专题13 动量定理(10年汇编)(全国通用)2017-2026年高考物理真题分类汇编
2026-07-14
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2份
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83页
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 题集-试题汇编 |
| 知识点 | 动量,动量定理 |
| 使用场景 | 高考复习-真题 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 14.42 MB |
| 发布时间 | 2026-07-14 |
| 更新时间 | 2026-07-14 |
| 作者 | 数理天下 |
| 品牌系列 | 好题汇编·高考真题分类汇编 |
| 审核时间 | 2026-07-14 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/58810515.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
**基本信息**
汇集2017-2026年高考真题,聚焦动量、冲量、动量定理三大考点,以人形机器人、磁悬浮装置、杵臼等真实情境载体,强化知识应用与能力分层。
**题型特征**
|题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色|
|----|-----------|----------|----------|
|选择/非选择|56题|动量(如2026江苏题速率不变曲线运动动量变化)、冲量(如2025甘肃题F-t图像冲量计算)、动量定理(如2026湖南题磁悬浮小球圆周运动)|真实情境(2026四川题人形机器人动量差计算)、跨知识关联(2025北京题结合磁场推导粒子周期)、能力导向(2024广东题安全气囊F-t图像冲量与能量分析)|
内容正文:
专题13 动量定理
考点分类
十年考情(2017-2026)
命题规律
考点1动量
考点2冲量
考点3动量定理
2026北京卷、2026湖南卷2025北京卷2025四川卷2025湖北卷2024重庆卷、2024全国卷、2024福建卷、2024安徽卷、2024北京卷、2023重庆卷、2023全国高考真题、2023浙江卷、2023广东卷、2022江苏卷、2022福建卷、2021湖北卷、2021湖南卷、2021辽宁卷、2021全国卷、2020江苏卷、2020上海卷、2019浙江卷、2019江苏高考真题、2018江苏卷、2018天津高考真题、2018全国高考真题、2018海南卷、2017江苏卷、2017浙江卷
. 真实情境深度渗透:以国产缓冲防撞装置、航天着陆反推、体育赛事冲量测算等前沿科技/生活场景为载体,不再使用纯理论裸模型出题,要求学生从复杂场景中提炼冲量与动量变化的对应关系。
. 综合关联属性突出:不再孤立考查动量定理公式,会联动牛顿运动定律、动能定理、碰撞类模型等考点,强化“合外力冲量→动量变化”的完整解题链条,规避繁琐的分段动力学计算。
. 能力导向持续强化:弱化机械繁琐的代数运算,重点考查变力冲量的动量定理应用、多过程场景的全程列式能力,规避固化刷题套路,依靠建模能力实现分数分层。
考点1动量
1.(2026·江苏·高考真题)如图所示,水平面内一光滑小球沿正方形线框保持速率不变运行,a、b、c、d分别是各边中点,在拐点处小球所受合力的冲量大小和其动量大小的比值是( )
A. B. C. D.
2.(2026·四川·高考真题)2026年2月,我国某科创团队发布全球首款速度达到的全尺寸人形机器人、该机器人体重;2025年1月、该团队发布的四足机器人体重。若两款机器人均以的速度同方向运动,则二者的动量大小之差为( )
A. B. C. D.
3.(2025·天津·高考真题)一种名为“飞椅”的游乐设施如图所示,该设施中钢绳一端系着座椅,另一端系在悬臂边缘。绕竖直轴转动的悬臂带动座椅在水平面内做匀速圆周运动,座椅可视为质点,则某座椅运动一周的过程中( )
A.动量保持不变 B.所受合外力做功为零 C.所受重力的冲量为零 D.始终处于受力平衡状态
4.(2025·北京·高考真题)北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分,它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。
考虑带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中的运动,且不计粒子间相互作用。
(1)一个电荷量为的粒子的速度方向与磁场方向垂直,推导得出粒子的运动周期T与质量m的关系。
(2)两个粒子质量相等、电荷量均为q,粒子1的速度方向与磁场方向垂直,粒子2的速度方向与磁场方向平行。在相同的时间内,粒子1在半径为R的圆周上转过的圆心角为,粒子2运动的距离为d。求:
a.粒子1与粒子2的速度大小之比;
b.粒子2的动量大小。
5.(2024·重庆·高考真题)活检针可用于活体组织取样,如图所示。取样时,活检针的针芯和针鞘被瞬间弹出后仅受阻力。针鞘质量为m,针鞘在软组织中运动距离d1后进入目标组织,继续运动d2后停下来。若两段运动中针鞘整体受到阻力均视为恒力。大小分别为F1、F2,则针鞘( )
A.被弹出时速度大小为
B.到达目标组织表面时的动能为F1d1
C.运动d2过程中,阻力做功为(F1+F2)d2
D.运动d2的过程中动量变化量大小为
6.(2023·重庆·高考真题)(多选)某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示,E、F、M、N为曲线上的点,EF、MN段可视为两段直线,其方程分别为和。无人机及其载物的总质量为2kg,取竖直向上为正方向。则( )
A.EF段无人机的速度大小为4m/s
B.FM段无人机的货物处于失重状态
C.FN段无人机和装载物总动量变化量大小为4kg∙m/s
D.MN段无人机机械能守恒
7.(2023·广东·高考真题)(多选)某同学受电动窗帘的启发,设计了如图所示的简化模型.多个质量均为的滑块可在水平滑轨上滑动,忽略阻力.开窗帘过程中,电机对滑块1施加一个水平向右的恒力,推动滑块1以的速度与静止的滑块2碰撞,碰撞时间为,碰撞结束后瞬间两滑块的共同速度为.关于两滑块的碰撞过程,下列说法正确的有( )
A.该过程动量守恒
B.滑块1受到合外力的冲量大小为
C.滑块2受到合外力的冲量大小为
D.滑块2受到滑块1的平均作用力大小为
8.(2022·重庆·高考真题)(多选)一物块在倾角为的固定斜面上受到方向与斜面平行、大小与摩擦力相等的拉力作用,由静止开始沿斜面向下做匀变速直线运动,物块与斜面间的动摩擦因数处处相同。若拉力沿斜面向下时,物块滑到底端的过程中重力和摩擦力对物块做功随时间的变化分别如图曲线①、②所示,则( )
A.物块与斜面间的动摩擦因数为
B.当拉力沿斜面向上,重力做功为时,物块动能为
C.当拉力分别沿斜面向上和向下时,物块的加速度大小之比为1∶3
D.当拉力分别沿斜面向上和向下时,物块滑到底端时的动量大小之比为
9.(2022·重庆·高考真题)在测试汽车的安全气囊对驾乘人员头部防护作用的实验中,某小组得到了假人头部所受安全气囊的作用力随时间变化的曲线(如图)。从碰撞开始到碰撞结束过程中,若假人头部只受到安全气囊的作用,则由曲线可知,假人头部( )
A.速度的变化量等于曲线与横轴围成的面积 B.动量大小先增大后减小
C.动能变化正比于曲线与横轴围成的面积 D.加速度大小先增大后减小
10.(2022·江苏·高考真题)光源通过电子-光子散射使光子能量增加,光子能量增加后( )
A.频率减小 B.波长减小 C.动量减小 D.速度减小
11.(2022·湖南·高考真题)(多选)神舟十三号返回舱进入大气层一段时间后,逐一打开引导伞、减速伞、主伞,最后启动反冲装置,实现软着陆。某兴趣小组研究了减速伞打开后返回舱的运动情况,将其运动简化为竖直方向的直线运动,其图像如图所示。设该过程中,重力加速度不变,返回舱质量不变,下列说法正确的是( )
A.在时间内,返回舱重力的功率随时间减小
B.在时间内,返回舱的加速度不变
C.在时间内,返回舱的动量随时间减小
D.在时间内,返回舱的机械能不变
12.(2021·重庆·高考真题)质量相同的甲、乙两小球(视为质点)以不同的初速度竖直上抛,某时刻两球发生正碰。图中实线和虚线分别表示甲、乙两球位置随时间变化的曲线,其中虚线关于左右对称,实线两个顶点的纵坐标相同,若小球运动中除碰撞外仅受重力,则( )
A.时刻,甲的速率大于乙的速率
B.碰撞前后瞬间,乙的动量不变
C.碰撞前后瞬间,甲的动能不变
D.碰撞后甲的机械能大于乙的机械能
13.(2021·湖南·高考真题)物体的运动状态可用位置和动量描述,称为相,对应图像中的一个点。物体运动状态的变化可用图像中的一条曲线来描述,称为相轨迹。假如一质点沿轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动,则对应的相轨迹可能是( )
