最新版高考物理第七章动量第3讲动量守恒和能量守恒的综合应用检测.doc

1、第3讲 动量守恒和能量守恒的综合应用基础巩固1.（2017北京朝阳期中，12,3分）小铁块置于薄木板右端，薄木板放在光滑的水平地面上，铁块的质量大于木板的质量。t=0时使两者获得等大反向的初速度开始运动，t=t 1时铁块刚好到达木板的左端并停止相对滑动，此时与开始运动时的位置相比较，下列示意图符合实际的是（）2 . 一中子与一质量数为 A（A>1）的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为（）B. 一A-14 HC. D.3 .（多选）矩形滑块由不同材料的上、下两层粘合在一起组成，将其放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v水平射向滑块。若射击下层，子弹刚

2、好不射出；若射击上层，则子弹刚好能射穿一半厚度 ，如图所 示。则上述两种情况相比较 （）A.子弹的末速度大小相等B.系统产生的热量一样多C.子弹对滑块做的功不相同D.子弹和滑块间的水平作用力一样大A （VWW B力51%外Z线而外切力为初勿陶力5%我4.（2016北京东城零模,17）如图所示，在光滑的水平面上有两物体A B,它们的质量均为 m=在物体B上固定一个轻弹簧处于静止状态。物体A以速度vo沿水平方向向右运动，通过弹簧与物体 B发生作用。下列说法正确的是（）A.当弹簧获得的弹性势能最大时，物体A的速度为零B.当弹簧获得的弹性势能最大时，物体B的速度为零C.在弹簧的弹性势能逐渐增大的过程中

3、，弹簧对物体B所做的功为工m$D.在弹簧的弹性势能逐渐增大的过程中，弹簧对物体A和物体B的冲量大小相等，方向相反5.（2017北京海淀零模，18）如图所示,在光滑水平地面上有A、B两个小物块，其中物块A的左侧连接一轻 质弹簧。物块A处于静止状态，物块B以一定的初速度向物块 A运动，并通过弹簧与物块 A发生弹性正碰。对于该作用过程，两物块的速率变化可用速率 -时间图像进行描述，在选项图所示的图像中，图线1表示物块A的速率变化情况，图线2表示物块B的速率变化情况。则在这四个图像中可能正确的是（）6.（2017北京朝阳期中，18,6分）如图所示,光滑水平冰面上固定一足够长的光滑斜面体，其底部与水平面

4、相切，左侧有一滑块和一小孩（站在冰车上）处于静止状态。在某次滑冰游戏中，小孩将滑块以相对冰面V1=4 m/s的速度向右推出，已知滑块的质量m=10 kg,小孩与冰车的总质量 m=40 kg,小孩与冰车始终无相对运动，取重力加速度g=10 m/s 2,求:推出滑块后小孩的速度大小V2；(2)滑块在斜面体上上升的最大高度H；小孩推出滑块的过程中所做的功W7.（2017北京东城一模，23,18分）能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律等是自然界普遍遵循的 规律,在微观粒子的相互作用过程中也同样适用。卢瑟福发现质子之后，他猜测：原子核内可能还存在一种不带电的粒子。（1）为寻找这种不带电的粒子，他的学

5、生查德威克用“粒子轰击一系列元素进行实验。当他用 a加子'川时轰击破原子核4 Be）时发现了一种未知射线，并经过实验确定这就是中子 ，从而证实了卢瑟福的猜测。请你完成此核反应方程HeBe-n。（2）为了测定中子的质量 m,查德威克用初速度相同的中子分别与静止的氢核和静止的氮核发生弹性1正碰。实验中他测得碰撞后氮核的速率与氢核的速率关系是VN=Ih。已知氮核质量与氢核质量的关系是mN=14mH,将中子与氢核、氮核的碰撞视为弹性碰撞。请你根据以上数据计算中子质量m与氢核质量mH的比值。（3）以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使

6、其减速。在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，他选择了三种粒子：铅核、氢核、电子。以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由。综合提能1.（2018北京西城期末）（多选）如图甲所示，一轻弹簧的两端与质量分别是田和mi的两物块相连，它们静止在光滑水平地面上。现给物块m一个瞬时冲量，使它获得水平向右的速度V0,从此时刻开始计时，两物 块的速度随时间变化的规律如图乙所示。则下列判断正确的是w+点一 f日 ,$孝， . .-/jp,zj,. . i1 ., z. r， f _ _i, 帼取mz.A.t i时刻弹簧长

