1.2 动量定理及其应用(讲义)物理粤教版选择性必修第一册
2026-08-12
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精品
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理粤教版选择性必修 第一册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 第二节 动量定理 |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | 动量,动量定理 |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 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 | 12.09 MB |
| 发布时间 | 2026-08-12 |
| 更新时间 | 2026-08-12 |
| 作者 | 八爪鱼大王Cosmin |
| 品牌系列 | 上好课·上好课 |
| 审核时间 | 2026-08-12 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59182160.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
本高中物理讲义聚焦“动量定理及其应用”核心知识点,先通过牛顿第二定律与运动学公式推导定理,明确其矢量性及冲量与动量变化的关系,再延伸至生活现象解释、多过程问题及流体问题处理,构建完整学习支架。
该资料以“安全气囊缓冲”“抽桌布实验”等生活实例深化运动与相互作用观念,通过多过程、流体问题培养科学思维中的模型建构能力,分层练习题设计助力课中教学实施与课后学生查漏补缺,体现科学态度与责任。
内容正文:
第一章
动量和动量定理
第2节 动量定理及其应用
课标要点
1.从牛顿运动定律推导出动量定理的表达式。
2.理解动量定理,会运用动量定理解释生活中的问题。
3.可以用动量定理解决多过程问题、流体问题。
学习重难点
重点:理解并运用动量定理解决实际问题。
难点:可以用动量定理解释碰撞、缓冲等生活现象,可以用动量定理处理多过程问题。
知识点 动量定理
1. 结合牛顿第二定律和运动学公式推导动量定理
如图所示,一个质量为m的物体受到F的水平外力,在光滑水平面上,以初速度开始运动,经过时间t后,速度变为,结合所学知识,对这个物体列牛顿第二定律和运动学公式:
F F
牛顿第二定律:F=ma ①
运动学公式: ②
联立①②两个方程得,,该式即为动量定理;
2. 动量定理
(1) 内容:物体所受到合力的冲量等于物体的动量变化量
(2) 表达式:
(3) 理解:动量定理反应了合外力的冲量是动量变化的原因,是力在时间上的积累改变了物体的动量;
易错提醒
(1)运用动量定理解题的时候,要注意规定正方向,合外力的冲量的方向与物体动量变化量的方向相同,一定注意表达式中都是矢量;
随学随练
1.如图所示,质量为2kg的物体A静止在光滑的水平面上,与水平方向成30°角的恒力F=3N作用于该物体,历时10s,则( )
A.力F的冲量大小为零
B.力F对物体的冲量大小为
C.力F对物体的冲量大小为
D.物体动量的变化量为
2.动能和动量概念是描述运动物体状态而引入的物理量。设某个力F作用在物体上经历一段时间。则在这段时间内,下列说法正确的是( )
A.物体的动能一定改变
B.物体的动量一定改变
C.力F对物体一定做功
D.力F对物体的冲量一定不为零
知识点 动量定理在生活中的应用
1. “以柔克刚”——延长作用时间以减小冲击力
当动量变化量(Δp)为定值时(例如从运动到静止),延长相互作用时间(Δt↑)是减小破坏性平均作用力(F↓)的唯一途径。
典型实例:
车辆安全系统:汽车安全气囊与安全带预紧装置协同工作,利用气囊的作用,将驾驶员头部从高速到静止的减速时间延长至约 30 毫秒以上,避免人体内脏因瞬间巨大冲量而受伤。
运动防护:跳远运动员落入沙坑或海绵坑,坑内物质的流动与下陷将落地减速时间显著拉长,从而保护运动员的踝关节及脊柱。
2. “迅雷不及掩耳”——缩短作用时间以忽略冲量(惯性保持)
作用时间(Δt)极短时,即便力(F)存在,其乘积(冲量 )也趋近于零。
根据动量定理,物体的速度变化(Δv)趋近于零,物体因自身惯性几乎维持原运动状态(静止),因此在水平方向上的位移极小。
典型实例:
巧抽纸条(惯性演示):玻璃杯下压着一张纸条。若缓慢抽动,静摩擦力持续作用较长时间(Δt大),杯子获得动量而倾倒;若以极快速度横向抽出,接触时间极短,杯子几乎感受不到水平冲量,稳稳留在原地。
快速抽桌布(经典杂技):桌面上摆放整套碗碟,猛力水平抽击桌布。只要抽击速度足够快,作用在碗碟底部的滑动摩擦力冲量不足以改变其静止状态,桌布抽离后碗碟近乎零位移。
随学随练
1.(多选)安全气囊是汽车安全保障的重要设施,它与座椅安全带配合使用,可以为乘员提供有效的防撞保护,在汽车相撞时,汽车安全气囊可使头部受伤率减少25%,面部受伤率减少80%左右。若某次汽车安全测试中,汽车发生剧烈碰撞时,安全气囊未打开,与安全气囊顺利打开相比,下列说法正确的是(设每次测试汽车速度相同)( )
A.安全气囊未打开时,模拟乘员的动量变化量大
B.安全气囊打开时,模拟乘员的动量变化慢
C.安全气囊未打开时,模拟乘员受到撞击力的冲量大
D.安全气囊打开时,模拟乘员受到的撞击力小
2.如图所示,在“抽桌布”游戏中,有人能将在上面放着各种东西的桌布顺利抽出,而桌布上放在桌子边缘的物体也不会滑离桌面。关于此现象,下列说法正确的是( )
A.因为抽桌布的力很小,桌布抽出过程时间很长,所以桌布上的物体几乎不动
B.因为抽桌布的力很大,桌布抽出过程时间很短,所以桌布上的物体几乎不动
C.因为桌布和物体间的摩擦力很大,所以桌布上的物体几乎不动
D.因为桌布和物体间的摩擦力很小,所以桌布上的物体几乎不动
题型 动量定理的定量计算
如前所述,动量定理的内容是物体所受到合力的冲量等于物体的动量变化量,表达式:,
在实际做题中,我们经常会遇到已知物体某阶段受力情况,结合动量定理进行计算的,如下题:
活学活用
1.无人机从地面将质量的快递包裹由静止竖直向上提升,2s末速度达到5m/s。重力加速度取,则此过程无人机对包裹的冲量大小为( )
