2020高考物理二轮复习 第1部分 专题3 动量和能量 第3讲 动量定理与动量守恒定律限时检测（含解析）

第3讲动量定理与动量守恒定律 限时45分钟；满分80分一、选择题(每小题5分，共40分)1在光滑水平面上，质量为m的小球a正以速度v0匀速运动。某时刻小球a与质量为3m的静止小球b发生正碰，两球相碰后，a球的动能恰好变为原来的，则碰后b球的速度大小是a.b.c.或 d无法确定解析两球相碰后a球的速度大小变为原来的，相碰过程中满足动量守恒，若碰后a速度方向不变，则mv0mv03mv1，可得b球的速度v1，而b在前，a在后，碰后a球的速度大于b球的速度，不符合实际情况，因此a球一定反向运动，即mv0mv03mv1，可得v1，a正确，b、c、d错误。答案a2(2019湖南六校联考)如图3315所示，质量为m的均匀木块静止在光滑水平面上，木块左右两侧各有一位拿着完全相同步枪和子弹的射手。首先左侧射手开枪，子弹水平射入木块的最大深度为d1，然后右侧射手开枪，子弹水平射入木块的最大深度为d2。设子弹均未射穿木块，且两颗子弹与木块之间的作用力大小均相同。当两颗子弹均相对于木块静止时，下列判断正确的是图3315a木块静止，d1d2 b木块向右运动，d1d2c木块静止，d1d2 d木块向左运动，d1d2解析把两颗子弹和木块看成一个系统，由动量守恒定律，可知最终木块静止。左侧射手开枪，把子弹和木块看成一个系统，由动量守恒定律可知，木块向右运动。右侧射手开枪，子弹相对于木块的速度大于木块静止时子弹相对于木块的速度，所以子弹进入木块的相对速度较大，分析可知d1d2，选项c正确，a、b、d错误。答案c3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碰，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/sb碰后乙向右运动，速度大小为7 m/sc碰撞中甲、乙的机械能总共增加了1 450 jd碰撞中甲、乙的机械能总共损失了1 400 j解析甲、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，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em甲v甲2m乙v乙2m乙v乙2代入数据解得e1 400 j，机械能减少了1 400 j，选项c错误，d正确。答案d4(2019德州一模)如图3316所示在足够长的光滑水平面上有一静止的质量为m2m的斜面，斜面表面光滑、高度为h、倾角为。一质量为m的小物块以一定的初速度沿水平面向右运动，不计冲上斜面过程中机械能损失。如果斜面固定，则小物块恰能冲到斜面顶端。如果斜面不固定，则小物块冲上斜面后能到达的最大高度为图3316a.b. c.dh解析斜面固定时，设物块初速度为v，由机械能守恒有：mghmv2斜面不固定时，设物块冲上斜面能达到的最大高度为h，物块和斜面水平共同速度为v，由水平方向动量守恒得：mv(mm)v所以vv由机械能守恒有：mv2(mm)v2mgh则hh，故c正确，abd错误。答案c5(多选)(2019泉州二模)如图3317所示，足够长的固定光滑斜面倾角为，质量为m的物体以速度v从斜面底端冲上斜面，到达最高点后又滑回原处，所用时间为t。对于这一过程，下列判断正确的是图3317a斜面对物体的弹力的冲量为零b物体受到的重力的冲量大小为mgtc物体受到的合力的冲量大小为零d物体动量的变化量大小为mgsin t解析斜面对物体的弹力的冲量大小ifntmgcos t，弹力的冲量不为零，故a错误；物体所受重力的冲量大小为igmgt，故b正确；物体受到的合力的冲量大小为mgtsin ，由动量定理得，动量的变化量大小pi合mgsin t，故c错误，d正确。答案bd6(多选)(2019枣庄二模)如图3318所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为l；导轨上面垂直于导轨横放着两根相距x0的导体棒ab、cd，两导体棒与导轨构成矩形闭合回路。两导体棒的质量均为m、电阻均为r，回路中其余部分的电阻忽略不计。整个装置处于磁感应强度大小为b、方向竖直向上的匀强磁场中。开始时，cd棒静止，ab棒的速度大小为v0、方向指向cd棒。若两导体棒在运动过程中始终不接触，选水平向右的方向为正方向，则在运动过程中图3318aab棒产生的焦耳热最多为mv02b安培力对cd棒的冲量最多为mv0c通过ab棒某一横截面的电荷量最多为dab棒与cd棒间的最终距离为x0解析从开始到最终稳定的过程中，两棒总动量守恒，取向右为正方向，根据动量守恒定律得mv02mv，ab棒产生的焦耳热最多为qq总mv02，故a错误；安培力对cd棒的冲量最多为ipmv0mv0，故b正确；对ab棒，由动量定理可得ftmv0mv0，所以有biltmv0，通过ab棒某一横截面的电荷量最多为qit，故c正确；由于通过ab棒某一横截面的电荷量最多为q，则有x，ab棒与cd棒间的最终距离为sx0xx0，故d正确。