A. B. C. D.
14.(2020·全国I卷·高考真题)行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过程中的作用,下列说法正确的是( )
A.增加了司机单位面积的受力大小
B.减少了碰撞前后司机动量的变化量
C.将司机的动能全部转换成汽车的动能
D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积
15.(2018·全国I卷·高考真题)高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动.在启动阶段,列车的动能( )
A.与它所经历的时间成正比
B.与它的位移成正比
C.与它的速度成正比
D.与它的动量成正比
考点2冲量
16.(2026·四川·高考真题)如图所示,边长为的绝缘菱形支架EFGH竖直放置,FG边固定于水平地面,。E、G两点各固定一带电小球,两小球带等量异种电荷。点H、F间固定一光滑绝缘直轨道,另一带电小球从H点沿轨道由静止下滑至F点。重力加速度大小为、小球均可视为点电荷。则小球在运动过程中( )
A.某时刻所受支持力可能为零
B.到达F点时的速率为
C.电势能先增大后减小
D.所受电场力的冲量为零
17.(2025·甘肃·高考真题)如图1所示,细杆两端固定,质量为m的物块穿在细杆上。初始时刻。物块刚好能静止在细杆上。现以水平向左的力F作用在物块上,F随时间t的变化如图2所示。开始滑动瞬间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力。细杆足够长,重力加速度为g,θ=30°。
求:
(1)t=6s时F的大小,以及t在0~6s内F的冲量大小。
(2)t在0~6s内,摩擦力f随时间t变化的关系式,并作出相应的f−t图像。
(3)t=6s时,物块的速度大小。
18.(2024·浙江·高考真题)(多选)如图所示,一根固定的足够长的光滑绝缘细杆与水平面成角。质量为m、电荷量为+q的带电小球套在细杆上。小球始终处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中。磁场方向垂直细杆所在的竖直面,不计空气阻力。小球以初速度沿细杆向上运动至最高点,则该过程( )
A.合力冲量大小为mv0cosθ B.重力冲量大小为
C.洛伦兹力冲量大小为 D.若,弹力冲量为零
19.(2023·天津·高考真题)2023年我国首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行,实现重要技术突破。设该系统的试验列车质量为m,某次试验中列车以速率v在平直轨道上匀速行驶,刹车时牵引系统处于关闭状态,制动装置提供大小为F的制动力,列车减速直至停止。若列车行驶时始终受到大小为f的空气阻力,则( )
A.列车减速过程的加速度大小 B.列车减速过程F的冲量为mv
C.列车减速过程通过的位移大小为 D.列车匀速行驶时,牵引系统的输出功率为
20.(2022·海南·高考真题)在冰上接力比赛时,甲推乙的作用力是,乙对甲的作用力是,则这两个力( )
A.大小相等,方向相反 B.大小相等,方向相同
C.的冲量大于的冲量 D.的冲量小于的冲量
21.(2022·湖北·高考真题)一质点做曲线运动,在前一段时间内速度大小由v增大到2v,在随后的一段时间内速度大小由2v增大到5v。前后两段时间内,合外力对质点做功分别为W1和W2,合外力的冲量大小分别为I1和I2。下列关系式一定成立的是( )
A. , B. ,
C., D.,
22.(2021·全国乙卷·高考真题)(多选)水平桌面上,一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动,物体通过的路程等于时,速度的大小为,此时撤去F,物体继续滑行的路程后停止运动,重力加速度大小为g,则( )
A.在此过程中F所做的功为
B.在此过中F的冲量大小等于
C.物体与桌面间的动摩擦因数等于
D.F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍
考点3动量定理
23.(2026·湖南·高考真题)(多选)某小组设计了一磁悬浮装置。如图,环形通电线圈固定在水平面上,其上方固定一半径为的环形细管道,管道任意处磁场方向与竖直方向夹角为。质量为的带正电小球在环形管道中以某一速率做匀速圆周运动,此时小球与管道间无弹力,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A.从管道上方俯视,小球沿顺时针方向做圆周运动
B.小球做圆周运动的周期为
C.小球做圆周运动的半个周期内洛伦兹力的冲量大小为
D.若小球的绕行方向不变,速率为其做匀速圆周运动速率的2倍,则小球与管道间的弹力大小为
24.(2026·贵州·高考真题)如图,机舱内装有质量均为的甲、乙两个灭火弹模型的弹射型无人机,静止在的斜直轨道上,无人机空载时质量。无人机在弹射系统作用下以的速度沿轨道离开,随后无人机依靠自身动力飞行,达到高度时,开始以的速度沿水平方向做匀速直线运动,并进行投弹训练。设两弹所受空气阻力不计,落地点均在同一水平面上,取重力加速度。
(1)求载弹无人机在斜直轨道上运动过程中所受合力的冲量大小和方向;
(2)设水平飞行过程中,载弹无人机水平方向动力与质量满足(国际单位制),所受空气阻力大小恒为,方向与飞行方向相反,若两弹相对无人机无初速度先后被释放,时间间隔,求两弹落地点之间的距离;
(3)设无人机水平飞行过程中,先相对无人机无初速度释放甲,当甲落地时沿水平方向发射乙,此时乙相对地面的速度大小为,若无人机的速度始终不变,求乙从发射到落地的过程中,两弹之间距离的最小值与取值的关系。
25.(2025·贵州·高考真题)杵臼是我国古代加工谷物的重要工具,在《诗经·大雅》中有明确记载。使用杵臼的示意图如图(a)所示,舂捣臼中谷物时,手紧握质量为的石杵(石杵与谷物接触但未陷入),对其施加一竖直向上的恒力使其上升,作用一段时间后松手,松手后不考虑手与石杵的作用力。当石杵上升到最高点时,手再次紧握石杵并对其施加一竖直向下的作用力,其大小随下降距离的变化关系如图(b)所示,图中为的最大值。石杵接触谷物时松手,松手后不考虑手与石杵的作用力,再经过时间石杵静止,完成一次舂捣。已知,取重力加速度大小。求:
(1)石杵上升的最大高度及上升过程所用的时间;
(2)时间内石杵对谷物的平均作用力大小。
26.(2025·浙江·高考真题)高空抛物伤人事件时有发生,成年人头部受到的冲击力,就会有生命危险。设有一质量为的鸡蛋从高楼坠落,以鸡蛋上、下沿接触地面的时间差作为其撞击地面的时间,上、下沿距离为,要产生的冲击力,估算鸡蛋坠落的楼层为( )
A.5层 B.8层 C.17层 D.27层
27.(2025·北京·高考真题)关于飞机的运动,研究下列问题。
(1)质量为m的飞机在水平跑道上由静止开始做加速直线运动,当位移为x时速度为v。在此过程中,飞机受到的平均阻力为f,求牵引力对飞机做的功W。
(2)飞机准备起飞,在跑道起点由静止开始做匀加速直线运动。跑道上存在这样一个位置,飞机一旦超过该位置就不能放弃起飞,否则将会冲出跑道。已知跑道的长度为L,飞机加速时加速度大小为,减速时最大加速度大小为。求该位置距起点的距离d。
(3)无风时,飞机以速率u水平向前匀速飞行,相当于气流以速率u相对飞机向后运动。气流掠过飞机机翼,方向改变,沿机翼向后下方运动,如图所示。请建立合理的物理模型,论证气流对机翼竖直向上的作用力大小F与u的关系满足,并确定的值。
28.(2025·河北·高考真题)如图,一长为2m的平台,距水平地面高度为1.8m。质量为0.01kg的小物块以3m/s的初速度从平台左端水平向右运动。物块与平台、地面间的动摩擦因数均为0.2。物块视为质点,不考虑空气阻力,重力加速度g取10m/s2。
(1)求物块第一次落到地面时距平台右端的水平距离。
(2)若物块第一次落到地面后弹起的最大高度为0.45m,物块从离开平台到弹起至最大高度所用时间共计1s。求物块第一次与地面接触过程中,所受弹力冲量的大小,以及物块弹离地面时水平速度的大小。
29.(2025·陕晋青宁卷·高考真题)如图,有两个电性相同且质量分别为m、的粒子A、B,初始时刻相距,粒子A以速度沿两粒子连线向速度为0的粒子B运动,此时A、B两粒子系统的电势能等于。经时间粒子B到达P点,此时两粒子速度相同,同时开始给粒子B施加一恒力,方向与速度方向相同。当粒子B的速度为时,粒子A恰好运动至P点且速度为0,A、B粒子间距离恢复为,这时撤去恒力。已知任意两带电粒子系统的电势能与其距离成反比,忽略两粒子所受重力。求:(m、、、均为已知量)
(1)粒子B到达P点时的速度大小;
(2)时间内粒子B的位移大小;
(3)恒力作用的时间。
30.(2024·北京·高考真题)将小球竖直向上抛出,小球从抛出到落回原处的过程中,若所受空气阻力大小与速度大小成正比,则下列说法正确的是( )
A.上升和下落两过程的时间相等
B.上升和下落两过程损失的机械能相等
C.上升过程合力的冲量大于下落过程合力的冲量
D.上升过程的加速度始终小于下落过程的加速度
31.(2024·广东·高考真题)汽车的安全带和安全气囊是有效保护乘客的装置。
(1)安全带能通过感应车的加速度自动锁定,其原理的简化模型如图甲所示。在水平路面上刹车的过程中,敏感球由于惯性沿底座斜面上滑直到与车达到共同的加速度a,同时顶起敏感臂,使之处于水平状态,并卡住卷轴外齿轮,锁定安全带。此时敏感臂对敏感球的压力大小为,敏感球的质量为m,重力加速度为g。忽略敏感球受到的摩擦力。求斜面倾角的正切值。
(2)如图乙所示,在安全气囊的性能测试中,可视为质点的头锤从离气囊表面高度为H处做自由落体运动。与正下方的气囊发生碰撞。以头锤到气囊表面为计时起点,气囊对头锤竖直方向作用力F随时间t的变化规律,可近似用图丙所示的图像描述。已知头锤质量,重力加速度大小取。求:
①碰撞过程中F的冲量大小和方向;
②碰撞结束后头锤上升的最大高度。
32.(2024·全国甲卷·高考真题)(多选)蹦床运动中,体重为的运动员在时刚好落到蹦床上,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,重力加速度大小取。下列说法正确的是( )
A.时,运动员的重力势能最大
B.时,运动员的速度大小为
C.时,运动员恰好运动到最大高度处
D.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
33.(2024·江苏·高考真题)“嫦娥六号”探测器由着陆器、上升器、轨道器和返回器四个部分组成,沿环月轨道以速度运动。某时刻,着陆器和上升器(组合体)、轨道器和返回器(组合体)分离,分离时间为。分离后的速度大小为,方向与相同。已知组合体、的质量分别为、。求:
(1)分离后的速度大小;
(2)分离过程中,对的平均推力大小。
34.(2024·福建·高考真题)(多选)如图(a),水平地面上固定有一倾角为的足够长光滑斜面,一质量为的滑块锁定在斜面上。时解除锁定,同时对滑块施加沿斜面方向的拉力,随时间的变化关系如图(b)所示,取沿斜面向下为正方向,重力加速度大小为,则滑块( )
A.在内一直沿斜面向下运动
B.在内所受合外力的总冲量大小为零
C.在时动量大小是在时的一半
D.在内的位移大小比在内的小
35.(2023·河北·高考真题)某科研团队通过传感器收集并分析运动数据,为跳高运动员的技术动作改进提供参考。图为跳高运动员在起跳过程中,其单位质量受到地面的竖直方向支持力随时间变化关系曲线。图像中至内,曲线下方的面积与阴影部分的面积相等。已知该运动员的质量为,重力加速度g取。下列说法正确的是( )
A.起跳过程中运动员的最大加速度约为
B.起跳后运动员重心上升的平均速度大小约为
C.起跳后运动员重心上升的最大高度约为
D.起跳过程中运动员所受合力的冲量大小约为
36.(2024·浙江·高考真题)如图1所示,扫描隧道显微镜减振装置由绝缘减振平台和磁阻尼减振器组成。平台通过三根关于轴对称分布的相同轻杆悬挂在轻质弹簧的下端O,弹簧上端固定悬挂在点,三个相同的关于轴对称放置的减振器位于平台下方。如图2所示,每个减振器由通过绝缘轻杆固定在平台下表面的线圈和固定在桌面上能产生辐向磁场的铁磁体组成,辐向磁场分布关于线圈中心竖直轴对称,线圈所在处磁感应强度大小均为B。处于静止状态的平台受到外界微小扰动,线圈在磁场中做竖直方向的阻尼运动,其位移随时间变化的图像如图3所示。已知时速度为,方向向下,、时刻的振幅分别为,。平台和三个线圈的总质量为m,弹簧的劲度系数为k,每个线圈半径为r、电阻为R。当弹簧形变量为时,其弹性势能为。不计空气阻力,求
(1)平台静止时弹簧的伸长量;
(2)时,每个线圈所受到安培力F的大小;
(3)在时间内,每个线圈产生的焦耳热Q;
(4)在时间内,弹簧弹力冲量的大小。
37.(2023·福建·高考真题)(多选)甲、乙两辆完全相同的小车均由静止沿同一方向出发做直线运动。以出发时刻为计时零点,甲车的速度—时间图像如图(a)所示,乙车所受合外力—时间图像如图(b)所示。则( )
A.0 ~ 2s内,甲车的加速度大小逐渐增大
B.乙车在t = 2s和t = 6s时的速度相同
C.2 ~ 6s内,甲、乙两车的位移不同
D.t = 8s时,甲、乙两车的动能不同
38.(2023·浙江·高考真题)利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示,Oxy平面(纸面)的第一象限内有足够长且宽度均为L、边界均平行x轴的区域Ⅰ和Ⅱ,其中区域Ⅰ存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场,区域Ⅱ存在磁感应强度大小为B2的磁场,方向均垂直纸面向里,区域Ⅱ的下边界与x轴重合。位于处的离子源能释放出质量为m、电荷量为q、速度方向与x轴夹角为60°的正离子束,沿纸面射向磁场区域。不计离子的重力及离子间的相互作用,并忽略磁场的边界效应。
(1)求离子不进入区域Ⅱ的最大速度v1及其在磁场中的运动时间t;
(2)若,求能到达处的离子的最小速度v2;
(3)若,且离子源射出的离子数按速度大小均匀地分布在范围,求进入第四象限的离子数与总离子数之比η。
39.(2023·新课标卷·高考真题)(多选)使甲、乙两条形磁铁隔开一段距离,静止于水平桌面上,甲的N极正对着乙的S极,甲的质量大于乙的质量,两者与桌面之间的动摩擦因数相等。现同时释放甲和乙,在它们相互接近过程中的任一时刻( )
A.甲的速度大小比乙的大 B.甲的动量大小比乙的小
C.甲的动量大小与乙的相等 D.甲和乙的动量之和不为零
40.(2022·北京·高考真题)体育课上,甲同学在距离地面高处将排球击出,球的初速度沿水平方向,大小为;乙同学在离地处将排球垫起,垫起前后球的速度大小相等,方向相反。已知排球质量,取重力加速度。不计空气阻力。求:
(1)排球被垫起前在水平方向飞行的距离x;
(2)排球被垫起前瞬间的速度大小v及方向;
(3)排球与乙同学作用过程中所受冲量的大小I。