A. B. C. D.
2.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
题型 动量定理处理多过程问题
如果物体的运动经历了多个阶段,每个阶段物体的受力都不相同,在这种情况下我们有两种不同方案选用动量定理:
(1) 分阶段处理:结合物体运动所经历的阶段,将物体运动分为多个时间段,对于每个阶段分别计算合外力的冲量,之后结合动量定理进行分析;
(2) 全过程处理:在全过程中对于不同的力的冲量进行分别计算,如第一个力的冲量是,第二个力的冲量是第n个力的冲量是,之后结合动量定理分析;
活学活用
1.(多选)人们对手机的依赖性越来越强,有些人喜欢躺着看手机,经常出现手机砸到眼睛的情况。如图所示,某塑料模型手机质量m为20g,从离人眼约h=25cm()的竖直高度无初速掉落,砸到眼睛后经t=0.1s手机停止运动,取重力加速度g=10m/s2,下列分析正确的是( )
A.手机对眼睛的作用力大小约为65N
B.手机对眼睛的作用力大小约为0.65N
C.全过程手机重力的冲量大小约为
D.全过程手机重力的冲量大小约为
2.(多选)图甲所示,质量分别为和的两物体用轻弹簧连接置于光滑水平面,初始时两物体被锁定,弹簧处于压缩状态。时刻将B物体解除锁定,时刻解除A物体的锁定,此时B物体的速度为,AB两物体运动的图像如图乙所示,其中和分别表示时间和时间内B物体的图像与坐标轴所围面积的大小,则下列说法正确的是( )
A.
B.
C.时刻,弹簧伸长量最大
D.时间内,弹簧对A物体的冲量大小为
题型 连续变质量问题
1.流体类问题
(1) 对象选取:极短时间内流经某一截面的小柱体;
(2) 质量和体积的计算:;
(3)
1.某同学利用身边的常见器材在家完成了有趣的物理实验,如图所示。当手持吹风机垂直向电子秤的托盘吹风时,电子秤示数为81.0克。假设吹风机出风口为圆形,其半径为5 cm,空气密度为1.29 kg/m3,实验前电子秤已校准,重力加速度g=10 m/s2。则此时吹风机的风速约为( )
A.9 m/s B.8 m/s C.6 m/s D.12 m/s
2.“水刀”应用高压水流切割技术,相比于激光切割有切割材料范围广、效率高、安全环保等优势。假如某材料受到的压强冲击即可被切割,若高压水流沿水平方向冲击该材料且未发生反向溅射,则冲击该材料的水流速度至少应为(水的密度为)( )
A.10m/s B.100m/s C. D.
基础通关
1.(多选)如图甲所示,一物体静止在光滑水平面上,从时刻起,物体受到的水平外力随时间变化的关系图线如图乙所示,以水平向右为正方向,物体质量为10kg,则下列说法正确的是( )
A.前内水平外力的冲量为零
B.第1s末物体的运动方向改变
C.第3s末物体的速度为-8m/s
D.第3s内物体的位移为0.25m
2.2026年蒙超联赛中,赤峰队表现强势,目前稳居积分榜首位,主场赛事火爆,带动了当地青少年足球热情高涨。如图,某学生练习头顶球,将质量为m的足球以速度v竖直向上顶出,足球从离开头部到上升至最高点,再落回原位置的过程中,运动总时间为t,取竖直向上为正方向,重力加速度大小为g,空气阻力不计,则合外力的冲量为( )
A.0 B.-mv C.2mv D.-mgt
3.(多选)如图所示,一轻弹簧与质量为的物体组成弹簧振子,物体在同一条竖直线上的、间做简谐运动,为平衡位置,为的中点,已知,振子的周期为,某时刻物体恰好经过点并向上运动,则从此时刻开始的半个周期时间内,下列说法正确的是( )
A.重力做功 B.重力的冲量大小为
C.合外力的冲量为零 D.合外力做功为零
4.如图所示,建筑工地上的打夯机将质量为20t的重锤升高到5m的高度后释放,重锤在地面上砸出一个深坑,重锤冲击地面的时间为0.2s。不计空气阻力,重力加速度取10m/s2,则重锤对地面的平均作用力大小为( )
A.3×106N B.1.2×106N C.1×106N D.8×105N
5.如图为高空坠物的公益广告,形象地描述了高空坠物对人伤害的严重性。小明同学用下面的实例来检验广告的科学性:设一个50g的熟鸡蛋从28楼的窗户自由落下,相邻楼层的高度差为3m,鸡蛋与地面撞击时间约为2ms。不计空气阻力,则该鸡蛋对地面的平均冲击力约为( )
A.5000N B.1000N C.500N D.100N
6.如图所示,一高空作业的工人的质量为65kg,系一条长为L=5m的安全带,若工人不慎跌落时,安全带的缓冲时间t=1s,g取10m/s2,求:
(1)工人跌落到安全带刚好伸直时的速度大小;
(2)缓冲过程中安全带对人的平均作用力的大小。
7.蹦床运动是小孩喜爱的运动。一质量为40kg的小孩在t=0时从离水平网面某高度处自由落下,着网后沿竖直方向蹦离水平网面,对蹦床作用力大小F与时间t的关系如图所示。不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2,在0.8s~1.6s时间内,网对小孩的平均作用力大小为( )
A.1300N B.1200N C.1100N D.1000N
8.高空作业人员必须要系安全带!如果质量为m的高空作业人员不慎跌落,自由下落h后安全带刚好被拉直,此后经过时间t作业人员下落到最低点,在时间t内安全带对人的平均作用力大小为(重力加速度大小为g)( )
