第1章 第5节 分层训练能力提升-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修一同步教参(教科版)
题组1 碰撞的特点和应用
1.质量为0.5 kg的甲物块静止在水平面上,质量为1 kg的乙物块在水平面上以一定的初速度向甲滑去并与甲发生正碰后,两者粘在一起,碰撞过程中甲物块受到乙物块的冲量大小为2 N·s,则碰撞前乙的速度大小为( )
A.3 m/s B.4.5 m/s
C.5 m/s D.6 m/s
解析:选D。根据动量定理得I=m甲v-0,碰撞后,甲物块的速度,即整体的速度v=4 m/s,根据动量守恒定律有m乙v乙=(m甲+m乙)v,则碰撞前乙的速度大小v乙=6 m/s。
2.(多选)(2026·四川泸州市一模)水平桌面上一个质量为0.16 kg的小球a与完全相同的静止小球b发生正碰,碰撞后小球b以2.5 m/s的速度向前运动,小球a以1 m/s的速度向前运动。若两球碰撞相互作用的时间为0.001 s,则( )
A.小球a与小球b发生的碰撞为非弹性碰撞
B.小球a与小球b发生的碰撞为弹性碰撞
C.碰撞时小球a与小球b间的平均作用力大小为160 N
D.碰撞时小球a与小球b间的平均作用力大小为400 N
解析:选AD。设两小球质量都为m,根据动量守恒定律有mva=mva′+mvb′,解得va=3.5 m/s,碰撞过程中的动能损失E损=mv
-(
mva′2+
mvb′2)=0.4 J,则小球a与小球b发生的碰撞为非弹性碰撞,故A正确,B错误;设碰撞时小球a与小球b间的平均作用力大小为
,分析小球b,根据动量定理有
Δt=mvb′-0,解得
=400 N,故C错误,D正确。
题组2 弹性碰撞和非弹性碰撞
3.在光滑的水平面上,有a、b两球,其质量分别为ma、mb,两球在t0时刻发生正碰,并且在碰撞过程中无机械能损失,两球碰撞前后的速度图像如图所示,下列关系正确的是( )
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A.ma>mb B.ma<mb
C.ma=mb D.无法判断
解析:选B。碰撞过程由动量守恒定律及机械能守恒定律分别可得mav0=mav1+mbv2,mav
=
mav
+
mbv
,联立解得v1=
v0,由于碰撞后a反弹,即v1<0,可知ma<mb,B正确。
4.(多选)A、B两球沿一直线运动并发生正碰。两球碰撞前后的位移—时间图像如图所示。a、b分别为A、B两球碰撞前的位移—时间图线,c为碰撞后两球共同运动的位移—时间图线,若A球质量是m=2 kg,则由图可知( )
A.A、B碰撞前的总动量为3 kg·m/s
B.碰撞时A对B所施冲量为-4 N·s
C.碰撞前后A的动量变化为6 kg·m/s
D.碰撞中A、B两球组成的系统损失的动能为10 J
解析:选BD。由题中x-t图像可知,碰撞前有:A球的速度vA==
m/s=-3 m/s,B球的速度vB=
=
m/s=2 m/s;碰撞后A、B两球的速度相等,为vA′=vB′=v=
m/s=-1 m/s,则碰撞前后A的动量变化ΔpA=mv-mvA=4 kg·m/s;对A、B组成的系统,由动量守恒定律有mvA+mBvB=(m+mB)v,得mB=
kg。A与B碰撞前的总动量为p总=mvA+mBvB=2×(-3) kg·m/s+
×2
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kg·m/s=- kg·m/s;由动量定理可知,碰撞时A对B所施冲量IB=ΔpB=-4 kg·m/s=-4 N·s。碰撞中A、B两球组成的系统损失的动能ΔEk=
mv
+
mBv
-
(m+mB)v2,代入数据解得ΔEk=10 J。故A、C错误,B、D正确。
题组3 爆炸类问题
5.一枚烟花弹(可视为质点)自水平地面斜向上方发射,在最高点时,爆裂成质量相等的甲、乙、丙三块(均可视为质点),爆裂之后乙由静止做自由落体运动,丙沿烟花弹发射的路径回落至发射点。若忽略空气阻力,则爆裂瞬间甲与丙速率的比值为( )
A.4 B.3
C.2 D.1
解析:选A。设烟花弹总质量为3m,发射时水平方向的分速度为v,方向向右。由题意可知,爆裂后乙沿水平方向速度为零,丙沿烟花弹发射的路径回落至发射点,根据运动的可逆性可知,爆裂后丙在水平方向的速度大小也为v,方向向左。设爆裂后甲在水平方向的速度为v1,以向右为正方向,则爆裂瞬间,在水平方向上系统动量守恒,根据动量守恒定律有3mv=-mv+mv1,解得v1=4v。爆裂时,甲、丙在竖直方向上分速度均为零,故爆裂时甲与丙速率的比值=4。
6.如图所示,牛顿摆是一组相互紧挨且悬挂在同一水平线上的相同小钢球,小明用牛顿摆进行探究活动,下列四组实验中左图为释放前的初始状态,右图为他预测的某些球升至最高点的状态,则下列选项中可能与理想情况相符的是( )
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