41.(2022·北京·高考真题)“雪如意”是我国首座国际标准跳台滑雪场地。跳台滑雪运动中,裁判员主要根据运动员在空中的飞行距离和动作姿态评分。运动员在进行跳台滑雪时大致经过四个阶段:①助滑阶段,运动员两腿尽量深蹲,顺着助滑道的倾斜面下滑;②起跳阶段,当进入起跳区时,运动员两腿猛蹬滑道快速伸直,同时上体向前伸展;③飞行阶段,在空中运动员保持身体与雪板基本平行、两臂伸直贴放于身体两侧的姿态;④着陆阶段,运动员落地时两腿屈膝,两臂左右平伸。下列说法正确的是( )
A.助滑阶段,运动员深蹲是为了减小与滑道之间的摩擦力
B.起跳阶段,运动员猛蹬滑道主要是为了增加向上的速度
C.飞行阶段,运动员所采取的姿态是为了增加水平方向速度
D.着陆阶段,运动员两腿屈膝是为了减少与地面的作用时间
42.(2022·湖南·高考真题)如图(a),质量为m的篮球从离地H高度处由静止下落,与地面发生一次非弹性碰撞后反弹至离地h的最高处。设篮球在运动过程中所受空气阻力的大小是篮球所受重力的倍(为常数且),且篮球每次与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比相同,重力加速度大小为g。
(1)求篮球与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比;
(2)若篮球反弹至最高处h时,运动员对篮球施加一个向下的压力F,使得篮球与地面碰撞一次后恰好反弹至h的高度处,力F随高度y的变化如图(b)所示,其中已知,求的大小;
(3)篮球从H高度处由静止下落后,每次反弹至最高点时,运动员拍击一次篮球(拍击时间极短),瞬间给其一个竖直向下、大小相等的冲量I,经过N次拍击后篮球恰好反弹至H高度处,求冲量I的大小。
43.(2022·山东·高考真题)我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示,发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出,火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中( )
A.火箭的加速度为零时,动能最大
B.高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能
C.高压气体对火箭推力的冲量等于火箭动量的增加量
D.高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭动能的增加量
44.(2022·全国乙卷·高考真题)(多选)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与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2,重力加速度大小取。则( )
A.时物块的动能为零
B.时物块回到初始位置
C.时物块的动量为
D.时间内F对物块所做的功为
45.(2021·重庆·高考真题)我国规定摩托车、电动自行车骑乘人员必须依法佩戴具有缓冲作用的安全头盔。小明对某轻质头盔的安全性能进行了模拟实验检测。某次,他在头盔中装入质量为的物体(物体与头盔密切接触),使其从的高处自由落下(如图),并与水平地面发生碰撞,头盔厚度被挤压了时,物体的速度减小到零。挤压过程不计物体重力,且视为匀减速直线运动,不考虑物体和地面的形变,忽略空气阻力,重力加速度g取。求:
(1)头盔接触地面前瞬间的速度大小;
(2)物体做匀减速直线运动的时间;
(3)物体在匀减速直线运动过程中所受平均作用力的大小。
46.(2021·福建·高考真题)福建属于台风频发地区,各类户外设施建设都要考虑台风影响。已知10级台风的风速范围为,16级台风的风速范围为。若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌,则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的( )
A.2倍 B.4倍 C.8倍 D.16倍
47.(2021·湖北·高考真题)抗日战争时期,我军缴获不少敌军武器武装自己,其中某轻机枪子弹弹头质量约8 g,出膛速度大小约750 m/s。某战士在使用该机枪连续射击1分钟的过程中,机枪所受子弹的平均反冲力大小约12 N,则机枪在这1分钟内射出子弹的数量约为( )
A.40 B.80 C.120 D.160
48.(2021·天津·高考真题)(多选)一冲九霄,问鼎苍穹。2021年4月29日,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱发射升空,标志着我国空间站建造进入全面实施阶段。下列关于火箭的描述正确的是( )
A.增加单位时间的燃气喷射量可以增大火箭的推力
B.增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速
D.火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃气与发射台之间的相互作用
49.(2021·北京·高考真题)如图所示,圆盘在水平面内以角速度ω绕中心轴匀速转动,圆盘上距轴r处的P点有一质量为m的小物体随圆盘一起转动。某时刻圆盘突然停止转动,小物体由P点滑至圆盘上的某点停止。下列说法正确的是( )
A.圆盘停止转动前,小物体所受摩擦力的方向沿运动轨迹切线方向
B.圆盘停止转动前,小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为
C.圆盘停止转动后,小物体沿圆盘半径方向运动
D.圆盘停止转动后,小物体整个滑动过程所受摩擦力的冲量大小为
50.(2021·山东·高考真题)海鸥捕到外壳坚硬的鸟蛤(贝类动物)后,有时会飞到空中将它丢下,利用地面的冲击打碎硬壳。一只海鸥叼着质量的鸟蛤,在的高度、以的水平速度飞行时,松开嘴巴让鸟蛤落到水平地面上。取重力加速度,忽略空气阻力。
(1)若鸟蛤与地面的碰撞时间,弹起速度可忽略,求碰撞过程中鸟蛤受到的平均作用力大小F;(碰撞过程中不计重力)
(2)在海鸥飞行方向正下方的地面上,有一与地面平齐、长度的岩石,以岩石左端为坐标原点,建立如图所示坐标系。若海鸥水平飞行的高度仍为,速度大小在之间,为保证鸟蛤一定能落到岩石上,求释放鸟蛤位置的x坐标范围。
51.(2020·海南·高考真题)太空探测器常装配离子发动机,其基本原理是将被电离的原子从发动机尾部高速喷出,从而为探测器提供推力,若某探测器质量为,离子以的速率(远大于探测器的飞行速率)向后喷出,流量为,则探测器获得的平均推力大小为( )
A. B. C. D.
52.(2019·北京·高考真题)雨滴落到地面的速度通常仅为几米每秒,这与雨滴下落过程中受到空气阻力有关。雨滴间无相互作用且雨滴质量不变,重力加速度为g。
(1)质量为m的雨滴由静止开始,下落高度h时速度为u,求这一过程中克服空气阻力所做的功W;
(2)将雨滴看作半径为r的球体,设其竖直落向地面的过程中所受空气阻力f=kr2v2,其中v是雨滴的速度,k是比例系数;
a.设雨滴的密度为ρ,推导雨滴下落趋近的最大速度vm与半径r的关系式;
b.示意图中画出了半径为r1、r2(r1>r2)的雨滴在空气中无初速下落的v—t图线,其中_____对应半径为r1的雨滴(选填①、②);若不计空气阻力,请在图中画出雨滴无初速下落的v—t图线。
(3)由于大量气体分子在各方向运动的几率相等,其对静止雨滴的作用力为零。将雨滴简化为垂直于运动方向面积为S的圆盘,证明:圆盘以速度v下落时受到的空气阻力f ∝v2(提示:设单位体积内空气分子数为n,空气分子质量为m0)。
53.(2019·全国II卷·高考真题)一质量为m=2000 kg的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶.行驶过程中,司机忽然发现前方100 m处有一警示牌.立即刹车.刹车过程中,汽车所受阻力大小随时间变化可简化为图(a)中的图线.图(a)中,0~t1时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间(这段时间内汽车所受阻力已忽略,汽车仍保持匀速行驶),t1=0.8 s;t1~t2时间段为刹车系统的启动时间,t2=1.3 s;从t2时刻开始汽车的刹车系统稳定工作,直至汽车停止,已知从t2时刻开始,汽车第1 s内的位移为24 m,第4 s内的位移为1 m.
(1)在图(b)中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的v-t图线;
(2)求t2时刻汽车的速度大小及此后的加速度大小;
(3)求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及t1~t2时间内汽车克服阻力做的功;司机发现警示牌到汽车停止,汽车行驶的距离约为多少(以t1~t2时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度)?
54.(2019·全国I卷·高考真题)最近,我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功,这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展.若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s,产生的推力约为4.8×106 N,则它在1 s时间内喷射的气体质量约为
A.1.6×102 kg B.1.6×103 kg C.1.6×105 kg D.1.6×106 kg
55.(2018·江苏·高考真题)如图所示,悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m,运动速度的大小为v,方向向下.经过时间t,小球的速度大小为v,方向变为向上.忽略空气阻力,重力加速度为g,求该运动过程中,小球所受弹簧弹力冲量的大小.
56.(2018·北京·高考真题)2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。某滑道示意图如下,长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接,滑道BC高h=10m,C是半径R=20m圆弧的最低点,质量m=60kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度,到达B点时速度vB=30 m/s。取重力加速度g=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的I大小;
(3)若不计BC段的阻力,画出运动员经过C点时的受力图,并求其所受支持力FN的大小。
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专题13 动量定理
考点分类
十年考情(2017-2026)
命题规律
考点1动量
考点2冲量
考点3动量定理
2026北京卷、2026湖南卷2025北京卷2025四川卷2025湖北卷2024重庆卷、2024全国卷、2024福建卷、2024安徽卷、2024北京卷、2023重庆卷、2023全国高考真题、2023浙江卷、2023广东卷、2022江苏卷、2022福建卷、2021湖北卷、2021湖南卷、2021辽宁卷、2021全国卷、2020江苏卷、2020上海卷、2019浙江卷、2019江苏高考真题、2018江苏卷、2018天津高考真题、2018全国高考真题、2018海南卷、2017江苏卷、2017浙江卷
. 真实情境深度渗透:以国产缓冲防撞装置、航天着陆反推、体育赛事冲量测算等前沿科技/生活场景为载体,不再使用纯理论裸模型出题,要求学生从复杂场景中提炼冲量与动量变化的对应关系。
. 综合关联属性突出:不再孤立考查动量定理公式,会联动牛顿运动定律、动能定理、碰撞类模型等考点,强化“合外力冲量→动量变化”的完整解题链条,规避繁琐的分段动力学计算。
. 能力导向持续强化:弱化机械繁琐的代数运算,重点考查变力冲量的动量定理应用、多过程场景的全程列式能力,规避固化刷题套路,依靠建模能力实现分数分层。
考点1动量
1.(2026·江苏·高考真题)如图所示,水平面内一光滑小球沿正方形线框保持速率不变运行,a、b、c、d分别是各边中点,在拐点处小球所受合力的冲量大小和其动量大小的比值是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】根据动量定理,小球在拐点处受到合力的冲量等于动量的变化量,即
设小球速率为v,动量大小
正方形相邻边方向垂直,小球拐弯前后速度大小均为v,方向夹角为,因此动量变化量的大小为:
可得
结合几何关系,选项中只有A符合。
故选A。
2.(2026·四川·高考真题)2026年2月,我国某科创团队发布全球首款速度达到的全尺寸人形机器人、该机器人体重;2025年1月、该团队发布的四足机器人体重。若两款机器人均以的速度同方向运动,则二者的动量大小之差为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】根据题意,由动量表达式可得,二者的动量大小之差为
故选C。
3.(2025·天津·高考真题)一种名为“飞椅”的游乐设施如图所示,该设施中钢绳一端系着座椅,另一端系在悬臂边缘。绕竖直轴转动的悬臂带动座椅在水平面内做匀速圆周运动,座椅可视为质点,则某座椅运动一周的过程中( )
A.动量保持不变 B.所受合外力做功为零 C.所受重力的冲量为零 D.始终处于受力平衡状态
【答案】B
【详解】座椅在水平面内做匀速圆周运动,速度大小不变,方向改变
A.根据可知动量大小不变,方向改变,故A错误;
B.速度大小不变,则座椅的动能不变,根据动能定理可知所受合外力做功为零,故B正确;
C.根据可知所受重力的冲量不为零,故C错误;
D.座椅在水平面内做匀速圆周运动,一定有向心加速度,所以不是处于受力平衡状态,故D错误。
故选B。
4.(2025·北京·高考真题)北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分,它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。
考虑带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中的运动,且不计粒子间相互作用。
(1)一个电荷量为的粒子的速度方向与磁场方向垂直,推导得出粒子的运动周期T与质量m的关系。
(2)两个粒子质量相等、电荷量均为q,粒子1的速度方向与磁场方向垂直,粒子2的速度方向与磁场方向平行。在相同的时间内,粒子1在半径为R的圆周上转过的圆心角为,粒子2运动的距离为d。求:
a.粒子1与粒子2的速度大小之比;
b.粒子2的动量大小。
【答案】(1)
(2)a.;b.