A. B.
C. D.
9.某型号海警船配备了一门大流量定向水炮,用于在执法行动中对非法构筑物(如岛礁上的临时建筑)进行警示或拆除。假设水炮炮口倾斜向上,与水平方向成放置,与目标建筑物水平距离为x,喷射时水柱恰好水平击中目标建筑物。已知垂直打到建筑物上后水流速度变为0,设水炮出水口的半径为r,海水密度为ρ,水柱以恒定的速度2v从喷水口喷出,水柱形状稳定,重力加速度为g,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.水柱冲击建筑物的平均冲击力 B.水柱冲击建筑物的平均冲击力
C.水柱从喷出到最高点所用时间 D.炮口与目标建筑物水平距离为
10.(多选)如图甲所示,风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置,其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。已知叶片长为r,风速为v,空气密度为,流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有空气速度减速为0,有空气以原速率穿过,如图乙所示。不考虑其它能量损耗,下列说法正确的是( )
A.一台风力发电机的发电功率约为
B.一台风力发电机的发电功率约为
C.空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
D.空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
11.如图所示,某自动称米机阀门距秤盘的高度h=0.2 m,当阀门打开时大米从静止开始下落,大米与秤盘的碰撞时间极短且不反弹(碰撞过程重力可忽略)。当称米机的示数为1 kg时,阀门在电机控制下立即关闭。已知大米的流量(单位时间内流出的质量)Q=0.1 kg/s,重力加速度g取10 m/s2,忽略空气阻力及大米在秤盘堆积的高度,求:
(1)大米落到秤盘前瞬间速度的大小v和阀门关闭瞬间空中大米的质量m。
(2)大米与秤盘碰撞时对秤盘冲击力的大小F。
(3)稳定后(空中的大米全部落入秤盘),称米机的示数M。
12.如图所示为一个沙漏,其中玻璃容器的质量为,沙子的总质量为,阀门距离容器底部的高度为。现在将该沙漏放在水平台秤上,当打开阀门时,沙子从漏口随时间均匀漏下时,初速度可近似认为0,忽略空气阻力,不计沙子间的相互影响,下列说法正确的是( )
A.沙子在空中下落的过程中处于超重状态
B.出口下方范围内沙子数比范围内沙子数多
C.如果沙子下落的总时间为,则玻璃容器底部受到的冲击力大小为
D.由于沙子在下落,处于失重状态,台秤的示数一直小于沙漏的总重力
素养提升
13.游乐场中的旋转椅子可以看成如图所示模型,长为的细绳上端悬于点,下端拴一总质量为椅子。椅子在水平面内做匀速圆周运动,细绳与竖直方向的夹角为,不计空气阻力,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A.细绳的拉力大小等于
B.椅子转动半圈,重力的冲量等于
C.椅子转动半圈,合力的冲量与竖直方向夹角为
D.椅子转动半圈,绳拉力的冲量等于
14.如图,湘超足球比赛运动员训练罚点球,足球放置在球门中央的正前方O点,两次射门,足球分别垂直打在水平横梁上的A点和竖直立柱上的B点,不计空气阻力,则两次射门过程,足球从离开脚到打在横梁的过程中( )
A.足球动量变化率相同
B.足球初动能大小一定相等
C.打在B点的重力的冲量较大
D.打在B点的重力的平均功率较大
15.在一次趣味球类活动中,在相同高度处,甲同学以速度将篮球A斜向上抛出,同时乙同学以速度将篮球B竖直向上抛出,A、B两球到达最高点时恰好相遇,如图所示。不计空气阻力,两球质量相等且均可视为质点,重力加速度为g,则( )
A.A在最高点的速度为零 B.抛出时两球的速度大小关系为
C.从抛出到A、B相遇,B的机械能逐渐减少
D.A、B动量的变化量相同
16.(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=10kg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80kg·m/s
D.气囊对头锤在竖直方向的作用力最大值为2200N
17.利用平底锅炸豆子,发现质量为M的锅盖刚好被顶起。假设每个豆子的质量均为m,弹起的豆子均垂直撞击平板锅盖,撞击速度均为v,每次撞击后速度大小均变为,方向与原来相反,豆子与锅盖撞击的时间极短,重力加速度为g,则单位时间撞击锅盖的豆子个数为( )
A. B. C. D.
18.弹弓是小朋友们特别喜爱的一种玩具。某次利用一弹弓竖直向上发射弹丸时,简化模型如下:原长为L的轻质弹性绳两端固定于相距为L的A、B两点,将质量为m的弹丸置于弹性绳的中点,随弹性绳竖直向下拉至C点,,并由静止释放,经时间t后弹丸离开弹性绳,此后弹丸继续上升的最大高度为h。重力加速度为g,不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.弹性绳对弹丸的冲量大小为
B.弹性绳对弹丸的冲量大小为
C.弹性绳对弹丸的平均作用力大小为
D.弹性绳对弹丸的平均作用力大小为
迁移创新
19.蹦床运动员仅在竖直方向上运动,弹簧床对该运动员的弹力F随时间t的规律如图。不计阻力,取。根据信息可求得( )
A.该运动员跳起的最大高度为
B.该运动员最大加速度为