7、度最短B.t 2时刻弹簧恢复原长C.在tlt3时间内，弹簧处于压缩状态D.在12r 4时间内，弹簧处于拉长状态2.(2017北京海淀期中,17,10分)建筑工程中的“打桩”是利用重锤的冲击克服泥土对桩柱的阻力，使桩柱插入泥土到达预定深度白过程。如图甲所示，设打桩机重锤的质量为m,桩柱的质量为 M打桩过程可简化如下：桩柱下端开始时在地表面没有进入泥土，提升重锤到距离桩柱上端h高度后使其自由落下，重锤撞击桩柱上端，经极短时间的撞击使两者以共同的速度一起向下移动一段距离后停止。然后再次提升重锤，重复打桩过程，逐渐把桩柱打到预定深度。设桩柱向下移动的过程中泥土对桩柱的阻力f的大小与桩柱打入泥土中的深度

8、x成正比，其函数表达式f=kx(k为大于0的常量，具体值未知),f-x图像如图乙所示。已知重力加速度大小为go(1)求重锤与桩柱第一次碰撞后瞬间的共同速度大小；(2)图像法和比较法是研究物理问题的重要方法，例如从教科书中我们明白了由v-t图像求直线运动位移的思想和方法，请你借鉴此方法，根据图示的f-x图像结合函数式f=kx,分析推导在第一次打桩将桩柱打入泥土的过程中阻力所做的功与桩柱打入泥土深度的关系式；并将泥土对桩柱的阻力与你熟悉的弹簧弹力进行比较，从做功与能量转化的角度简要说明泥土对桩柱的阻力做功和弹簧弹力做功的不同；(3)若重锤与桩柱第一次的撞击能把桩柱打入泥土中的深度为d,试求常量k的

9、大小。3.（2017北京朝阳一模，24,20分）动量守恒定律是一个独立的实验定律，它适用于目前为止物理学研究的一切领域。运用动量守恒定律解决二维问题时，可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究。（1）如图1所示，质量分别为m、m2的球1和球2构成的系统，不考虑系统的外力作用。球 1以速度vi（方向沿x轴正向）与静止的球2碰撞，若速度V1不在两球球心'的连线上，碰撞之后两球的速度 V1'、V2' 都会偏离V1的方向，偏角分别为0和4 ,且V1、m、m。、（）均已知。.坛 a -i t图1a.请写出计算V1'、V2'的大小时主要依据的关系式b.请分析说明球1

10、对王2的平均作用力F的方向。图2X射线中（2）如图2所示，美国物理学家康普顿及其团队将X射线入射到石墨上，发现被石墨散射的 除了有与入射波长相同的成分外，还有与入射波长不同的成分。我国物理学家吴有训在此项研究中也做 出了突出贡献，因此物理学界也把这一效应称为“康普顿吴效应”。由于这一现象很难用经典电磁理论解释，所以康普顿提出光子不仅具有能量，也具有动量，光子的动量p与其对应的波长入之间的关系为p=工（h为普朗克常量）。进一步研究表明 X射线的散射实质是单个光子与单个电子发生碰撞的结果。由于电子的速度远小于光的速度，可认为电子在碰撞前是静止的。现探测到散射X射线的波长不同于入射X射线的波长，请你

11、构建一个合理白相互作用模型 ，解决以下问题：a.请定性分析散射 X射线的波长 入与入射X射线的波长入的大小关系；b.若已知入射X射线的波长为 入，散射X射线的波长为 入。设散射X射线相对入射方向的偏转角为。求9 =一时电子获得的动量。答案精解精析基础巩固1 .A 铁块质量大于木板质量，系统所受合外力为零，动量守恒，根据初动量情况，可知末动量方向向左。具体运动情况如以下分析：根据牛顿第二定律f=ma可知，铁块的加速度较小，因此，铁块向左以较小的加速度匀减速运动，木板以较大的加速度向右匀减速运动，木板的速度先减为零，然后反向运动，当两者速度相等时，停止相又於！动，由动量守恒可得出v<v0,因

12、整个过程中木板所受摩擦力始终向左且不变，则木板的加速度不变，又木板初速度向右、末速度向左 ，则知木板先向右做匀减速运动 ，后向左做匀加速运动，因 v<V0,则知木板向右减速的位移大于向左加速的位移 ,选项A正确，选项B、C D错误。2 .A 设中子质量为 m,则原子核的质量为 Am设碰撞前后中子的速度分别为v。、Vi,碰后原子核的速度为ill1-A vd 4+1V2,由弹性碰撞可得一 一，A 一A77 4B1+1 花印二 A 十多mv)=mv+Am2, m = m + Am ,解得 vi= v。,故= ,A 正确。3 .AB 由动量守恒定律有 mv=(m+M)v共，得v共="死