【详解】(1)粒子速度方向与磁场垂直,做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力
解得轨道半径
圆周运动的周期
将R代入得
比例关系为
(2)a.由题意知粒子1做圆周运动,线速度
粒子2做匀速直线运动,速度
所以速度之比
即
b.对粒子1,由洛伦兹力提供向心力有
可得
粒子2的动量
结合前面的分析可得
5.(2024·重庆·高考真题)活检针可用于活体组织取样,如图所示。取样时,活检针的针芯和针鞘被瞬间弹出后仅受阻力。针鞘质量为m,针鞘在软组织中运动距离d1后进入目标组织,继续运动d2后停下来。若两段运动中针鞘整体受到阻力均视为恒力。大小分别为F1、F2,则针鞘( )
A.被弹出时速度大小为
B.到达目标组织表面时的动能为F1d1
C.运动d2过程中,阻力做功为(F1+F2)d2
D.运动d2的过程中动量变化量大小为
【答案】A
【详解】A.根据动能定理有
解得
故A正确;
B.针鞘到达目标组织表面后,继续前进d2减速至零,有
Ek = F2d2
故B错误;
C.针鞘运动d2的过程中,克服阻力做功为F2d2,故C错误;
D.针鞘运动d2的过程中,动量变化量大小
故D错误。
故选A。
6.(2023·重庆·高考真题)(多选)某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示,E、F、M、N为曲线上的点,EF、MN段可视为两段直线,其方程分别为和。无人机及其载物的总质量为2kg,取竖直向上为正方向。则( )
A.EF段无人机的速度大小为4m/s
B.FM段无人机的货物处于失重状态
C.FN段无人机和装载物总动量变化量大小为4kg∙m/s
D.MN段无人机机械能守恒
【答案】AB
【详解】A.根据EF段方程
可知EF段无人机的速度大小为
故A正确;
B.根据图像的切线斜率表示无人机的速度,可知FM段无人机先向上做减速运动,后向下做加速运动,加速度方向一直向下,则无人机的货物处于失重状态,故B正确;
C.根据MN段方程
可知MN段无人机的速度为
则有
可知FN段无人机和装载物总动量变化量大小为12kg∙m/s,故C错误;
D.MN段无人机向下做匀速直线运动,动能不变,重力势能减少,无人机的机械能不守恒,故D错误。
故选AB。
7.(2023·广东·高考真题)(多选)某同学受电动窗帘的启发,设计了如图所示的简化模型.多个质量均为的滑块可在水平滑轨上滑动,忽略阻力.开窗帘过程中,电机对滑块1施加一个水平向右的恒力,推动滑块1以的速度与静止的滑块2碰撞,碰撞时间为,碰撞结束后瞬间两滑块的共同速度为.关于两滑块的碰撞过程,下列说法正确的有( )
A.该过程动量守恒
B.滑块1受到合外力的冲量大小为
C.滑块2受到合外力的冲量大小为
D.滑块2受到滑块1的平均作用力大小为
【答案】BD
【详解】A.取向右为正方向,滑块1和滑块2组成的系统的初动量为
碰撞后的动量为
则滑块的碰撞过程动量不守恒,故A错误;
B.对滑块1,取向右为正方向,则有
负号表示方向水平向左,故B正确;
C.对滑块2,取向右为正方向,则有
故C错误;
D.对滑块2根据动量定理有
解得
则滑块2受到滑块1的平均作用力大小为,故D正确。
故选BD。
8.(2022·重庆·高考真题)(多选)一物块在倾角为的固定斜面上受到方向与斜面平行、大小与摩擦力相等的拉力作用,由静止开始沿斜面向下做匀变速直线运动,物块与斜面间的动摩擦因数处处相同。若拉力沿斜面向下时,物块滑到底端的过程中重力和摩擦力对物块做功随时间的变化分别如图曲线①、②所示,则( )
A.物块与斜面间的动摩擦因数为
B.当拉力沿斜面向上,重力做功为时,物块动能为
C.当拉力分别沿斜面向上和向下时,物块的加速度大小之比为1∶3
D.当拉力分别沿斜面向上和向下时,物块滑到底端时的动量大小之比为
【答案】BC
【详解】A.对物体受力分析可知,平行于斜面向下的拉力大小等于滑动摩擦力,有
由牛顿第二定律可知,物体下滑的加速度为
则拉力沿斜面向下时,物块滑到底端的过程中重力和摩擦力对物块做功为
代入数据联立解得
故A错误;
C.当拉力沿斜面向上,由牛顿第二定律有
解得
则拉力分别沿斜面向上和向下时,物块的加速度大小之比为
故C正确;
B.当拉力沿斜面向上,重力做功为
合力做功为
则其比值为
则重力做功为时,物块的动能即合外力做功为,故B正确;
D.当拉力分别沿斜面向上和向下时,物块滑到底端时的动量大小为
则动量的大小之比为
故D错误。
故选BC。
9.(2022·重庆·高考真题)在测试汽车的安全气囊对驾乘人员头部防护作用的实验中,某小组得到了假人头部所受安全气囊的作用力随时间变化的曲线(如图)。从碰撞开始到碰撞结束过程中,若假人头部只受到安全气囊的作用,则由曲线可知,假人头部( )
A.速度的变化量等于曲线与横轴围成的面积 B.动量大小先增大后减小
C.动能变化正比于曲线与横轴围成的面积 D.加速度大小先增大后减小
【答案】D
【详解】AB.由题知假人的头部只受到安全气囊的作用,则F—t图像的面积即合外力的冲量,再根据动量定理可知F—t图像的面积也是动量的变化量,且图线一直在t轴的上方,由于头部有初动量,由图可知,动量变化越来越大,则动量的大小一直减小到假人头静止,动量变化最大,AB错误;
C.根据动量与动能的关系有,而F—t图像的面积是动量的变化量,则动能的变化量与曲线与横轴围成的面积不成正比,C错误;
D.由题知假人的头部只受到安全气囊的作用,则根据牛顿定律可知a∝F,即假人头部的加速度先增大后减小,D正确。
故选D。
10.(2022·江苏·高考真题)光源通过电子-光子散射使光子能量增加,光子能量增加后( )
A.频率减小 B.波长减小 C.动量减小 D.速度减小
【答案】B
【详解】AB.根据可知光子的能量增加后,光子的频率增加,又根据
可知光子波长减小,故A错误,B正确;
CD.根据
可知光子的动量增加;根据光速不变原理可知,光子速度不变,故CD错误。
故选B。
11.(2022·湖南·高考真题)(多选)神舟十三号返回舱进入大气层一段时间后,逐一打开引导伞、减速伞、主伞,最后启动反冲装置,实现软着陆。某兴趣小组研究了减速伞打开后返回舱的运动情况,将其运动简化为竖直方向的直线运动,其图像如图所示。设该过程中,重力加速度不变,返回舱质量不变,下列说法正确的是( )
A.在时间内,返回舱重力的功率随时间减小
B.在时间内,返回舱的加速度不变
C.在时间内,返回舱的动量随时间减小
D.在时间内,返回舱的机械能不变
【答案】AC
【详解】A.重力的功率为
由图可知在0~t1时间内,返回舱的速度随时间减小,故重力的功率随时间减小,故A正确;
B.根据v-t图像的斜率表示加速度可知在0~t1时间内返回舱的加速度减小,故B错误;
C.在t1~t2时间内由图像可知返回舱的速度减小,故可知动量随时间减小。故C正确;
D.在t2~t3时间内,由图像可知返回舱的速度不变,则动能不变,但由于返回舱高度下降,重力势能减小,故机械能减小,故D错误。
故选AC。
12.(2021·重庆·高考真题)质量相同的甲、乙两小球(视为质点)以不同的初速度竖直上抛,某时刻两球发生正碰。图中实线和虚线分别表示甲、乙两球位置随时间变化的曲线,其中虚线关于左右对称,实线两个顶点的纵坐标相同,若小球运动中除碰撞外仅受重力,则( )
A.时刻,甲的速率大于乙的速率
B.碰撞前后瞬间,乙的动量不变
C.碰撞前后瞬间,甲的动能不变
D.碰撞后甲的机械能大于乙的机械能
【答案】C
【详解】A.根据位移图像斜率表示速度可知,时刻,甲的速率小于乙的速率,故A错误;
BC.根据甲乙两球位移图像可知,碰撞前后瞬间,两球交换速度,方向反向。根据题述,虚线(乙的位移图像)关于左右对称,所以碰撞前后瞬间,乙的动量大小不变,方向变化,甲的动能不变,故B错误C正确;
D.根据题述,实线两个顶点的纵坐标相同,可知碰撞后甲的机械能与乙的机械能相等,故D错误。
故选C。
13.(2021·湖南·高考真题)物体的运动状态可用位置和动量描述,称为相,对应图像中的一个点。物体运动状态的变化可用图像中的一条曲线来描述,称为相轨迹。假如一质点沿轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动,则对应的相轨迹可能是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】质点沿轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动,则有
而动量为
联立可得
动量关于为幂函数,且,故正确的相轨迹图像为D。
故选D。
14.(2020·全国I卷·高考真题)行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过程中的作用,下列说法正确的是( )
A.增加了司机单位面积的受力大小
B.减少了碰撞前后司机动量的变化量
C.将司机的动能全部转换成汽车的动能
D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积
【答案】D
【详解】A.因安全气囊充气后,受力面积增大,故减小了司机单位面积的受力大小,故A错误;
B.有无安全气囊司机初动量和末动量均相同,所以动量的改变量也相同,故B错误;
C.因有安全气囊的存在,司机和安全气囊接触后会有一部分动能转化为气体的内能,不能全部转化成汽车的动能,故C错误;
D.因为安全气囊充气后面积增大,司机的受力面积也增大,在司机挤压气囊作用过程中由于气囊的缓冲故增加了作用时间,故D正确。
故选D。
15.(2018·全国I卷·高考真题)高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动.在启动阶段,列车的动能( )
A.与它所经历的时间成正比
B.与它的位移成正比
C.与它的速度成正比
D.与它的动量成正比
【答案】B
【详解】AC.根据初速度为零匀变速直线运动规律可知,在启动阶段,列车的速度与时间成正比,即
v=at
由动能公式
可知列车动能与速度的二次方成正比,与时间的二次方成正比,AC错误;
B.由
可知列车动能与位移x成正比,B正确;
D.由动量公式
可知列车动能
即与列车的动量二次方成正比,D错误。
故选B。
考点2冲量
16.(2026·四川·高考真题)如图所示,边长为的绝缘菱形支架EFGH竖直放置,FG边固定于水平地面,。E、G两点各固定一带电小球,两小球带等量异种电荷。点H、F间固定一光滑绝缘直轨道,另一带电小球从H点沿轨道由静止下滑至F点。重力加速度大小为、小球均可视为点电荷。则小球在运动过程中( )
A.某时刻所受支持力可能为零
B.到达F点时的速率为
C.电势能先增大后减小
D.所受电场力的冲量为零
【答案】A
【详解】A.根据菱形几何性质和等量异种电荷的电场特点可知HF轨道电势处处相等,等量异种电荷中垂线上电场方向平行于电荷连线EG,若电场力方向与重力垂直轨道的分力方向相反、大小相等,则支持力N=0,这种情况是可能存在的,故A正确;
B. 整个过程电场力不做功,只有重力做功,由几何关系得下落高度
根据动能定理:
解得,故B错误;
C.HF是等势线,整个运动过程中小球电势不变,电势能不变,故C错误;
D.冲量是矢量,等量异种电荷中垂线上电场方向始终不变,因此电场力方向始终不变,整个过程电场力的总冲量不为零,故D错误。
故选 A。
17.(2025·甘肃·高考真题)如图1所示,细杆两端固定,质量为m的物块穿在细杆上。初始时刻。物块刚好能静止在细杆上。现以水平向左的力F作用在物块上,F随时间t的变化如图2所示。开始滑动瞬间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力。细杆足够长,重力加速度为g,θ=30°。