C.每次接触过程中,蹦床对该运动员的最大冲量为
D.人体内力做功至少要消耗的能量
20.航模小组进行螺旋桨飞机模型的下落表演。如图所示,质量为m的螺旋桨飞机模型正常工作,悬停在高处的点。现关闭螺旋桨,飞机模型从点由静止开始自由下落,和为两段缓冲区,飞机模型进入到缓冲区后,受到方向竖直向上、大小与飞机模型速率成正比的缓冲力的作用(已知),飞机模型通过、两点时加速度均恰好为,飞机模型通过点时的速度大小大于通过点时的速度大小。已知,不计飞机模型所受空气浮力和阻力的影响,重力加速度为。
(1)求点到点的距离。
(2)求飞机模型在两个缓冲区内减少的总机械能。
(3)若点下方均为缓冲区,飞机模型仍从点由静止开始自由下落,求飞机模型运动至加速度为时所用的时间与位移的关系。
21.(多选)将A、B两物块靠在一起放置于水平地面上,并在两物体上同时施加水平向右的作用力,如图所示。已知、,两物块互不粘连,水平地面与物块间的摩擦力可忽略,且两个作用力大小随时间关系分别满足、,t=0时刻物块从静止出发,则( )
A.0~2s内物块A动量的改变量大小为12kg·m/s
B.2s时物块B的速度大小为3m/s
C.0~5s内合力对B的冲量大小为49N·s
D.5s时物块A的速度大小为6m/s
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第一章
动量和动量定理
第2节 动量定理及其应用
课标要点
1.从牛顿运动定律推导出动量定理的表达式。
2.理解动量定理,会运用动量定理解释生活中的问题。
3.可以用动量定理解决多过程问题、流体问题。
学习重难点
重点:理解并运用动量定理解决实际问题。
难点:可以用动量定理解释碰撞、缓冲等生活现象,可以用动量定理处理多过程问题。
知识点 动量定理
1. 结合牛顿第二定律和运动学公式推导动量定理
如图所示,一个质量为m的物体受到F的水平外力,在光滑水平面上,以初速度开始运动,经过时间t后,速度变为,结合所学知识,对这个物体列牛顿第二定律和运动学公式:
F F
牛顿第二定律:F=ma ①
运动学公式: ②
联立①②两个方程得,,该式即为动量定理;
2. 动量定理
(1) 内容:物体所受到合力的冲量等于物体的动量变化量
(2) 表达式:
(3) 理解:动量定理反应了合外力的冲量是动量变化的原因,是力在时间上的积累改变了物体的动量;
易错提醒
(1)运用动量定理解题的时候,要注意规定正方向,合外力的冲量的方向与物体动量变化量的方向相同,一定注意表达式中都是矢量;
随学随练
1.如图所示,质量为2kg的物体A静止在光滑的水平面上,与水平方向成30°角的恒力F=3N作用于该物体,历时10s,则( )
A.力F的冲量大小为零
B.力F对物体的冲量大小为
C.力F对物体的冲量大小为
D.物体动量的变化量为
【答案】B
【详解】ABC.根据冲量的定义知,力的冲量
故AC错误,B正确;
D.受力分析可知,物体所受的合力
根据动量定理得,
则物体动量的变化量
故D错误;
故选B。
2.动能和动量概念是描述运动物体状态而引入的物理量。设某个力F作用在物体上经历一段时间。则在这段时间内,下列说法正确的是( )
A.物体的动能一定改变
B.物体的动量一定改变
C.力F对物体一定做功
D.力F对物体的冲量一定不为零
【答案】D
【详解】AC.若题目中某个力与物体位移方向垂直(如匀速圆周运动的向心力)或物体位移为零(如静摩擦力作用下的静止物体),则不做功,物体动能不变,故AC错误;
B.根据动量定理,合外力的冲量等于动量变化。题目中某个力作用在物体上,同时若还存在其他力,物体受到的合外力可能为零,导致动量不变,故B错误;
D.根据冲量的定义
只要力存在且作用时间,则该力的冲量一定不为零,故D正确。
故选D。
知识点 动量定理在生活中的应用
1. “以柔克刚”——延长作用时间以减小冲击力
当动量变化量(Δp)为定值时(例如从运动到静止),延长相互作用时间(Δt↑)是减小破坏性平均作用力(F↓)的唯一途径。
典型实例:
车辆安全系统:汽车安全气囊与安全带预紧装置协同工作,利用气囊的作用,将驾驶员头部从高速到静止的减速时间延长至约 30 毫秒以上,避免人体内脏因瞬间巨大冲量而受伤。
运动防护:跳远运动员落入沙坑或海绵坑,坑内物质的流动与下陷将落地减速时间显著拉长,从而保护运动员的踝关节及脊柱。
2. “迅雷不及掩耳”——缩短作用时间以忽略冲量(惯性保持)
作用时间(Δt)极短时,即便力(F)存在,其乘积(冲量 )也趋近于零。
根据动量定理,物体的速度变化(Δv)趋近于零,物体因自身惯性几乎维持原运动状态(静止),因此在水平方向上的位移极小。
典型实例:
巧抽纸条(惯性演示):玻璃杯下压着一张纸条。若缓慢抽动,静摩擦力持续作用较长时间(Δt大),杯子获得动量而倾倒;若以极快速度横向抽出,接触时间极短,杯子几乎感受不到水平冲量,稳稳留在原地。
快速抽桌布(经典杂技):桌面上摆放整套碗碟,猛力水平抽击桌布。只要抽击速度足够快,作用在碗碟底部的滑动摩擦力冲量不足以改变其静止状态,桌布抽离后碗碟近乎零位移。
随学随练
1.(多选)安全气囊是汽车安全保障的重要设施,它与座椅安全带配合使用,可以为乘员提供有效的防撞保护,在汽车相撞时,汽车安全气囊可使头部受伤率减少25%,面部受伤率减少80%左右。若某次汽车安全测试中,汽车发生剧烈碰撞时,安全气囊未打开,与安全气囊顺利打开相比,下列说法正确的是(设每次测试汽车速度相同)( )
A.安全气囊未打开时,模拟乘员的动量变化量大
B.安全气囊打开时,模拟乘员的动量变化慢
C.安全气囊未打开时,模拟乘员受到撞击力的冲量大
