了刹车前后司机动量的变化量 C．增加了司机所受的冲量 D．将司机的动能全部转换成汽车的动能 【答案】A 【详解】A．安全带在刹车过程中延长了司机的受力时间，从而减小了司机的受力，使人不易受伤，故A正确； B．司机刹车前后的速度变化量不变，因此无论有无安全带，司机动量的变化量都相等，故B错误； C．根据动量定理，司机所受的冲量等于动量的变化量，由B项可知，无论有无安全带，司机所受冲量都一样，故C错误； D．司机在刹车过程中，其动能转化为汽车的动能和内能，故D错误； 故选A。 2．一质量为的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动。F随时间t变化的图线如图所示，已知物块与地面间的动摩擦因数为，重力加速度g取。则（　　） A．时物块的动量大小为 B．时物块的速度大小为，方向向右 C．时间内F对物块的冲量大小为 D．时间内物体的位移为 【答案】D 【详解】A．物块与地面间的滑动摩擦力为 则前，物块开始滑动，受到滑动摩擦力作用，时根据动量定理 故A错误； B．时物块速度 2s-3s过程，加速度大小为 方向为负，则时物块的速度大小为零，故B错误； C．0~4s时间内F对物块的冲量大小为 故C错误； D．时物块的速度大小为零，之后拉力与摩擦力平衡，不再运动，则0~4s时间内物体的位移为 故D正确。 故选D。 3．汽车安全性能是如今衡量汽车品质的重要标志，安全气囊是否爆开、安全带是否发挥作用、挡风玻璃是否破碎等都是汽车碰撞实验中技术人员需要查看的数据。如图所示，在某次汽车正面碰撞测试中，汽车以72km/h的速度发生碰撞。车内假人的质量为50kg，使用安全带时，假人用时0.8s停下；不使用安全带时，假人与前方碰撞，用时0.2s停下。以下说法正确的是（    ）    A．碰撞过程中，汽车和假人的总动量守恒 B．不使用安全带时，假人动量变化量较大 C．使用安全带时，假人受到的平均作用力约为1250N D．不使用安全带时，假人受到的平均作用力约为2500N 【答案】C 【详解】A．发生碰撞过程，汽车和假人总动量在减小，因此总动量不守恒，A错误； B．无论是否使用安全带，假人动量变化量相同，B错误； C．根据动量定理可得 C正确； D．根据动量定理可得 D错误； 故选C。 4．如图所示，弹簧振子的平衡位置为O点，小球在B、C两点之间做简谐运动，B点与C点相距20cm。小球经过B点时开始计时，经过2s首次到达C点。下列说法正确的是（　　） A．弹簧振子做简谐运动的周期为2s B．0~3s内，小球通过的路程为0.1m C．0~2s内，弹簧弹力对小球始终做负功 D．0~1s内和1~2s内，小球所受弹簧弹力的冲量大小相等 【答案】D 【详解】A．根据题意小球经过B点时开始计时，经过2s首次到达C点，可知弹簧振子做简谐运动的周期为4s，故A错误； B．根据题意可知，小球做简谐运动的振幅为10cm，0~3s内，即时间内，小球通过的路程为，故B错误； C．0~2s内，弹簧弹力开始为拉力，与小球运动方向相同，对小球做正功，经过平衡位置后，弹簧弹力表现为向右的支持力，与小球的运动方向相反，对小球做负功，即0~2s内，弹簧弹力对小球先做正功，后做负功，故C错误； D．根据题意可知，小球在B点的速度为零，在C点的速度也为零，0~1s内弹簧弹力表现为拉力，1~2s内弹簧弹力表现为支持力，根据动量定理可知0~1s内和1~2s内，小球所受弹簧弹力的冲量大小相等，方向相反，故D正确。 故选D。 5．场致发射显微镜是一种能够实现原子成像的超级显微镜，能鉴别小到0.1纳米的距离，放大率可达几百万倍，其结构简图如图所示。将待测样品制成极细的针尖，针尖半径r可小至几十纳米。将针尖置于半径为R（R≫r）的真空玻璃泡中心，玻璃泡内壁涂有荧光导电层，针尖与荧光屏之间加高压U（荧光屏接地），在强电场作用下针尖表面就会发射电子。针尖表面某处电场越强，该处发出的电子越多。从针尖表面各点发出的电子，沿电场线飞向内壁，把针尖表面的原子结构信息直接投影放大到荧光屏上成像。针尖越尖，表面上相邻两点在屏上投影的张角越大。忽略相对论效应及电子间相互作用。下列说法正确的是（　　） A．仅增大样品针尖半径r，可增强电子发射电流 B．电子沿电场线运动过程中，其动量随时间的变化率不变 C．仅增加高压U，可获得放大倍率更高的图像 D．仅增大内壁半径R，可获得放大倍率更高的图像 【答案】D 【详解】A．针尖越小（r越小），尖端电场越强（尖端放电原理），所以增大半径r会使电场变弱，电子发射电流减小，故A错误； B．针尖和荧光屏之间的电场是非匀强电场（越靠近针尖电场越强），电子沿电场线运动时，根据可知，电场力变小，根据动量定理可知，动量变化率等于合外力，所以动量变化量变小，故B错误； C．