求:
(1)t=6s时F的大小,以及t在0~6s内F的冲量大小。
(2)t在0~6s内,摩擦力f随时间t变化的关系式,并作出相应的f−t图像。
(3)t=6s时,物块的速度大小。
【答案】(1),
(2)
(3)
【详解】(1)由图2可知F随时间线性变化,根据数学知识可知
所以当t=6s时,
0~6s内F的冲量为F−t图围成的面积,即
(2)由于初始时刻。物块刚好能静止在细杆上,则有
即
在垂直杆方向,当时,
则0−4s,垂直杆方向
摩擦力
在4−6s内,垂直杆方向
摩擦力
相应的f−t图像如图
(3)在0~6s内沿杆方向根据动量定理有
在0~6s内摩擦力的冲量为f−t图围成的面积,则
联立有
可得
18.(2024·浙江·高考真题)(多选)如图所示,一根固定的足够长的光滑绝缘细杆与水平面成角。质量为m、电荷量为+q的带电小球套在细杆上。小球始终处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中。磁场方向垂直细杆所在的竖直面,不计空气阻力。小球以初速度沿细杆向上运动至最高点,则该过程( )
A.合力冲量大小为mv0cosθ B.重力冲量大小为
C.洛伦兹力冲量大小为 D.若,弹力冲量为零
【答案】CD
【详解】A.根据动量定理
故合力冲量大小为,故A错误;
B.小球上滑的时间为
重力的冲量大小为
故B错误;
C.小球所受洛伦兹力为
,
随时间线性变化,故洛伦兹力冲量大小为
故C正确;
D.若,0时刻小球所受洛伦兹力为
小球在垂直细杆方向所受合力为零,可得
即
则小球在整个减速过程的图像如图
图线与横轴围成的面积表示冲量可得弹力的冲量为零,故D正确。
故选CD。
19.(2023·天津·高考真题)2023年我国首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行,实现重要技术突破。设该系统的试验列车质量为m,某次试验中列车以速率v在平直轨道上匀速行驶,刹车时牵引系统处于关闭状态,制动装置提供大小为F的制动力,列车减速直至停止。若列车行驶时始终受到大小为f的空气阻力,则( )
A.列车减速过程的加速度大小 B.列车减速过程F的冲量为mv
C.列车减速过程通过的位移大小为 D.列车匀速行驶时,牵引系统的输出功率为
【答案】C
【详解】A.根据牛顿第二定律有
可得减速运动加速度大小
故A错误;
B.根据运动学公式有
故力F的冲量为
方向与运动方向相反;故B错误;
C.根据运动学公式
可得
故C正确;
D.匀速行驶时牵引力等于空气阻力,则功率为
故D错误。
故选C。
20.(2022·海南·高考真题)在冰上接力比赛时,甲推乙的作用力是,乙对甲的作用力是,则这两个力( )
A.大小相等,方向相反 B.大小相等,方向相同
C.的冲量大于的冲量 D.的冲量小于的冲量
【答案】A
【详解】根据题意可知和是相互作用力,根据牛顿第三定律可知和等大反向、具有同时性;根据冲量定义式可知和的冲量大小相等,方向相反。
故选A。
21.(2022·湖北·高考真题)一质点做曲线运动,在前一段时间内速度大小由v增大到2v,在随后的一段时间内速度大小由2v增大到5v。前后两段时间内,合外力对质点做功分别为W1和W2,合外力的冲量大小分别为I1和I2。下列关系式一定成立的是( )
A. , B. ,
C., D.,
【答案】D
【详解】根据动能定理可知
可得
由于速度是矢量,具有方向,当初、末速度方向相同时,动量变化量最小,方向相反时,动量变化量最大,因此冲量的大小范围是
比较可得
一定成立。
故选D。
22.(2021·全国乙卷·高考真题)(多选)水平桌面上,一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动,物体通过的路程等于时,速度的大小为,此时撤去F,物体继续滑行的路程后停止运动,重力加速度大小为g,则( )
A.在此过程中F所做的功为
B.在此过中F的冲量大小等于
C.物体与桌面间的动摩擦因数等于
D.F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍
【答案】BC
【详解】CD.外力撤去前,由牛顿第二定律可知
①
由速度位移公式有
②
外力撤去后,由牛顿第二定律可知
③
由速度位移公式有
④
由①②③④可得,水平恒力
动摩擦因数
滑动摩擦力
可知F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的3倍,
故C正确,D错误;
A.在此过程中,外力F做功为
故A错误;
B.由平均速度公式可知,外力F作用时间
在此过程中,F的冲量大小是
故B正确。
故选BC。
考点3动量定理
23.(2026·湖南·高考真题)(多选)某小组设计了一磁悬浮装置。如图,环形通电线圈固定在水平面上,其上方固定一半径为的环形细管道,管道任意处磁场方向与竖直方向夹角为。质量为的带正电小球在环形管道中以某一速率做匀速圆周运动,此时小球与管道间无弹力,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A.从管道上方俯视,小球沿顺时针方向做圆周运动
B.小球做圆周运动的周期为
C.小球做圆周运动的半个周期内洛伦兹力的冲量大小为
D.若小球的绕行方向不变,速率为其做匀速圆周运动速率的2倍,则小球与管道间的弹力大小为
【答案】AD
【详解】A.根据题意可知,小球所受洛伦兹力的水平分力提供小球做圆周运动的向心力,由左手定则可知,从管道上方俯视,小球沿顺时针方向做圆周运动,故A正确;
B.设磁感应强度为,小球的速度为,此时小球与管道间无弹力,竖直方向上有
水平方向上有
解得
则小球做圆周运动的周期为,故B错误;
C.根据题意,水平方向上,由动量定理有
竖直方向有
则小球做圆周运动的半个周期内洛伦兹力的冲量大小为,故C错误;
D.若小球的绕行方向不变,速率为其做匀速圆周运动速率的2倍,竖直方向上有
水平方向上有
小球与管道间的弹力大小
联立解得,故D正确。
故选AD。
24.(2026·贵州·高考真题)如图,机舱内装有质量均为的甲、乙两个灭火弹模型的弹射型无人机,静止在的斜直轨道上,无人机空载时质量。无人机在弹射系统作用下以的速度沿轨道离开,随后无人机依靠自身动力飞行,达到高度时,开始以的速度沿水平方向做匀速直线运动,并进行投弹训练。设两弹所受空气阻力不计,落地点均在同一水平面上,取重力加速度。
(1)求载弹无人机在斜直轨道上运动过程中所受合力的冲量大小和方向;
(2)设水平飞行过程中,载弹无人机水平方向动力与质量满足(国际单位制),所受空气阻力大小恒为,方向与飞行方向相反,若两弹相对无人机无初速度先后被释放,时间间隔,求两弹落地点之间的距离;
(3)设无人机水平飞行过程中,先相对无人机无初速度释放甲,当甲落地时沿水平方向发射乙,此时乙相对地面的速度大小为,若无人机的速度始终不变,求乙从发射到落地的过程中,两弹之间距离的最小值与取值的关系。
【答案】(1),方向与水平方向夹角为
(2)
(3)
【详解】(1)载弹无人机在斜直轨道上运动过程中,由动量定理有
代入数据解得
则载弹无人机在斜直轨道上运动过程中所受合力的冲量大小为,方向沿斜直轨道向上,即与水平方向夹角为。
(2)先释放一个灭火弹后载弹无人机水平方向的动力大小为
水平方向由牛顿第二定律有
则释放第一个灭火弹后,第二个灭火弹与无人机一起做匀加速直线运动,所以后释放的灭火弹释放时的速度为
从释放第一个灭火弹到释放第二个灭火弹的过程,由速度位移公式可知后释放的灭火弹的位移为
由于两弹所受空气阻力不计,则两弹释放后均做平抛运动,有
则两弹落地点之间的距离为
(3)相对无人机无初速度释放甲,且无人机的速度始终不变,则根据平抛运动规律可知,甲落地时,乙在甲的正上方H处,设发射乙后乙的运动时间为,则此时两弹之间的距离为
由二次函数知识可知,当,两弹之间距离最小,即
由于,上述对称轴只有在即时,才落在有效区间内。
当时,对称轴,二次函数在区间单调递增,最小值在(发射瞬间)取得,此时两弹水平距离为0,竖直距离为,故
综上有
25.(2025·贵州·高考真题)杵臼是我国古代加工谷物的重要工具,在《诗经·大雅》中有明确记载。使用杵臼的示意图如图(a)所示,舂捣臼中谷物时,手紧握质量为的石杵(石杵与谷物接触但未陷入),对其施加一竖直向上的恒力使其上升,作用一段时间后松手,松手后不考虑手与石杵的作用力。当石杵上升到最高点时,手再次紧握石杵并对其施加一竖直向下的作用力,其大小随下降距离的变化关系如图(b)所示,图中为的最大值。石杵接触谷物时松手,松手后不考虑手与石杵的作用力,再经过时间石杵静止,完成一次舂捣。已知,取重力加速度大小。求:
(1)石杵上升的最大高度及上升过程所用的时间;
(2)时间内石杵对谷物的平均作用力大小。
【答案】(1)0.4m,0.8s
(2)425N
【详解】(1)对石杵施加一竖直向上的恒力,当作用时间为的过程中的加速度
此时的速度v1=at1=1m/s
上升的位移
撤去F1后还能上升的高度
还能上升的时间
石杵上升的最大高度
上升过程所用的时间
(2)根据图像,石杵下落过程中F2对石杵做功为
当到达石杵接触谷物时由动能定理
解得v2 =4m/s
石杵与谷物作用的过程,对石杵由动量定理(向上为正)
解得F=425N
根据牛顿第三定律可知,石杵对谷物的平均作用力大小425N。
26.(2025·浙江·高考真题)高空抛物伤人事件时有发生,成年人头部受到的冲击力,就会有生命危险。设有一质量为的鸡蛋从高楼坠落,以鸡蛋上、下沿接触地面的时间差作为其撞击地面的时间,上、下沿距离为,要产生的冲击力,估算鸡蛋坠落的楼层为( )
A.5层 B.8层 C.17层 D.27层
【答案】C
【详解】鸡蛋触地后匀减速至静止,位移s=5cm=0.05m。匀减速平均速度为,故撞击时间
根据动量定理
代入数据解得
由自由落体公式
得高度
每层楼高约3m,对应楼层数为层。
故选C。
27.(2025·北京·高考真题)关于飞机的运动,研究下列问题。
(1)质量为m的飞机在水平跑道上由静止开始做加速直线运动,当位移为x时速度为v。在此过程中,飞机受到的平均阻力为f,求牵引力对飞机做的功W。
(2)飞机准备起飞,在跑道起点由静止开始做匀加速直线运动。跑道上存在这样一个位置,飞机一旦超过该位置就不能放弃起飞,否则将会冲出跑道。已知跑道的长度为L,飞机加速时加速度大小为,减速时最大加速度大小为。求该位置距起点的距离d。
(3)无风时,飞机以速率u水平向前匀速飞行,相当于气流以速率u相对飞机向后运动。气流掠过飞机机翼,方向改变,沿机翼向后下方运动,如图所示。请建立合理的物理模型,论证气流对机翼竖直向上的作用力大小F与u的关系满足,并确定的值。
【答案】(1)
(2)
(3)论证见解析,
【详解】(1)根据动能定理
可得牵引力对飞机做的功
(2)加速过程,设起飞速度为,根据速度位移关系
减速过程,根据速度位移关系
联立解得
(3)在无风的情况下,飞机以速率u水平飞行时,相对飞机的气流速率也为u,并且气流掠过机翼改变方向,从而对机翼产生升力。根据升力公式,升力与气流的动量变化有关,根据动量定理
可得
又,
联立可得
又
可知
即
28.(2025·河北·高考真题)如图,一长为2m的平台,距水平地面高度为1.8m。质量为0.01kg的小物块以3m/s的初速度从平台左端水平向右运动。物块与平台、地面间的动摩擦因数均为0.2。物块视为质点,不考虑空气阻力,重力加速度g取10m/s2。
(1)求物块第一次落到地面时距平台右端的水平距离。
(2)若物块第一次落到地面后弹起的最大高度为0.45m,物块从离开平台到弹起至最大高度所用时间共计1s。求物块第一次与地面接触过程中,所受弹力冲量的大小,以及物块弹离地面时水平速度的大小。
【答案】(1)0.6m
(2)IN = 0.1N·s;vx′ = 0