D.安全气囊打开时,模拟乘员受到的撞击力小
【答案】BD
【详解】AC.在碰撞过程中,模拟乘员的动量的变化量是一定的,根据动量定理可知模拟乘员受到撞击力的冲量大小也是一定的,故AC错误;
BD.在碰撞过程中,模拟乘员的动量的变化量是一定的,安全气囊打开时,增加了作用的时间,根据动量定理可知,可以减小模拟乘员受到撞击力,可得,所以减小了模拟乘员的动量变化率,即模拟乘员的动量变化慢,故BD正确。
故选BD。
2.如图所示,在“抽桌布”游戏中,有人能将在上面放着各种东西的桌布顺利抽出,而桌布上放在桌子边缘的物体也不会滑离桌面。关于此现象,下列说法正确的是( )
A.因为抽桌布的力很小,桌布抽出过程时间很长,所以桌布上的物体几乎不动
B.因为抽桌布的力很大,桌布抽出过程时间很短,所以桌布上的物体几乎不动
C.因为桌布和物体间的摩擦力很大,所以桌布上的物体几乎不动
D.因为桌布和物体间的摩擦力很小,所以桌布上的物体几乎不动
【答案】B
【详解】CD.桌布和物体间的摩擦力是滑动摩擦力,压力一定,滑动摩擦力也一定,CD错误;
AB.抽桌布的力很大,桌布抽出很快,作用时间极短,摩擦力的冲量很小,因此物体没有明显的动量变化,几乎不动,A错误,B正确。
故选B。
题型 动量定理的定量计算
如前所述,动量定理的内容是物体所受到合力的冲量等于物体的动量变化量,表达式:,
在实际做题中,我们经常会遇到已知物体某阶段受力情况,结合动量定理进行计算的,如下题:
活学活用
1.无人机从地面将质量的快递包裹由静止竖直向上提升,2s末速度达到5m/s。重力加速度取,则此过程无人机对包裹的冲量大小为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】由动量定理,规定向上为正方向有
代入数据得,无人机对包裹的冲量
故选C。
2.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。
题型 动量定理处理多过程问题
如果物体的运动经历了多个阶段,每个阶段物体的受力都不相同,在这种情况下我们有两种不同方案选用动量定理:
(1) 分阶段处理:结合物体运动所经历的阶段,将物体运动分为多个时间段,对于每个阶段分别计算合外力的冲量,之后结合动量定理进行分析;
(2) 全过程处理:在全过程中对于不同的力的冲量进行分别计算,如第一个力的冲量是,第二个力的冲量是第n个力的冲量是,之后结合动量定理分析;
活学活用
1.(多选)人们对手机的依赖性越来越强,有些人喜欢躺着看手机,经常出现手机砸到眼睛的情况。如图所示,某塑料模型手机质量m为20g,从离人眼约h=25cm()的竖直高度无初速掉落,砸到眼睛后经t=0.1s手机停止运动,取重力加速度g=10m/s2,下列分析正确的是( )
A.手机对眼睛的作用力大小约为65N
B.手机对眼睛的作用力大小约为0.65N
C.全过程手机重力的冲量大小约为
D.全过程手机重力的冲量大小约为
【答案】BC
【详解】AB.设手机砸到眼睛时的速度为v,则有
根据可得,时间为
根据动量定理可得
代入数据,解得
故A错误,B正确;
CD.全过程手机重力的冲量大小约为
故C正确,D错误。
故选BC。
2.(多选)图甲所示,质量分别为和的两物体用轻弹簧连接置于光滑水平面,初始时两物体被锁定,弹簧处于压缩状态。时刻将B物体解除锁定,时刻解除A物体的锁定,此时B物体的速度为,AB两物体运动的图像如图乙所示,其中和分别表示时间和时间内B物体的图像与坐标轴所围面积的大小,则下列说法正确的是( )
A.
B.
C.时刻,弹簧伸长量最大
D.时间内,弹簧对A物体的冲量大小为
【答案】ABD
【详解】A.题意可知,在后AB水平方向上只受弹簧的弹力,弹簧对AB的弹力大小始终相等,通过乙图可知,后的任意时刻,A的加速度大小都比乙大,根据牛顿第二定律可知,A正确。
B.在时,弹簧处于原长状态弹性势能为零,时间弹簧的弹性势能全部转化为B的动能,此时B的速度最大,为时间内速度的变化量,即B此时的速度大小;,弹簧弹力作用使得A加速,B减速,弹性势能转化为AB的动能,在时刻加速的为零,弹力为零,弹性势能为零。时刻AB动能之和等于时刻B的动能,时刻B的速度不为零,表示时间内B物体的速度变化量小于时间内速度的变化量,故,B正确;
C.时刻,弹簧的状态与0时刻弹簧的状态相同,应该是弹簧压缩量最大,C错误;
D.根据的图像信息可知,时刻,A的速度减为零,B的速度为,则弹簧对B的动量定理
弹簧对AB的作用力时刻大小相等方向相反,因此弹簧弹力对A的冲量大小等于弹簧弹力对B的冲量大小即为,D正确
故选ABD。
题型 连续变质量问题
1.流体类问题
(1) 对象选取:极短时间内流经某一截面的小柱体;
(2) 质量和体积的计算:;
(3)
1.某同学利用身边的常见器材在家完成了有趣的物理实验,如图所示。当手持吹风机垂直向电子秤的托盘吹风时,电子秤示数为81.0克。假设吹风机出风口为圆形,其半径为5 cm,空气密度为1.29 kg/m3,实验前电子秤已校准,重力加速度g=10 m/s2。则此时吹风机的风速约为( )
A.9 m/s B.8 m/s C.6 m/s D.12 m/s
【答案】A
【详解】对于时间内吹出的空气,根据动量定理
其中
代入数据解得
故选A。
2.“水刀”应用高压水流切割技术,相比于激光切割有切割材料范围广、效率高、安全环保等优势。假如某材料受到的压强冲击即可被切割,若高压水流沿水平方向冲击该材料且未发生反向溅射,则冲击该材料的水流速度至少应为(水的密度为)( )
A.10m/s B.100m/s C. D.