放大倍率由投影张角决定，增加高压U只会使电场增强，不会改变张角，也就不能提高放大倍率，故C错误； D．仅增大内壁半径，针尖到荧光屏的距离变大，相邻两点的投影张角变大，放大 倍率变高，故D正确。 故选D。 6．某同学为了探究排球在下落过程中所受的空气阻力，将一质量为m的排球放在运动传感器的正下方由静止释放，得到排球落地前下落的速度v随时间t的变化图像如图所示，t1时刻排球恰好落地。重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．排球下落过程处于超重状态 B．排球下落的距离为 C．排球下落过程中所受空气阻力的大小为 D．排球下落过程中所受空气阻力冲量的大小为mv1 【答案】C 【详解】A．排球下落过程，加速下降，加速度方向竖直向下，处于失重状态，故A错误； B．由v-t图像与时间轴围成的面积表示位移，则排球下落的距离为，故B错误； C．由v-t图像可知，排球下落过程的加速度 根据牛顿第二定律有 解得排球下落过程中所受空气阻力的大小 故C正确； D．根据动量定理，排球下落过程中所受合力的冲量的大小为mv1 即 则空气阻力冲量的大小，故D错误。 故选C。 7．如图甲所示，轻杆一端与一小球相连，另一端连在处光滑固定轴上。现使小球在竖直平面内做匀速圆周运动，到达某一位置开始计时，取水平向右为正方向，小球沿轴上的分速度随时间的变化关系如图乙所示。已知小球可视为质点，质量为，重力加速度大小，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．轻杆的长度为 B．图乙中阴影部分面积大小为 C．小球在最高点时，杆对球的作用力大小为 D．在时间段内小球合外力的冲量大小为 【答案】C 【详解】A．由图乙可知，小球沿轴分速度的最大值为，即小球做匀速圆周运动的线速度大小。周期。根据 解得轻杆长度，故A错误； B．图线与时间轴围成的面积表示方向的位移。图乙中阴影部分对应的时间为，即四分之一周期。在此期间，小球从最高点运动到最右端，方向的位移大小等于杆长，即面积大小为，故B错误； C．小球在最高点时，受重力和杆的作用力。根据牛顿第二定律，合外力提供向心力，方向向下。假设为支持力，有 代入数据解得 假设成立，故C正确； D．在时间段内，小球从最高点运动到最右端。初速度水平向右，末速度竖直向下，大小均为。根据动量定理，合外力的冲量。由于与垂直，动量变化量的大小，故D错误。 故选C。 二、多选题 8．（多选）汽车安全性能是当今衡量汽车品质的重要指标。汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能最有效的方法。汽车发生碰撞时，关于安全气囊对驾驶员的保护作用，下列说法正确的是 （　　） A．改变了驾驶员的惯性 B．减小了驾驶员的动量变化率 C．减小了驾驶员受到的冲力 D．减小了驾驶员的动量变化 【答案】BC 【详解】A．惯性大小由物体的质量决定，安全气囊对驾驶员的保护作用并没有改变驾驶员的惯性，故A错误； D．汽车发生碰撞过程中，驾驶员始末状态的速度一定，即驾驶员的动量变化一定，故D错误； BC．根据动量定理有 可得 由于安全气囊对驾驶员的保护作用，作用时间变大，减小了驾驶员受到的冲力，结合上述可知，减小了驾驶员的动量变化率，故BC正确。 故选BC。 9．（多选）如图（a）所示，一个质量的物块静止在水平面上，现用水平力向右拉物块，的大小随时间变化关系如图（b）所示。已知物块与水平面间的动摩擦因数，重力加速度大小，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（　　） A．内，重力的冲量大小为 B．内，摩擦力冲量大小为 C．4s末，物块的速度大小为 D．4s末，物块的速度大小为 【答案】AC 【详解】A．0~4s内，重力的冲量大小为，故A正确； B．物块运动时，受到的滑动摩擦力大小为 开始时，物块受到静摩擦力，大小始终与F等大，所以内，摩擦力冲量大小，故B错误； CD．由B选项，结合图（b）可知，1s末时，物块才开始运动，则内由图像可知水平力F的冲量大小为 则内由动量定理可得 解得4s末，物块的速度大小为，故C正确，D错误。 故选AC。 10．（多选）如图为水流导光实验，已知出水口的横截面积为，出水口中心到水池水面的竖直高度为0.8m，水柱在水面的落点中心到出水口的水平距离为0.4m，水的密度为，g取10m/s2。假设水落到水面后竖直速度立即减为0，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．