【详解】(1)小物块在平台做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律有a = μg
则小物块从开始运动到离开平台有
小物块从平台飞出后做平抛运动有,x = vxt1
联立解得x = 0.6m
(2)物块第一次落到地面后弹起的最大高度为0.45m,则物块弹起至最大高度所用时间和弹起的初速度有,vy2 = gt2
则物块与地面接触的时间Δt = t-t1-t2 = 0.1s
物块与地面接触的过程中根据动量定理,取竖直向上为正,在竖直方向有IN-mgΔt = mvy2-m(-vy1),vy1 = gt1
解得IN = 0.1N·s
取水平向右为正,在水平方向有,
解得vx′ = -1m/s
但由于vx′减小为0将无相对运动和相对运动的趋势,故vx′ = 0
29.(2025·陕晋青宁卷·高考真题)如图,有两个电性相同且质量分别为m、的粒子A、B,初始时刻相距,粒子A以速度沿两粒子连线向速度为0的粒子B运动,此时A、B两粒子系统的电势能等于。经时间粒子B到达P点,此时两粒子速度相同,同时开始给粒子B施加一恒力,方向与速度方向相同。当粒子B的速度为时,粒子A恰好运动至P点且速度为0,A、B粒子间距离恢复为,这时撤去恒力。已知任意两带电粒子系统的电势能与其距离成反比,忽略两粒子所受重力。求:(m、、、均为已知量)
(1)粒子B到达P点时的速度大小;
(2)时间内粒子B的位移大小;
(3)恒力作用的时间。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】(1)根据动量守恒定律,解得
(2)两者共速时设间距为,根据能量守恒定律可知此时电势能为
根据题意电荷间的电势能与它们间的距离成反比,则
两者共速前的过程系统始终动量守恒,根据动量守恒则有
即有
根据位移关系可知
联立解得
(3)对全过程,对系统根据动能定理
对全过程,根据动量定理
联立解得
30.(2024·北京·高考真题)将小球竖直向上抛出,小球从抛出到落回原处的过程中,若所受空气阻力大小与速度大小成正比,则下列说法正确的是( )
A.上升和下落两过程的时间相等
B.上升和下落两过程损失的机械能相等
C.上升过程合力的冲量大于下落过程合力的冲量
D.上升过程的加速度始终小于下落过程的加速度
【答案】C
【详解】D.小球上升过程中受到向下的空气阻力,下落过程中受到向上的空气阻力,由牛顿第二定律可知上升过程所受合力(加速度)总大于下落过程所受合力(加速度),D错误;
C.小球运动的整个过程中,空气阻力做负功,由动能定理可知小球落回原处时的速度小于抛出时的速度,所以上升过程中小球动量变化的大小大于下落过程中动量变化的大小,由动量定理可知,上升过程合力的冲量大于下落过程合力的冲量,C正确;
A.上升与下落经过同一位置时的速度,上升时更大,所以上升过程中平均速度大于下落过程中的平均速度,所以上升过程所用时间小于下落过程所用时间,A错误;
B.经同一位置,上升过程中所受空气阻力大于下落过程所受阻力,由功能关系可知,上升过程机械能损失大于下落过程机械能损失,B错误。
故选C。
31.(2024·广东·高考真题)汽车的安全带和安全气囊是有效保护乘客的装置。
(1)安全带能通过感应车的加速度自动锁定,其原理的简化模型如图甲所示。在水平路面上刹车的过程中,敏感球由于惯性沿底座斜面上滑直到与车达到共同的加速度a,同时顶起敏感臂,使之处于水平状态,并卡住卷轴外齿轮,锁定安全带。此时敏感臂对敏感球的压力大小为,敏感球的质量为m,重力加速度为g。忽略敏感球受到的摩擦力。求斜面倾角的正切值。
(2)如图乙所示,在安全气囊的性能测试中,可视为质点的头锤从离气囊表面高度为H处做自由落体运动。与正下方的气囊发生碰撞。以头锤到气囊表面为计时起点,气囊对头锤竖直方向作用力F随时间t的变化规律,可近似用图丙所示的图像描述。已知头锤质量,重力加速度大小取。求:
①碰撞过程中F的冲量大小和方向;
②碰撞结束后头锤上升的最大高度。
【答案】(1);(2)①330N∙s,方向竖直向上;②0.2m
【详解】(1)敏感球受向下的重力mg和敏感臂向下的压力FN以及斜面的支持力N,则由牛顿第二定律可知
解得
(2)①由图像可知碰撞过程中F的冲量大小
方向竖直向上;
②头锤落到气囊上时的速度
与气囊作用过程由动量定理(向上为正方向)
解得
v=2m/s
则上升的最大高度
32.(2024·全国甲卷·高考真题)(多选)蹦床运动中,体重为的运动员在时刚好落到蹦床上,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,重力加速度大小取。下列说法正确的是( )
A.时,运动员的重力势能最大
B.时,运动员的速度大小为
C.时,运动员恰好运动到最大高度处
D.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
【答案】BD
【详解】A.根据牛顿第三定律结合题图可知时,蹦床对运动员的弹力最大,蹦床的形变量最大,此时运动员处于最低点,运动员的重力势能最小,故A错误;
BC.根据题图可知运动员从离开蹦床到再次落到蹦床上经历的时间为,根据竖直上抛运动的对称性可知,运动员上升时间为1s,则在时,运动员恰好运动到最大高度处,时运动员的速度大小
故B正确,C错误;
D.同理可知运动员落到蹦床时的速度大小为,以竖直向上为正方向,根据动量定理
其中
代入数据可得
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,故D正确。
故选BD。
33.(2024·江苏·高考真题)“嫦娥六号”探测器由着陆器、上升器、轨道器和返回器四个部分组成,沿环月轨道以速度运动。某时刻,着陆器和上升器(组合体)、轨道器和返回器(组合体)分离,分离时间为。分离后的速度大小为,方向与相同。已知组合体、的质量分别为、。求:
(1)分离后的速度大小;
(2)分离过程中,对的平均推力大小。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)组合体、分离前后动量守恒,取v0的方向为正方向,有
解得
(2)以组合体为研究对象,由动量定理有
解得
34.(2024·福建·高考真题)(多选)如图(a),水平地面上固定有一倾角为的足够长光滑斜面,一质量为的滑块锁定在斜面上。时解除锁定,同时对滑块施加沿斜面方向的拉力,随时间的变化关系如图(b)所示,取沿斜面向下为正方向,重力加速度大小为,则滑块( )
A.在内一直沿斜面向下运动
B.在内所受合外力的总冲量大小为零
C.在时动量大小是在时的一半
D.在内的位移大小比在内的小
【答案】AD
【详解】根据图像可知当时,物块加速度为
方向沿斜面向下;当时,物块加速度大小为
方向沿斜面向上,作出物块内的图像
A.根据图像可知,物体一直沿斜面向下运动,故A正确;
B.根据图像可知,物块的末速度不等于0,根据动量定理
故B错误;
C.根据图像可知时物块速度大于时物块的速度,故时动量不是时的一半,故C错误;
D.图像与横轴围成的面积表示位移,故由图像可知过程物体的位移小于的位移,故D正确。
故选AD。
35.(2023·河北·高考真题)某科研团队通过传感器收集并分析运动数据,为跳高运动员的技术动作改进提供参考。图为跳高运动员在起跳过程中,其单位质量受到地面的竖直方向支持力随时间变化关系曲线。图像中至内,曲线下方的面积与阴影部分的面积相等。已知该运动员的质量为,重力加速度g取。下列说法正确的是( )
A.起跳过程中运动员的最大加速度约为
B.起跳后运动员重心上升的平均速度大小约为
C.起跳后运动员重心上升的最大高度约为
D.起跳过程中运动员所受合力的冲量大小约为
【答案】C
【详解】A.由图像可知,运动员受到的最大支持力约为
根据牛顿第二定律可知,起跳过程中运动员的最大加速度约为
故A错误;
BCD.根据图像可知,起跳过程中支持力的冲量为
起跳过程中运动员所受合力的冲量大小约为
根据动量定理可得
解得起跳离开地面瞬间的速度为
则起跳后运动员重心上升的平均速度为
起跳后运动员重心上升的最大高度为
故BD错误,C正确。
故选C。
36.(2024·浙江·高考真题)如图1所示,扫描隧道显微镜减振装置由绝缘减振平台和磁阻尼减振器组成。平台通过三根关于轴对称分布的相同轻杆悬挂在轻质弹簧的下端O,弹簧上端固定悬挂在点,三个相同的关于轴对称放置的减振器位于平台下方。如图2所示,每个减振器由通过绝缘轻杆固定在平台下表面的线圈和固定在桌面上能产生辐向磁场的铁磁体组成,辐向磁场分布关于线圈中心竖直轴对称,线圈所在处磁感应强度大小均为B。处于静止状态的平台受到外界微小扰动,线圈在磁场中做竖直方向的阻尼运动,其位移随时间变化的图像如图3所示。已知时速度为,方向向下,、时刻的振幅分别为,。平台和三个线圈的总质量为m,弹簧的劲度系数为k,每个线圈半径为r、电阻为R。当弹簧形变量为时,其弹性势能为。不计空气阻力,求
(1)平台静止时弹簧的伸长量;
(2)时,每个线圈所受到安培力F的大小;
(3)在时间内,每个线圈产生的焦耳热Q;
(4)在时间内,弹簧弹力冲量的大小。
【答案】(1);(2);(3);(4)
【详解】(1)平台静止时,穿过三个线圈的磁通量不变,线圈中不产生感应电流,线圈不受到安培力作用,O点受力平衡,因此由胡克定律可知此时弹簧的伸长量
(2)在时速度为,设每个线圈的周长为L,由电磁感应定律可得线圈中产生的感应电流
每个线圈所受到安培力F的大小
(3)由减震器的作用平台上下不移动,由能量守恒定律可得平台在时间内,振动时能量的减少量为,由能量守恒定律
在时间内,振动时能量的减少转化为线圈的焦耳热,可知每个线圈产生的焦耳热
(4)取向上为正方向,全程由动量定理可得
其中
联立解得弹簧弹力冲量的大小为
37.(2023·福建·高考真题)(多选)甲、乙两辆完全相同的小车均由静止沿同一方向出发做直线运动。以出发时刻为计时零点,甲车的速度—时间图像如图(a)所示,乙车所受合外力—时间图像如图(b)所示。则( )
A.0 ~ 2s内,甲车的加速度大小逐渐增大
B.乙车在t = 2s和t = 6s时的速度相同
C.2 ~ 6s内,甲、乙两车的位移不同
D.t = 8s时,甲、乙两车的动能不同
【答案】BC
【详解】A.由题知甲车的速度一时间图像如图(a)所示,则根据图(a)可知0 ~ 2s内,甲车做匀加速直线运动,加速度大小不变,故A错误;
B.由题知乙车所受合外力一时间图像如图(b)所示,则乙车在0 ~ 2s内根据动量定理有
I2 = mv2,I2 = S0 ~ 2 = 2N·s
乙车在0 ~ 6s内根据动量定理有
I6 = mv6,I6 = S0 ~ 6 = 2N·s
则可知乙车在t = 2s和t = 6s时的速度相同,故B正确;
C.根据图(a)可知,2 ~ 6s内甲车的位移为0;根据图(b)可知,2 ~ 6s内乙车一直向正方向运动,则2 ~ 6s内,甲、乙两车的位移不同,故C正确;
D.根据图(a)可知,t = 8s时甲车的速度为0,则t = 8s时,甲车的动能为0;乙车在0 ~ 8s内根据动量定理有
I8 = mv8,I8 = S0 ~ 8 = 0
可知t = 8s时乙车的速度为0,则t = 8s时,乙车的动能为0,故D错误。
故选BC。
38.(2023·浙江·高考真题)利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示,Oxy平面(纸面)的第一象限内有足够长且宽度均为L、边界均平行x轴的区域Ⅰ和Ⅱ,其中区域Ⅰ存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场,区域Ⅱ存在磁感应强度大小为B2的磁场,方向均垂直纸面向里,区域Ⅱ的下边界与x轴重合。位于处的离子源能释放出质量为m、电荷量为q、速度方向与x轴夹角为60°的正离子束,沿纸面射向磁场区域。不计离子的重力及离子间的相互作用,并忽略磁场的边界效应。