【答案】B
【详解】设水流横截面积为,水流速度为,在时间内冲击材料的水的质量为
水流沿水平方向冲击材料后速度变为零,根据动量定理有
代入,解得
水流对材料产生的压强为
解得
代入、,解得
故选B。
基础通关
1.(多选)如图甲所示,一物体静止在光滑水平面上,从时刻起,物体受到的水平外力随时间变化的关系图线如图乙所示,以水平向右为正方向,物体质量为10kg,则下列说法正确的是( )
A.前内水平外力的冲量为零
B.第1s末物体的运动方向改变
C.第3s末物体的速度为-8m/s
D.第3s内物体的位移为0.25m
【答案】AD
【详解】A.图像中图线与横轴围成的面积表示力的冲量,
由图像可知前2s内图线与横轴围成的面积为0,则水平外力F的冲量为零,A正确;
B.根据动量定理,前1s内,图线与横轴围成的面积为正,则冲量为正,即可知物体速度变化量为正,
物体初始时静止,则第1s末物体的运动方向仍旧为正,没有改变方向,故B错误;
C.根据动量定理可知,前三秒内图线与横轴围成的面积为,
则第3s末物体的速度为,C错误;
D.由A选项分析可知前2s内物体速度变化量为0,则第2s末物体速度为0,
第3s内物体的加速度为,
位移为,D正确。
故选AD。
2.2026年蒙超联赛中,赤峰队表现强势,目前稳居积分榜首位,主场赛事火爆,带动了当地青少年足球热情高涨。如图,某学生练习头顶球,将质量为m的足球以速度v竖直向上顶出,足球从离开头部到上升至最高点,再落回原位置的过程中,运动总时间为t,取竖直向上为正方向,重力加速度大小为g,空气阻力不计,则合外力的冲量为( )
A.0 B.-mv C.2mv D.-mgt
【答案】D
【详解】取竖直向上为正方向,足球离开头部时初速度为,初动量为 ;空气阻力不计,足球落回原出发点时速度大小仍为、方向向下,末动量为 。
合外力冲量等于动量变化量,可得。
对整个过程,合外力恒为重力,方向竖直向下,由冲量定义直接得
故选D。
3.(多选)如图所示,一轻弹簧与质量为的物体组成弹簧振子,物体在同一条竖直线上的、间做简谐运动,为平衡位置,为的中点,已知,振子的周期为,某时刻物体恰好经过点并向上运动,则从此时刻开始的半个周期时间内,下列说法正确的是( )
A.重力做功 B.重力的冲量大小为
C.合外力的冲量为零 D.合外力做功为零
【答案】ABD
【详解】A.初始振子在点(点上方处),半个周期后运动到点下方处,相对于初始位置,振子总下落高度为,重力做功,故A正确;
B.重力是恒力,作用时间为,因此重力的冲量大小,故B正确;
C. 根据动量定理,合外力冲量等于动量变化。设初始速度大小为,向上为正方向,初动量;半个周期后速度大小仍为、方向向下,末动量,动量变化,因此合外力冲量不为零,故C错误;
D.根据动能定理,合外力做功等于动能变化。初动能,末动能,动能变化,因此合外力做功为零,故D正确。
故选 ABD。
4.如图所示,建筑工地上的打夯机将质量为20t的重锤升高到5m的高度后释放,重锤在地面上砸出一个深坑,重锤冲击地面的时间为0.2s。不计空气阻力,重力加速度取10m/s2,则重锤对地面的平均作用力大小为( )
A.3×106N B.1.2×106N C.1×106N D.8×105N
【答案】B
【详解】取向上为正方向,以重锤为研究对象,根据动量定理可得,
代入数据解得
根据牛顿第三定律,重锤对地面的平均作用力大小为1.2×106N。
故选B。
5.如图为高空坠物的公益广告,形象地描述了高空坠物对人伤害的严重性。小明同学用下面的实例来检验广告的科学性:设一个50g的熟鸡蛋从28楼的窗户自由落下,相邻楼层的高度差为3m,鸡蛋与地面撞击时间约为2ms。不计空气阻力,则该鸡蛋对地面的平均冲击力约为( )
A.5000N B.1000N C.500N D.100N
【答案】B
【详解】1层楼高约为3m,鸡蛋下落的总高度为
已知鸡蛋质量
撞击时间
鸡蛋做自由落体运动,由运动学公式
得
取向上为正方向,撞击过程中由动量定理
整理得
代入数值
故选B。
【点睛】
6.如图所示,一高空作业的工人的质量为65kg,系一条长为L=5m的安全带,若工人不慎跌落时,安全带的缓冲时间t=1s,g取10m/s2,求:
(1)工人跌落到安全带刚好伸直时的速度大小;
(2)缓冲过程中安全带对人的平均作用力的大小。
【答案】(1)
(2)1300N
【详解】(1)自由下落段,根据速度位移公式
解得
(2)从释放到伸长到最长过程由动量定理,有
人受到的安全带的平均作用力大小F=1300N
7.蹦床运动是小孩喜爱的运动。一质量为40kg的小孩在t=0时从离水平网面某高度处自由落下,着网后沿竖直方向蹦离水平网面,对蹦床作用力大小F与时间t的关系如图所示。不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2,在0.8s~1.6s时间内,网对小孩的平均作用力大小为( )
A.1300N B.1200N C.1100N D.1000N
【答案】B
【详解】由题图知,在0.8s~1.6s内,小孩着网时的速度
离网时的速度为
取竖直向上为正方向,对小孩依据动量定理,有
解得
故选B。
8.高空作业人员必须要系安全带!如果质量为m的高空作业人员不慎跌落,自由下落h后安全带刚好被拉直,此后经过时间t作业人员下落到最低点,在时间t内安全带对人的平均作用力大小为(重力加速度大小为g)( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】从作业人员跌落开始直到作业人员下落到最低点,运用动量定理,有
联立可得
故选A。
9.某型号海警船配备了一门大流量定向水炮,用于在执法行动中对非法构筑物(如岛礁上的临时建筑)进行警示或拆除。假设水炮炮口倾斜向上,与水平方向成放置,与目标建筑物水平距离为x,喷射时水柱恰好水平击中目标建筑物。已知垂直打到建筑物上后水流速度变为0,设水炮出水口的半径为r,海水密度为ρ,水柱以恒定的速度2v从喷水口喷出,水柱形状稳定,重力加速度为g,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.水柱冲击建筑物的平均冲击力 B.水柱冲击建筑物的平均冲击力
C.水柱从喷出到最高点所用时间 D.炮口与目标建筑物水平距离为
【答案】A
【详解】对水炮喷出水流的初速度分解到水平方向和竖直方向,由于初速度大小为,与水平方向夹角为,因此水平分速度
竖直分速度
AB.单位时间内从水炮喷出的水的质量为(为出水口横截面积)
水柱水平击中目标时速度等于水平分速度,冲击后速度变为0,根据动量定理
代入得,因此,故A正确,B错误。