水离开出水口时的速度大小为0.5m/s B．水离开出水口时的速度大小为1.0m/s C．落水对水面竖直方向的冲击力大小为0.12N D．落水对水面竖直方向的冲击力大小为1.2N 【答案】BC 【详解】AB．根据平抛运动的规律， 可得v0=1.0m/s 选项A错误，B正确； CD．在∆t时间内流出水的质量 落地时的竖直速度 由动量定理 解得F=0.12N 选项C正确，D错误。 故选BC。 三、解答题 11．使用高压水枪作为切割机床的切刀具有独特优势，得到广泛应用，如图所示，若水柱截面为S，水流以速度v垂直射到被切割的钢板上，之后水速变为反向0.5v，已知水的密度为ρ，求： （1）单位时间内射到钢板上水的质量； （2）水对钢板的冲击力大小。 【答案】（1）ρSv；（2）1.5ρSv2 【详解】（1）根据速度的定义可知单位时间内射到钢板上的水柱长度为v，根据密度公式可知单位时间内射到钢板上水的质量为    ① （2）设钢板对水的作用力大小为F，t时间内射到钢板上的水的质量为m，根据动量定理有    ② 而    ③ 联立①②③解得    ④ 根据牛顿第三定律可知水对钢板的冲击力大小为    ⑤ 12．如图甲所示为滑雪运动员的一种训练设施，足够长的滑道倾角，滑道上有一名质量kg的运动员（含滑板）通过轻绳与电动机相连，轻绳对运动员的拉力F随时间变化的关系如图乙所示。时刻，运动员由静止出发，沿滑道做直线运动，已知运动员的滑板与滑道间的动摩擦因数，重力加速度g取10m/s2，，。求： (1)时，运动员的速度大小； (2)1~3s内拉力F的冲量大小； (3)运动员从开始运动到最低点所用的时间。 【答案】(1)4m/s (2)480N·s (3)4s 【详解】（1）0~1s内，由牛顿第二定律，有 时速度大小 代入数据解得 （2）F-t图线与坐标轴所围的面积表示冲量，可知1~3s内拉力F的冲量大小 （3）设s时，运动员速度大小为，由题图乙可知，此时N，由动量定理有 设时，运动员速度大小为0，即到达最低点 联立解得s 13．国家要求:新型汽车上市前必须进行碰撞测试。某型号试验汽车在平直路面上测试，以额定功率启动，加速运行直到匀速行驶，在离固定障碍物处关闭发动机匀减速行驶，最后与障碍物发生正碰，碰撞后停止。已知实验汽车质量为，行驶过程中所受阻力恒为车重的0.2倍，重力加速度取。碰撞过程中仅考虑障碍物对汽车的冲击力。求： (1)汽车匀速行驶的速度大小； (2)汽车与障碍物正碰前瞬间的速度； (3)汽车与障碍物正碰时所受平均冲击力的大小。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）汽车行驶过程中所受阻力为 根据可知，汽车匀速行驶的速度大小为 （2）关闭发动机匀减速行驶，根据牛顿第二定律 解得关闭发动机匀减速行驶的加速度大小为 设碰撞前汽车的速度大小为，根据 解得 （3）设汽车碰撞过程中汽车与障碍物正碰时所受平均冲击力的大小为，根据动量定理 解得 14．冬季，鸬鹚南飞入驻环境宜人的厦门，栖息于筼筜湖等水域。如图甲，一质量为的鸬鹚观察到猎物后在低空由静止开始竖直向下加速俯冲，入水后做减速直线运动。整个运动过程的图像如图乙所示，已知鸬鹚入水瞬间的速度大小为，在空中俯冲时受到的阻力，重力加速度大小取，求： (1)鸬鹚加速过程中加速度的大小； (2)鸬鹚加速过程的时间及位移的大小； (3)过程中水对鸬鹚作用力的冲量大小。 【答案】(1) (2)， (3) 【详解】（1）鸬鹚俯冲过程，由牛顿第二定律 得 （2）鸬鹚加速过程 得 加速下落过程满足 得 故鸬鹚加速时间为，位移为。 （3）解法一：，鸬鹚在水中减速，规定竖直向下为正方向，由动量定理得 得 负号表示水对鸬鹚的冲量竖直向上。 解法二：规定竖直向下为正方向，鸬鹚运动全程，由动量定理得 得 负号表示水对鸬鹚的冲量竖直向上。 15．下雨时，为什么蚊子不会被雨滴砸死？科学家研究发现蚊子被雨滴击中时并不抵挡雨滴，而是很快与雨滴融为一体，随后迅速侧向微调与雨滴分离。已知蚊子的质量为m，飘浮在空气中（速度为零）；雨滴质量为nm，雨滴所受空气阻力与下落速度成正比，比例系数为k，击中蚊子前，雨滴已经匀速竖直下落，蚊子与雨滴融为一体时间为，蚊子重力不计。求： （1）蚊子与雨滴融为一体后，蚊子的速度大小v； （2）蚊子与雨滴融为一体的过程中，蚊子受到的平均作用力F。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）击中蚊子前，雨滴已经匀速竖直下落，则有 蚊子与雨滴融为一体，有 解得 （2）对蚊子由动量定理有 解得 1 学科网（北京）股份有限公司 $