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2019高考物理一轮复习 第六章 碰撞与动量守恒 第4讲 动量守恒中的力学综合问题练习

2023-09-22 来源:世旅网
第4讲动量守恒中的力学综合问题

1.“蹦极”运动中,长弹性绳的一端固定,另一端绑在人身上,人从几十米高处跳下,将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动,从绳恰好伸直,到人第一次下降至最低点的过程中,下列分析正确的是( )

A.绳对人的冲量始终向上,人的动量先增大后减小 B.绳对人的拉力始终做负功,人的动能一直减小 C.绳恰好伸直时,绳的弹性势能为零,人的动能最大 D.人在最低点时,绳对人的拉力等于人所受的重力

解析:选A.从绳恰好伸直到人第一次下降至最低点的过程中,人先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动,加速度等于零时,速度最大,故人的动量和动能都是先增大后减小,加速度等于零时(即绳对人的拉力等于人所受的重力时)速度最大,动量和动能最大,在最低点时人具有向上的加速度,绳对人的拉力大于人所受的重力.绳的拉力方向始终向上与运动方向相反,故绳对人的冲量方向始终向上,绳对人的拉力始终做负功.故选项A正确,选项B、C、D错误.

2.(2018·合肥质检)一质量为2 kg的物体受水平拉力F作用,在粗糙水平面上做加速直线运动时的a-

t图象如图所示,t=0时其速度大小为2 m/s,滑动摩擦力大小恒为2 N,则( )

A.在t=6 s的时刻,物体的速度为18 m/s B.在0~6 s时间内,合力对物体做的功为400 J C.在0~6 s时间内,拉力对物体的冲量为36 N·s D.在t=6 s的时刻,拉力F的功率为200 W

解析:选D.类比速度-时间图象中位移的表示方法可知,速度变化量在加速度-时间图象中由图线与坐标轴所围面积表示,在0~6 s内Δv=18 m/s,v0=2 m/s,则t=6 s时的速度v=20 m/s,A项错;由动能1212

定理可知,0~6 s内,合力做的功为W=mv-mv0=396 J,B项错;由动量定理可知,IF-Ff·t=mv-mv0,

22代入已知条件解得IF=48 N·s,C项错;由牛顿第二定律可知,6 s末F-Ff=ma,解得F=10 N,所以拉力的功率P=Fv=200 W,D项对.

3.

(2018·江苏苏北三市模拟)光滑水平地面上有一静止的木块,子弹水平射入木块后未穿出,子弹和木块的

v-t图象如图所示.已知木块质量大于子弹质量,从子弹射入木块到达稳定状态,木块动能增加了50 J,则

此过程产生的内能可能是( )

A.10 J C.70 J

B.50 J D.120 J

解析:选D.设子弹的初速度为v0,射入木块后子弹与木块共同的速度为v,木块的质量为M,子弹的质量

mv012Mm2v20

为m,根据动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,解得v=.木块获得的动能为Ek=Mv=2=

m+M22(M+m)Mmv2m121Mmv2M+m002

·.系统产生的内能为Q=mv0-(M+m)v=,可得Q=Ek>50 J,当Q=70 J时,

2(M+m)M+m222(M+m)m可得M∶m=2∶5,因已知木块质量大于子弹质量,选项A、B、C错误;当Q=120 J时,可得M∶m=7∶5,木块质量大于子弹质量,选项D正确.

4.(2018·北京东城区检测)质量为80 kg的冰球运动员甲,以5 m/s的速度在水平冰面上向右运动时,与质量为100 kg、速度为3 m/s的迎面而来的运动员乙相撞,碰后甲恰好静止.假设碰撞时间极短,下列说法中正确的是( )

A.碰后乙向左运动,速度大小为1 m/s B.碰后乙向右运动,速度大小为7 m/s C.碰撞中甲、乙的机械能总共增加了1 450 J D.碰撞中甲、乙的机械能总共损失了1 400 J

解析:选D.甲、乙碰撞的过程中,甲、乙组成的系统动量守恒,以向右为正方向,设碰撞前甲的速度为v甲

,乙的速度为v乙,碰撞后乙的速度为v′乙,由动量守恒定律得:m甲v甲-m乙v乙=m乙v′乙,解得v′乙=1 m/s,

2′2

v2甲+m乙v乙-m乙v乙,代入数据

1

方向水平向右,选项A、B错误;甲、乙碰撞过程机械能的变化量ΔE=m2解得ΔE=1 400 J,机械能减少了1 400 J,选项C错误,D正确.