C.竖直方向水流做竖直上抛运动,到最高点时竖直速度减为0,由
解得运动时间,故C错误。
D.水平方向水流做匀速直线运动,炮口与目标的水平距离,故D错误。
故选A。
10.(多选)如图甲所示,风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置,其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。已知叶片长为r,风速为v,空气密度为,流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有空气速度减速为0,有空气以原速率穿过,如图乙所示。不考虑其它能量损耗,下列说法正确的是( )
A.一台风力发电机的发电功率约为
B.一台风力发电机的发电功率约为
C.空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
D.空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
【答案】AD
【详解】AB.单位时间内,流过叶片扫风面积的总空气质量为 ,风的初始总动能为
由题意知,空气末动能为0,空气动能不变,因此末总动能
损失的动能转化为电能,因此
发电功率
联立可得,A正确,B错误;
CD.空气初动量,末动量
动量变化大小
根据动量定理
单个叶片的平均作用力
解得 ,D正确,C错误。
故选 AD。
11.如图所示,某自动称米机阀门距秤盘的高度h=0.2 m,当阀门打开时大米从静止开始下落,大米与秤盘的碰撞时间极短且不反弹(碰撞过程重力可忽略)。当称米机的示数为1 kg时,阀门在电机控制下立即关闭。已知大米的流量(单位时间内流出的质量)Q=0.1 kg/s,重力加速度g取10 m/s2,忽略空气阻力及大米在秤盘堆积的高度,求:
(1)大米落到秤盘前瞬间速度的大小v和阀门关闭瞬间空中大米的质量m。
(2)大米与秤盘碰撞时对秤盘冲击力的大小F。
(3)稳定后(空中的大米全部落入秤盘),称米机的示数M。
【答案】(1),
(2)
(3)
【详解】(1)设每粒大米质量为,由机械能守恒
解得大米落入秤盘时的速度大小
阀门关闭,米在空中近似做自由落体运动,则有
解得
空中大米的质量。
(2)时间内,从阀门处下落的大米质量
令其落到秤上时受到的冲击力为,根据动量定理有
解得
根据牛顿第三定律可知,大米与秤盘碰撞时对秤盘冲击力
(3)关闭阀门时,秤示数为1kg,此时,结合上述可知,秤上大米质量为
则当空中大米全部落入盘中后,大米的总质量。
12.如图所示为一个沙漏,其中玻璃容器的质量为,沙子的总质量为,阀门距离容器底部的高度为。现在将该沙漏放在水平台秤上,当打开阀门时,沙子从漏口随时间均匀漏下时,初速度可近似认为0,忽略空气阻力,不计沙子间的相互影响,下列说法正确的是( )
A.沙子在空中下落的过程中处于超重状态
B.出口下方范围内沙子数比范围内沙子数多
C.如果沙子下落的总时间为,则玻璃容器底部受到的冲击力大小为
D.由于沙子在下落,处于失重状态,台秤的示数一直小于沙漏的总重力
【答案】B
【详解】A.沙子在空中下落过程中是自由落体运动,加速度竖直向下,处于失重状态,故A错误。
B.沙子从漏口随时间均匀漏下,时间间隔相等,由题意沙子下落位移有,,由自由落体运动公式有,
代入数据解得,
显然,所以出口下方范围内沙子数比范围内沙子数多,故B正确。
C.根据自由落体运动公式有
设沙子落到容器底部与容器底部作用时间为,玻璃容器底部受到的冲击力大小为,根据牛顿第三定律沙子受到容器底部的作用力大小也为,则根据动量定理有
联立解得,故C错误。
D.刚开始下落时,沙子没有与容器底部接触,空中下落沙子处于完全失重状态,台秤示数小于总重力,当沙子与容器底部接触后,是否大于总重力取决于玻璃容器底部受到的冲击力大小,无法确定台秤示数是否小于总重力,故D错误。
故选B。
素养提升
13.游乐场中的旋转椅子可以看成如图所示模型,长为的细绳上端悬于点,下端拴一总质量为椅子。椅子在水平面内做匀速圆周运动,细绳与竖直方向的夹角为,不计空气阻力,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A.细绳的拉力大小等于
B.椅子转动半圈,重力的冲量等于
C.椅子转动半圈,合力的冲量与竖直方向夹角为
D.椅子转动半圈,绳拉力的冲量等于
【答案】C
【详解】A.对椅子受力分析,在竖直方向有
解得细绳的拉力大小,故A错误;
B.椅子在水平面内做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有
解得
则椅子转动半圈,重力的冲量等于,故B错误;
C.根据动量定理,合力的冲量等于动量的变化量,即
椅子转动半圈,速度大小不变,方向相反,动量变化量的方向与速度方向共线,即在水平面内,水平方向与竖直方向垂直,夹角为,故C正确;
D.因拉力F的方向不断变化,即F是变力,所以其冲量不能直接用计算;而是要用动量定理计算;
椅子在水平面内做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有
解得
椅子转动半圈,速度大小不变,方向相反,设末状态的速度方向为正方向,可得动量的变化量
因在水平方向,在竖直方向,两者垂直,根据动量定理,可得绳子的拉力的冲量大小
解得,故D错误。
故选C。
14.如图,湘超足球比赛运动员训练罚点球,足球放置在球门中央的正前方O点,两次射门,足球分别垂直打在水平横梁上的A点和竖直立柱上的B点,不计空气阻力,则两次射门过程,足球从离开脚到打在横梁的过程中( )
A.足球动量变化率相同
B.足球初动能大小一定相等
C.打在B点的重力的冲量较大
D.打在B点的重力的平均功率较大
【答案】A
【详解】A.动量变化率为由于只受重力,所以动量变化率相同均为重力,故A符合题意;
B.设球门宽度为,足球到球门的距离为,根据逆向思维法可知,足球做平抛运动,当足球打到点时,有,
当足球打到B点时,有,
由于 则,
根据可知足球竖直分速度为
足球初速度大小不一定相等,故初动能不一定相等,故B不符合题意;
C.足球重力的冲量为
因为,故打在A点重力冲量大一些,故C不符合题意;
D.足球重力的平均功率为
因为,足球打在点的重力的平均功率比B点大,故D不符合题意。
故选A。
15.在一次趣味球类活动中,在相同高度处,甲同学以速度将篮球A斜向上抛出,同时乙同学以速度将篮球B竖直向上抛出,A、B两球到达最高点时恰好相遇,如图所示。不计空气阻力,两球质量相等且均可视为质点,重力加速度为g,则( )