(1)求离子不进入区域Ⅱ的最大速度v1及其在磁场中的运动时间t;
(2)若,求能到达处的离子的最小速度v2;
(3)若,且离子源射出的离子数按速度大小均匀地分布在范围,求进入第四象限的离子数与总离子数之比η。
【答案】(1);(2)(3)60%
【详解】(1)当离子不进入磁场Ⅱ速度最大时,轨迹与边界相切,则由几何关系
解得
r1=2L
根据
解得
在磁场中运动的周期
运动时间
(2)若B2=2B1,根据
可知
粒子在磁场中运动轨迹如图,设O1O2与磁场边界夹角为α,由几何关系
解得
r2=2L
根据
解得
(3)当最终进入区域Ⅱ的粒子若刚好到达x轴,则由动量定理
即
求和可得
粒子从区域Ⅰ到区域Ⅱ最终到x轴上的过程中
解得
则速度在~之间的粒子才能进入第四象限;因离子源射出粒子的速度范围在~,又粒子源射出的粒子个数按速度大小均匀分布,可知能进入第四象限的粒子占粒子总数的比例为
η=60%
39.(2023·新课标卷·高考真题)(多选)使甲、乙两条形磁铁隔开一段距离,静止于水平桌面上,甲的N极正对着乙的S极,甲的质量大于乙的质量,两者与桌面之间的动摩擦因数相等。现同时释放甲和乙,在它们相互接近过程中的任一时刻( )
A.甲的速度大小比乙的大 B.甲的动量大小比乙的小
C.甲的动量大小与乙的相等 D.甲和乙的动量之和不为零
【答案】BD
【详解】对甲、乙两条形磁铁分别做受力分析,如图所示
A.根据牛顿第二定律有
由于
m甲 > m乙
所以
a甲 < a乙
由于两物体运动时间相同,且同时由静止释放,可得
v甲 < v乙
A错误;
BCD.对于整个系统而言,由于μm甲g > μm乙g,合力方向向左,合冲量方向向左,所以合动量方向向左,显然甲的动量大小比乙的小,BD正确、C错误。
故选BD。
40.(2022·北京·高考真题)体育课上,甲同学在距离地面高处将排球击出,球的初速度沿水平方向,大小为;乙同学在离地处将排球垫起,垫起前后球的速度大小相等,方向相反。已知排球质量,取重力加速度。不计空气阻力。求:
(1)排球被垫起前在水平方向飞行的距离x;
(2)排球被垫起前瞬间的速度大小v及方向;
(3)排球与乙同学作用过程中所受冲量的大小I。
【答案】(1);(2),方向与水平方向夹角;(3)
【详解】(1)设排球在空中飞行的时间为t,则
解得;则排球在空中飞行的水平距离
(2)乙同学垫起排球前瞬间排球在竖直方向速度的大小
得;根据
得;设速度方向与水平方向夹角为(如答图所示)
则有
(3)根据动量定理,排球与乙同学作用过程中所受冲量的大小
41.(2022·北京·高考真题)“雪如意”是我国首座国际标准跳台滑雪场地。跳台滑雪运动中,裁判员主要根据运动员在空中的飞行距离和动作姿态评分。运动员在进行跳台滑雪时大致经过四个阶段:①助滑阶段,运动员两腿尽量深蹲,顺着助滑道的倾斜面下滑;②起跳阶段,当进入起跳区时,运动员两腿猛蹬滑道快速伸直,同时上体向前伸展;③飞行阶段,在空中运动员保持身体与雪板基本平行、两臂伸直贴放于身体两侧的姿态;④着陆阶段,运动员落地时两腿屈膝,两臂左右平伸。下列说法正确的是( )
A.助滑阶段,运动员深蹲是为了减小与滑道之间的摩擦力
B.起跳阶段,运动员猛蹬滑道主要是为了增加向上的速度
C.飞行阶段,运动员所采取的姿态是为了增加水平方向速度
D.着陆阶段,运动员两腿屈膝是为了减少与地面的作用时间
【答案】B
【详解】A.助滑阶段,运动员深蹲是为了减小与空气之间的摩擦力,A错误;
B.起跳阶段,运动员猛蹬滑道主要是通过增大滑道对人的作用力,根据动量定理可知,在相同时间内,为了增加向上的速度,B正确;
C.飞行阶段,运动员所采取的姿态是为了减小水平方向的阻力,从而减小水平方向的加速度,C错误;
D.着陆阶段,运动员两腿屈膝下蹲可以延长落地时间,根据动量定理可知,可以减少身体受到的平均冲击力,D错误。
故选B。
42.(2022·湖南·高考真题)如图(a),质量为m的篮球从离地H高度处由静止下落,与地面发生一次非弹性碰撞后反弹至离地h的最高处。设篮球在运动过程中所受空气阻力的大小是篮球所受重力的倍(为常数且),且篮球每次与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比相同,重力加速度大小为g。
(1)求篮球与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比;
(2)若篮球反弹至最高处h时,运动员对篮球施加一个向下的压力F,使得篮球与地面碰撞一次后恰好反弹至h的高度处,力F随高度y的变化如图(b)所示,其中已知,求的大小;
(3)篮球从H高度处由静止下落后,每次反弹至最高点时,运动员拍击一次篮球(拍击时间极短),瞬间给其一个竖直向下、大小相等的冲量I,经过N次拍击后篮球恰好反弹至H高度处,求冲量I的大小。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)篮球下降过程中根据牛顿第二定律有
再根据匀变速直线运动的公式,下落的过程中有
篮球反弹后上升过程中根据牛顿第二定律有
再根据匀变速直线运动的公式,上升的过程中有
则篮球与地面碰撞的碰后速率与碰前速率之比
(2)若篮球反弹至最高处h时,运动员对篮球施加一个向下的压力F,则篮球下落过程中根据动能定理有
篮球反弹后上升过程中根据动能定理有
联立解得
(3)方法一:由(1)问可知篮球上升和下降过程中的加速度分别为
(方向向下)
(方向向下)
由题知运动员拍击一次篮球(拍击时间极短),瞬间给其一个竖直向下、大小相等的冲量I,由于拍击时间极短,则重力的冲量可忽略不计,则根据动量定理有
即每拍击一次篮球将给它一个速度v。
拍击第1次下降过程有
上升过程有
代入k后,下降过程有
上升过程有
联立有
拍击第2次,同理代入k后,下降过程有
上升过程有
联立有
再将h1代入h2有
拍击第3次,同理代入k后,下降过程有
上升过程有
联立有
再将h2代入h3有
直到拍击第N次,同理代入k后,下降过程有
上升过程有
联立有
将hN-1代入hN有
其中
,
则有
则
方法二:由(1)问可知篮球上升和下降过程中的加速度分别为
(方向向下)
(方向向下)
由题知运动员拍击一次篮球(拍击时间极短),瞬间给其一个竖直向下、大小相等的冲量I,由于拍击时间极短,则重力的冲量可忽略不计,则根据动量定理有
即每拍击一次篮球将给它一个速度v’。设篮球从H下落时,速度为,反弹高度为,篮球受到冲量I后速度为v’,落地时速度为,则
,
联立可得
代入k可得,
……①
篮球再次反弹,反弹速度为k,设反弹高度为h1,受到冲量后,落地速度为v2,同理可得
,
同理化简可得
……②
篮球第三次反弹,反弹速度为k,设反弹高度为h2,受到冲量后,落地速度为v3,同理可得
,
同理化简可得
……③
……
第N次反弹可得
……(N)
对式子①②③……(N)两侧分别乘以、、……、,再相加可得
得
其中,,,可得
可得冲量I的大小
43.(2022·山东·高考真题)我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示,发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出,火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中( )
A.火箭的加速度为零时,动能最大
B.高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能
C.高压气体对火箭推力的冲量等于火箭动量的增加量
D.高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭动能的增加量
【答案】A
【详解】A.火箭从发射舱发射出来,受竖直向下的重力、竖直向下的空气阻力和竖直向上的高压气体的推力作用,且推力大小不断减小,刚开始向上的时候高压气体的推力大于向下的重力和空气阻力之和,故火箭向上做加速度减小的加速运动,当向上的高压气体的推力等于向下的重力和空气阻力之和时,火箭的加速度为零,速度最大,接着向上的高压气体的推力小于向下的重力和空气阻力之和时,火箭接着向上做加速度增大的减速运动,直至速度为零,故当火箭的加速度为零时,速度最大,动能最大,故A正确;
B.根据能量守恒定律,可知高压气体释放的能量转化为火箭的动能、火箭的重力势能和内能,故B错误;
C.根据动量定理,可知合力冲量等于火箭动量的增加量,故C错误;
D.根据功能关系,可知高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭机械能的增加量,故D错误。
故选A。
44.(2022·全国乙卷·高考真题)(多选)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与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2,重力加速度大小取。则( )
A.时物块的动能为零
B.时物块回到初始位置
C.时物块的动量为
D.时间内F对物块所做的功为
【答案】AD
【详解】物块与地面间的摩擦力为
AC.对物块从s内由动量定理可知
即
得
3s时物块的动量为
设3s后经过时间t物块的速度减为0,由动量定理可得
即
解得
所以物块在4s时速度减为0,则此时物块的动能也为0,故A正确,C错误;
B.s物块发生的位移为x1,由动能定理可得
即
得
过程中,对物块由动能定理可得
即
得
物块开始反向运动,物块的加速度大小为
发生的位移为
即6s时物块没有回到初始位置,故B错误;
D.物块在6s时的速度大小为
拉力所做的功为
故D正确。
故选AD。
45.(2021·重庆·高考真题)我国规定摩托车、电动自行车骑乘人员必须依法佩戴具有缓冲作用的安全头盔。小明对某轻质头盔的安全性能进行了模拟实验检测。某次,他在头盔中装入质量为的物体(物体与头盔密切接触),使其从的高处自由落下(如图),并与水平地面发生碰撞,头盔厚度被挤压了时,物体的速度减小到零。挤压过程不计物体重力,且视为匀减速直线运动,不考虑物体和地面的形变,忽略空气阻力,重力加速度g取。求:
(1)头盔接触地面前瞬间的速度大小;
(2)物体做匀减速直线运动的时间;
(3)物体在匀减速直线运动过程中所受平均作用力的大小。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)由自由落体运动规律,代入数据解得
(2)由匀变速直线运动规律
解得
(3)由动量定理得
解得
46.(2021·福建·高考真题)福建属于台风频发地区,各类户外设施建设都要考虑台风影响。已知10级台风的风速范围为,16级台风的风速范围为。若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌,则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的( )
A.2倍 B.4倍 C.8倍 D.16倍
【答案】B
【详解】设空气的密度为,风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的横截面积为,在时间的空气质量为
假定台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的末速度变为零,对风由动量定理有
可得
10级台风的风速,16级台风的风速,则有
故选B。
47.(2021·湖北·高考真题)抗日战争时期,我军缴获不少敌军武器武装自己,其中某轻机枪子弹弹头质量约8 g,出膛速度大小约750 m/s。某战士在使用该机枪连续射击1分钟的过程中,机枪所受子弹的平均反冲力大小约12 N,则机枪在这1分钟内射出子弹的数量约为( )