1212

5.(多选)(2018·山东威海月考)如图所示,现有甲、乙两滑块,质量分别为3m和m,以相同的速率v在光滑水平面上相向运动,发生碰撞.已知碰撞后,甲滑块静止不动,则( )

A.碰撞前总动量是2mv B.碰撞过程动量不守恒 C.碰撞后乙的速度大小为2v D.碰撞属于非弹性碰撞

解析:选AC.取向右为正方向,碰撞前总动量为3mv-mv=2mv,A正确;碰撞过程两滑块组成的系统在水平方向不受外力,则系统动量守恒,B错误;设碰撞后乙的速度为v′,由动量守恒定律得3mv-mv=0+mv′,11212222

解得v′=2v,C正确;碰撞前总动能为·3mv+mv=2mv,碰撞后总动能为0+m(2v)=2mv,碰撞前后

222无机械能损失,碰撞属于弹性碰撞,D错误.

6.(多选)(2018·广东六校联考)如图甲所示,光滑平台上的物体A以初速度v0滑到上表面粗糙的水平小车B上,车与水平面间的动摩擦因数不计,图乙为物体A与小车B的v-t图象,由此可知( )

A.小车上表面长度

B.物体A与小车B的质量之比 C.物体A与小车B上表面的动摩擦因数 D.小车B获得的动能

解析:选BC.由图象可知,AB最终以共同速度v1匀速运动,不能确定小车上表面长度,故A错误;由动量守恒定律得,mAv0=(mA+mB)v1,解得:=

mAv1

,故可以确定物体A与小车B的质量之比,故B正确;由

mBv0-v1

11212

图象可以知道A相对小车B的位移Δx=v0t1,根据能量守恒得:μmAgΔx=mAv0-(mA+mB)v1,根据B中求

222得质量关系,可以解出动摩擦因数,故C正确;由于小车B的质量不可知,故不能确定小车B获得的动能,故D错误.

7.(多选)质量为m的物体(可视为质点)套在光滑水平固定直杆上,其上拴一劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧另一端固定于距离直杆3d的O点,物体从A点以初速度v0向右运动,到达B点时速度也为v0,OA、OB与水平杆的夹角大小如图所示,弹簧始终处于弹性限度内(取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).下列说法正确的是( )

A.从A点运动到B点的过程中,物体的速度先增大后减小 B.物体在A、B两点时弹簧弹力的功率相等 C.弹簧的原长为5.5d

2kdD.物体在A点时加速度的大小为 5m解析:选CD.由图中的几何关系可得OA=

3d3d=5d,OB==6d,由于物体从A点以初速

sin 37°sin 30°

度v0向右运动,到达B点时速度也为v0,可知从A到B的过程中物体的动能变化量为0;在该过程中,由于杆光滑,结合动能定理可知弹簧对物体做功的和等于0,物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在B点时的弹性势能,结合弹性势能的特点可知,开始时弹簧处于压缩状态,后来弹簧处于伸长状态,且弹簧的压缩量等于后来弹簧的伸长量,即L0-5d=6d-L0,所以弹簧的原长L0=5.5d.物体从A向O点正下方运动的过程中弹簧继续压缩,所以弹簧对物体做负功,物体的速度减小;物体从O点的正下方向B运动的过程中弹簧伸长,先对物体做正功,物体的速度增大;当弹簧的长度大于弹簧原长后,弹簧又开始对物体做负功,物体的速度又减小.所以物体先减速,再加速,最后又减速,A错误,C正确;如图所示,分别画出A、B两点受到的弹力与速度,由公式P=Fvcosθ可知,A、B两点F与v0之间的夹角不同,则A、B两点弹簧弹力的功率不相等,B错误;在A点,弹簧的弹力F与运动方向之间的夹角为180°-37°=143°,则物体在A点的加速度大小a=

k(5d-L0)cos 143°2kd=,D正确.

m5m 8.如图,光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A、B、C.B的左侧固定一轻弹簧(弹簧左侧的挡板质量不计).设A以速度v0朝B运动,压缩弹簧;当A、B速度相等时,B与C恰好相碰并黏接在一起,然后继续运动.假设B和C碰撞过程时间极短,求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中:

(1)整个系统损失的机械能; (2)弹簧被压缩到最短时的弹性势能.

解析:A、B碰撞过程动量守恒,能量也守恒,而B、C相碰黏接在一块时,动量守恒.系统产生的内能则为损失的机械能.当A、B、C速度相等时,弹性势能最大.

(1)从A压缩弹簧到A与B具有相同速度v1时,对A、B与弹簧组成的系统,由动量守恒定律得

mv0=2mv1 ①

此时B与C发生完全非弹性碰撞,设碰撞后的瞬时速度为v2,损失的机械能为ΔE.对B、C组成的系统,由动量守恒定律和能量守恒定律得

mv1=2mv2

121

mv1=ΔE+(2m)v22 2212联立①②③式得ΔE=mv0.

16

② ③ ④

(2)由②式可知v2121

mv0-ΔE=(3m)v23+Ep 22联立④⑤⑥式得

Ep=mv20.

12132答案:(1)mv0 (2)mv0

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