A.A在最高点的速度为零 B.抛出时两球的速度大小关系为
C.从抛出到A、B相遇,B的机械能逐渐减少 D.A、B动量的变化量相同
【答案】D
【详解】A.A做斜上抛运动,到最高点时竖直速度为零,而水平速度不为零,所以A的速度不为零,故A错误;
B.A球的竖直分运动与B球相同,故A球的竖直分速度
又A球还有水平速度,故,故B错误;
C.从抛出到A、B相遇,篮球B只受重力,B的机械能不变,故C错误;
D.根据动量定理
因A、B运动时间相同,故A、B两球重力冲量相同,则A、B动量的变化量相同,故D正确。
故选D。
16.(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=10kg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80kg·m/s
D.气囊对头锤在竖直方向的作用力最大值为2200N
【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,故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,故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,故B正确;
C.碰撞过程头锤动量变化量大小为,故C错误。
故选BD。
17.利用平底锅炸豆子,发现质量为M的锅盖刚好被顶起。假设每个豆子的质量均为m,弹起的豆子均垂直撞击平板锅盖,撞击速度均为v,每次撞击后速度大小均变为,方向与原来相反,豆子与锅盖撞击的时间极短,重力加速度为g,则单位时间撞击锅盖的豆子个数为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】设单位时间撞击锅盖的豆子个数为,在极短时间内撞击锅盖的豆子个数为,规定竖直向下为正方向,对在此时间内撞击锅盖的豆子,根据动量定理有
解得
根据题意可知锅盖刚好被顶起,则豆子对锅盖的平均作用力大小等于锅盖的重力,有
联立解得
故选B。
18.弹弓是小朋友们特别喜爱的一种玩具。某次利用一弹弓竖直向上发射弹丸时,简化模型如下:原长为L的轻质弹性绳两端固定于相距为L的A、B两点,将质量为m的弹丸置于弹性绳的中点,随弹性绳竖直向下拉至C点,,并由静止释放,经时间t后弹丸离开弹性绳,此后弹丸继续上升的最大高度为h。重力加速度为g,不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.弹性绳对弹丸的冲量大小为
B.弹性绳对弹丸的冲量大小为
C.弹性绳对弹丸的平均作用力大小为
D.弹性绳对弹丸的平均作用力大小为
【答案】C
【详解】弹丸从发射至运动到最高点,根据动量定理
解得弹性绳对弹丸的冲量大小
弹性绳对弹丸的平均作用力大小
故选C。
迁移创新
19.蹦床运动员仅在竖直方向上运动,弹簧床对该运动员的弹力F随时间t的规律如图。不计阻力,取。根据信息可求得( )
A.该运动员跳起的最大高度为
B.该运动员最大加速度为
C.每次接触过程中,蹦床对该运动员的最大冲量为
D.人体内力做功至少要消耗的能量
【答案】D
【详解】A.从图像可以看出,运动员在空中的最大时间
根据运动的对称性可知,运动员从最高点下落的时间
由上抛运动的规律可得,(竖直上抛可看成反向自由落体运动),所以最大高度
A错误;
B.从图像上可以看出,运动员的重力为500N,质量为
当弹簧的弹力最大时,根据牛顿定律,有
B错误;
C. 稳定后每次运动员接触蹦床时的速度大小
由对称性可知,离开时的速度大小为10m/s,方向向上,接触过程中,以向上为正方向,对运动员应用动量定理
可得蹦床对该运动员的最大冲量
C错误;
D.由能量守恒可知
D正确;
故选D。
20.航模小组进行螺旋桨飞机模型的下落表演。如图所示,质量为m的螺旋桨飞机模型正常工作,悬停在高处的点。现关闭螺旋桨,飞机模型从点由静止开始自由下落,和为两段缓冲区,飞机模型进入到缓冲区后,受到方向竖直向上、大小与飞机模型速率成正比的缓冲力的作用(已知),飞机模型通过、两点时加速度均恰好为,飞机模型通过点时的速度大小大于通过点时的速度大小。已知,不计飞机模型所受空气浮力和阻力的影响,重力加速度为。
(1)求点到点的距离。
(2)求飞机模型在两个缓冲区内减少的总机械能。
(3)若点下方均为缓冲区,飞机模型仍从点由静止开始自由下落,求飞机模型运动至加速度为时所用的时间与位移的关系。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】(1)飞机模型在段自由下落,到达、两点时加速度均恰好为,则有,
解得
飞机模型在段做加速运动,所以,又由题意可知,且
可知飞机模型在段和段做完全相同的减速运动,则有
飞机模型由运动到的过程,有
飞机模型由运动到的过程,有
联立解得
(2)飞机模型由运动到,动能不变,机械能减少
同理,飞机模型由运动到,机械能减少
则飞机模型在两个缓冲区内减少的总机械能
(3)飞机模型加速度为时,速度大小为
飞机模型从静止释放到加速度变为0的过程,重力的冲量为
缓冲力的冲量为
由动量定理可得
联立解得
21.(多选)将A、B两物块靠在一起放置于水平地面上,并在两物体上同时施加水平向右的作用力,如图所示。已知、,两物块互不粘连,水平地面与物块间的摩擦力可忽略,且两个作用力大小随时间关系分别满足、,t=0时刻物块从静止出发,则( )
A.0~2s内物块A动量的改变量大小为12kg·m/s
B.2s时物块B的速度大小为3m/s
C.0~5s内合力对B的冲量大小为49N·s
D.5s时物块A的速度大小为6m/s
【答案】AC
【详解】A.两物块刚刚分离时,速度、加速度相等,两物块之间的弹力恰好为0,此时有
解得
即2s内物块没有分离,由于力与时间均成线性关系,对两物块构成的系统,2s内合力的冲量为
0~2s内,对两物块构成的系统,根据动量定理有
解得
则0~2s内物块A动量的改变量大小为
故A正确;
B.结合上述可知,2s时物块B的速度大小为4m/s,故B错误;
C.由于力与时间均成线性关系,2~5s内,B的合力的冲量为
2~5s内,对B进行分析,根据动量定理有
解得
对B进行分析,根据动量定理可知,0~5s内合力对B的冲量大小为
故C正确;
D.由于力与时间均成线性关系,2~5s内,A的合力的冲量为
2~5s内,对A进行分析,根据动量定理有
解得
故D错误。
故选AC。
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