答案bcd7有一宇宙飞船，它的正面面积s2 m2，以v3103 m/s的相对速度飞入一宇宙微粒尘区。此微粒尘区1 m3空间中有一个微粒，每一个微粒的平均质量为m2107 kg。设微粒与飞船外壳碰撞后附着于飞船上，要使飞船速度不变，飞船的牵引力应增加a3.6103 n b3.6 nc1.2103 n d1.2 n解析选在时间t内与飞船碰撞的微粒为研究对象，其质量应等于底面积为s，高为vt的圆柱体内微粒的质量，即mmsvt，初动量为0，末动量为mv，设飞船对微粒的作用力为f，由动量定理得ftmv0，则fmsv2，由牛顿第三定律可知，微粒对飞船的撞击力大小等于msv2，则飞船要保持原速度匀速飞行，牵引力应增加ffmsv2，代入数据解得f21072(3103)2 n3.6 n，故a、c、d错误，b正确。答案b8(2019茂名二模)三个半径相同的弹性球，静止置于光滑水平面的同一直线上，顺序如图3319所示，已知mam，mc4m，当a以速度v0向b运动，若要使得bc碰后c具有最大速度，则b的质量应为图3319am b2mc3m d4m解析设b球的质量为m，以碰撞前a球的速度方向为正，a球与b球发生弹性碰撞，设碰撞后的速度分别为v1和v2，根据a球与b球动量守恒得mv0mv1mv2，由机械能守恒定律得mv02mv12mv22，解得v2；b球与c球发生弹性碰撞，设碰撞后的速度分别为v2和v3，由机械能守恒定律得mv22mv224mv32，由动量守恒定律得mv2mv24mv3，解得v3，由数学关系解得m2m时，c球碰撞后的速度最大，故b正确，a、c、d错误。答案b二、计算题(共40分)9(10分)(2019邵阳二模)如图3320所示，长为l、高为h、质量为m的小车停在光滑的水平地面上，有一质量为m的小物块(可视为质点)从光滑曲面上离车顶高度为h处由静止下滑，离开曲面后水平向右滑到小车上，最终物块滑离小车。已知重力加速度为g，物块与小车间的动摩擦因数。求：图3320(1)物块滑离小车时的速率v1；(2)物块从刚滑上小车到刚滑离小车的过程，小车向右运动的距离x。解析(1)设物块滑到小车上时的速率为v0，根据机械能守恒定律有：mv02mgh设物块滑离小车时物块和小车的速率分别为v1、v2，以物块和小车为研究对象，根据动量守恒mv0mv1mv2根据能量守恒定律有：mv02mv12mv22mgl物块滑离小车的条件为v1v2，解得：v1，v2。(2)对小车，根据动能定理有：mgxmv220解得：x。答案(1)(2)10(12分)(2019江西七校高三联考)有人对鞭炮中火药爆炸的威力产生了浓厚的兴趣，他设计如下实验，如图3321所示，在一光滑水平面上放置可视为质点的紧挨着的a、b两个物体，它们的质量分别为m11 kg，m23 kg，并在它们之间放少量火药，水平面左端有一弹性挡板，水平面右端平滑连接一光滑的竖直圆轨道。初始时a、b两物体静止，点燃火药让其爆炸，物体a向左运动与挡板碰后原速率返回，在水平面上追上物体b并与其碰撞后粘在一起，最后恰能到达圆轨道最高点，已知圆轨道的半径r0.2 m，g10 m/s2。求火药爆炸时对a、b两物体所做的总功。图3321解析火药爆炸后瞬间，设物体a、b的速度大小分别为v1、v2，由动量守恒定律有m2v2m1v10a物体与挡板碰后与b物体碰撞并粘在一起由动量守恒定律有m2v2m1v1(m1m2)v3a、b上升到最高点的过程中，由机械能守恒定律有(m1m2)v32(m1m2)gr火药对a、b两物体做的总功wm1v12m2v22解得w j。答案 j11(18分)如图3322甲所示，长木板a静止在水平地面上，其右端叠放着物块b，左端恰好在o点，水平面以o点为界，左侧光滑、右侧粗糙。物块c(可以看作质点)和d间夹着一根被压缩的弹簧，并用细线锁住，两者以共同速度v08 m/s向右运动，某时刻细线突然断开，c和弹簧分离后，撤去d，c与a碰撞并与a粘连(碰撞时间极短)，此后，ac及b的速度时间图象如图乙所示。已知a、b、c、d的质量均为m1 kg，木板a的长度l5 m，a、c与粗糙面间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2。求：图3322(1)长木板a与桌面间的动摩擦因数及b与a间的动摩擦因数。(2)烧断细线之前弹簧的弹性势能。(3)最终物块b离长木板a左端的距离。解析(1)设a与地面间的动摩擦因数为，b与a上表面间的动摩擦因数为，由图乙可知，01 s，a、c整体做匀减速运动的加速度大小aa13.5 m/s2b做匀加速运动的加速度大小ab11 m/s2对a、c整体有：3mgmg2maa1对b有：mgmab1解得：0.2，0.1(2)c与a碰撞过程动量守恒，由动量守恒定律得：mvc2mva其中：va4.5 m/s解得：vc9 m/s弹簧弹开过程中，对c、d系统由动量守恒定律得：2mv0mvcmvd解得：vd7 m/s弹簧弹开过程中，c、d及弹簧组成的系统机械能守恒，则有：2mv02epmvc2mvd2解得：ep1 j(3)由图乙可知，01 s内b相对a向左运动的位移x11 m2.25 ma与b速度相等后，b的加速度大小ab2g1 m/s2a、