A.40 B.80 C.120 D.160
【答案】C
【分析】本题考查动量定理。
【详解】设1分钟内射出的子弹数量为n,则对这n颗子弹由动量定理得
代入数据解得
故选C。
48.(2021·天津·高考真题)(多选)一冲九霄,问鼎苍穹。2021年4月29日,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱发射升空,标志着我国空间站建造进入全面实施阶段。下列关于火箭的描述正确的是( )
A.增加单位时间的燃气喷射量可以增大火箭的推力
B.增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速
D.火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃气与发射台之间的相互作用
【答案】AB
【详解】A.增加单位时间的燃气喷射量,即增加单位时间喷射气体的质量,根据
可知可以增大火箭的推力,故A正确;
B.当增大燃气相对于火箭的喷射速度时,根据
可知可以增大火箭的推力,故B正确;
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时,相对于火箭的速度不为零,根据
可知火箭仍然受推力作用,仍然要加速,故C错误;
D.燃气被喷出的瞬间,燃气对火箭的反作用力作用在火箭上,使火箭获得推力,故D错误。
故选AB。
49.(2021·北京·高考真题)如图所示,圆盘在水平面内以角速度ω绕中心轴匀速转动,圆盘上距轴r处的P点有一质量为m的小物体随圆盘一起转动。某时刻圆盘突然停止转动,小物体由P点滑至圆盘上的某点停止。下列说法正确的是( )
A.圆盘停止转动前,小物体所受摩擦力的方向沿运动轨迹切线方向
B.圆盘停止转动前,小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为
C.圆盘停止转动后,小物体沿圆盘半径方向运动
D.圆盘停止转动后,小物体整个滑动过程所受摩擦力的冲量大小为
【答案】D
【详解】A.圆盘停止转动前,小物体随圆盘一起转动,小物体所受摩擦力提供向心力,方向沿半径方向,故A错误;
B.圆盘停止转动前,小物体所受摩擦力
根据动量定理得,小物体运动一圈所受摩擦力的冲量为
大小为0,故B错误;
C.圆盘停止转动后,小物体沿切线方向运动,故C错误;
D.圆盘停止转动后,根据动量定理可知,小物体整个滑动过程所受摩擦力的冲量为
大小为,故D正确。
故选D。
50.(2021·山东·高考真题)海鸥捕到外壳坚硬的鸟蛤(贝类动物)后,有时会飞到空中将它丢下,利用地面的冲击打碎硬壳。一只海鸥叼着质量的鸟蛤,在的高度、以的水平速度飞行时,松开嘴巴让鸟蛤落到水平地面上。取重力加速度,忽略空气阻力。
(1)若鸟蛤与地面的碰撞时间,弹起速度可忽略,求碰撞过程中鸟蛤受到的平均作用力大小F;(碰撞过程中不计重力)
(2)在海鸥飞行方向正下方的地面上,有一与地面平齐、长度的岩石,以岩石左端为坐标原点,建立如图所示坐标系。若海鸥水平飞行的高度仍为,速度大小在之间,为保证鸟蛤一定能落到岩石上,求释放鸟蛤位置的x坐标范围。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)设鸟蛤落地前瞬间的速度大小为,竖直分速度大小为,据自由落体运动规律可得
则碰撞前鸟蛤的合速度为
在碰撞过程中,以鸟蛤为研究对象,取速度方向为正方向,由动量定理得
联立解得碰撞过程中鸟蛤受到的平均作用力大小为
(2)若释放鸟蛤的初速度为,设击中岩石左端时,释放点的x坐标为x1,击中右端时,释放点的x坐标为,得
,
联立,代入数据得
,
若释放鸟蛤时的初速度为,设击中岩石左端时,释放点的x坐标为,击中右端时,释放点的x坐标为,得
,
联立,代入数据得
,
综上所述可得x坐标区间为。
51.(2020·海南·高考真题)太空探测器常装配离子发动机,其基本原理是将被电离的原子从发动机尾部高速喷出,从而为探测器提供推力,若某探测器质量为,离子以的速率(远大于探测器的飞行速率)向后喷出,流量为,则探测器获得的平均推力大小为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】对离子,根据动量定理有
而
解得F=0.09N,故探测器获得的平均推力大小为0.09N,故选C。
52.(2019·北京·高考真题)雨滴落到地面的速度通常仅为几米每秒,这与雨滴下落过程中受到空气阻力有关。雨滴间无相互作用且雨滴质量不变,重力加速度为g。
(1)质量为m的雨滴由静止开始,下落高度h时速度为u,求这一过程中克服空气阻力所做的功W;
(2)将雨滴看作半径为r的球体,设其竖直落向地面的过程中所受空气阻力f=kr2v2,其中v是雨滴的速度,k是比例系数;
a.设雨滴的密度为ρ,推导雨滴下落趋近的最大速度vm与半径r的关系式;
b.示意图中画出了半径为r1、r2(r1>r2)的雨滴在空气中无初速下落的v—t图线,其中_____对应半径为r1的雨滴(选填①、②);若不计空气阻力,请在图中画出雨滴无初速下落的v—t图线。
(3)由于大量气体分子在各方向运动的几率相等,其对静止雨滴的作用力为零。将雨滴简化为垂直于运动方向面积为S的圆盘,证明:圆盘以速度v下落时受到的空气阻力f ∝v2(提示:设单位体积内空气分子数为n,空气分子质量为m0)。
【答案】(1);(2)a. ;b. ①;;(3)见解析
【分析】(1)对雨滴由动能定理解得:雨滴下落h的过程中克服阻做的功;
(2) 雨滴的加速度为0时速度最大;
(3)由动量定理证明
【详解】(1)对雨滴由动能定理得:
解得:;
(2)a。半径为r的雨滴体积为:,其质量为
当雨滴的重力与阻力相等时速度最大,设最大速度为,则有:
其中
联立以上各式解得:
由可知,雨滴半径越大,最大速度越大,所以①对应半径为的雨滴,
不计空气阻力,雨滴做自由落体运动,图线如图:
(3)设在极短时间内,空气分子与雨滴碰撞,设空气分子的速率为,
在内,空气分子个数为:,其质量为
设向下为正方向,对圆盘下方空气分子由动量定理有:
对圆盘上方空气分子由动量定理有:
圆盘受到的空气阻力为:
联立解得:。
53.(2019·全国II卷·高考真题)一质量为m=2000 kg的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶.行驶过程中,司机忽然发现前方100 m处有一警示牌.立即刹车.刹车过程中,汽车所受阻力大小随时间变化可简化为图(a)中的图线.图(a)中,0~t1时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间(这段时间内汽车所受阻力已忽略,汽车仍保持匀速行驶),t1=0.8 s;t1~t2时间段为刹车系统的启动时间,t2=1.3 s;从t2时刻开始汽车的刹车系统稳定工作,直至汽车停止,已知从t2时刻开始,汽车第1 s内的位移为24 m,第4 s内的位移为1 m.
(1)在图(b)中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的v-t图线;
(2)求t2时刻汽车的速度大小及此后的加速度大小;
(3)求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及t1~t2时间内汽车克服阻力做的功;司机发现警示牌到汽车停止,汽车行驶的距离约为多少(以t1~t2时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度)?
【答案】(1)(2), 28 m/s(3)30 m/s;;87.5 m
【详解】解:(1)v-t图像如图所示.
(2)设刹车前汽车匀速行驶时的速度大小为v1,则t1时刻的速度也为v1,t2时刻的速度也为v2,在t2时刻后汽车做匀减速运动,设其加速度大小为a,取Δt=1s,设汽车在t2+n-1Δt内的位移为sn,n=1,2,3,….
若汽车在t2+3Δt~t2+4Δt时间内未停止,设它在t2+3Δt时刻的速度为v3,在t2+4Δt时刻的速度为v4,由运动学有
①
②
③
联立①②③式,代入已知数据解得
④
这说明在t2+4Δt时刻前,汽车已经停止.因此,①式不成立.
由于在t2+3Δt~t2+4Δt内汽车停止,由运动学公式
⑤
⑥
联立②⑤⑥,代入已知数据解得
,v2=28 m/s⑦
或者,v2=29.76 m/s⑧
第二种情形下v3小于零,不符合条件,故舍去
(3)设汽车的刹车系统稳定工作时,汽车所受阻力的大小为f1,由牛顿定律有:f1=ma⑨
在t1~t2时间内,阻力对汽车冲量的大小为:⑩
由动量定理有:⑪
由动能定理,在t1~t2时间内,汽车克服阻力做的功为:⑫
联立⑦⑨⑩⑪⑫式,代入已知数据解得
v1=30 m/s⑬
⑭
从司机发现警示牌到汽车停止,汽车行驶的距离s约为
⑮
联立⑦⑬⑮,代入已知数据解得
s=87.5 m⑯
54.(2019·全国I卷·高考真题)最近,我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功,这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展.若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s,产生的推力约为4.8×106 N,则它在1 s时间内喷射的气体质量约为
A.1.6×102 kg B.1.6×103 kg C.1.6×105 kg D.1.6×106 kg
【答案】B
【详解】设该发动机在s时间内,喷射出的气体质量为,根据动量定理,,可知,在1s内喷射出的气体质量,故本题选B.
55.(2018·江苏·高考真题)如图所示,悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m,运动速度的大小为v,方向向下.经过时间t,小球的速度大小为v,方向变为向上.忽略空气阻力,重力加速度为g,求该运动过程中,小球所受弹簧弹力冲量的大小.
【答案】
【详解】取向上为正方向,动量定理mv–(–mv)=I且
解得
56.(2018·北京·高考真题)2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。某滑道示意图如下,长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接,滑道BC高h=10m,C是半径R=20m圆弧的最低点,质量m=60kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度,到达B点时速度vB=30 m/s。取重力加速度g=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的I大小;
(3)若不计BC段的阻力,画出运动员经过C点时的受力图,并求其所受支持力FN的大小。
【答案】(1);(2);(3) ,3 900 N
【详解】1)已知AB段的初末速度,则利用运动学公式可以求解斜面的长度,即
可解得
(2)根据动量定理可知合外力的冲量等于动量的该变量所以
(3)小球在最低点的受力如图所示
由牛顿第二定律可得
从B运动到C由动能定理可知
解得
【点睛】本题考查了动能定理和圆周运动,会利用动能定理求解最低点的速度,并利用牛顿第二定律求解最低点受到的支持力大小。
试卷第1页,共3页
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