13、,A正确；由能量守恒定律有 Q=m2-m+M) - ,知B正1或确；由动能定理有一M ：0=W,知C错误；产生的热量Q=f - As,因As不同，则f也不同，故D错误。14 .D 当A、B速度相同时，弹簧获得最大弹性势能，故A、B均错误。系统机械能守恒，E总=m5,故当弹簧1具有弹性势能时，物体的动能一定小于2m °,故C错误；弹簧对A、B的作用力始终大小相等方向相反，弹簧对物体A和物体B的冲量大小相等，方向相反，故D正确。5.B 由图像知速度方向都为正。 B通过弹簧与A发生弹性碰撞，B减速,A加速，某一时刻两者速度相等， 之后A继续加速,B继续减速，Vb<Va,当弹簧恢复到原

14、长时，A、B间无相互作用，两者同时开始匀速运动，所 以选R6 .答案 (1)1 m/s (2)0.8 m (3)100 J 解析(1)对于滑块、小孩以及冰车构成的系统，根据动量守恒定律可得：0=mivi-m2v2代入相关数据可得：v 2=1 m/s(2)对于，t块,根据机械能守恒定律可得m=mgH代入相关数据可得：H=0.8 m(3)小孩在推出滑块的过程中所做的功等于系统所获得的总动能，即:W=-mi代入相关数据可得：W=100 J"卫一7 .。答案(1 6 c (2/(3)见解析。解析(1)由质量数守恒、电荷数守恒可得，此核反应方程为:HeBe(2)设中子与氢核、氮核碰撞前的速率为

15、vo中子与氢核发生弹性碰撞时根据动量守恒定律有 mvo=mnvn+nHVHlit - - 根据能量守恒定律有-m ：=-mn+-rh解得碰后氢核的速率 VH=同理可得,中子与氮核发生弹性碰撞后,氮核的速率VN=Mil打f+f因此有解得叫中场(3)仅从力学角度分析，氢核减速效果最好。，碰撞后中子的速率中子与质量为m的粒子发生弹性正碰时，根据动量守恒定律、能量守恒定律有Vn'=ffin+n：由于铅核质量比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回。由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子基本不会减速。由于中子质量与氢核质量相差不多,碰撞后中子的速率将会减小很多。综合提能1.ABD m与m2

16、速度相同时，动能损失最多，此时弹簧弹性势能最大，0t i时间内，相当于m追m2,两物块相 距越来越近，t i时刻弹簧最短；t it2时间内，m2一直加速向右运动，mi先向右减速，后反向向左加速，两物块 相距越来越远；由丫d图像中斜率表示加速度，可知12时刻两物块的加速度为零，即弹簧恢复原长;t 2t 3 时间内，m2继续向右运动，两物块相距越来越远，弹簧伸长，t 3时刻两物块共速，弹性势能最大，弹簧最 长;t 3t4时间内，两物块均向右运动，且m加速,m2减速,mi的速度大于 m的速度，两物块逐渐靠近，说明弹 簧处于拉长状态。综上可知A、B、D正确,C错误。帆函:2.答案（i）出（2）见解析解

17、析（i）设重锤落到桩柱上端时的速度为vo,对于重锤下落的过程，根据机械能守恒定律有？m*=mgh（i分）解得:V o=重锤与桩柱相互作用过程极为短暂，冲击力远大于它们所受的重力，重锤与桩柱组成的系统，沿竖直方向动量守恒，设二者碰撞后共同运动的速度为vi,根据动量守恒定律有mvo=（M+m）vi（i 分）一明每jj解得：V尸，"二）5（i分）（2）由直线运动的v-t图像与横坐标轴所围的“面积”表示位移，比较阻力随深度变化的f-x图像可知,f-x图像与横坐标轴所围成的三角形的“面积”表示阻力做功的大小：x=kx2（i 分）阻力对桩柱做负功，所以W=-二kx2（1分）由题可知：弹簧弹力的大小和泥土对桩柱的阻力大小变化的规律一样，都是大小与位移成正比。但是弹簧弹力做的功会使物体减少的机械能以弹性势能的形式存储起来，是不同形式的机械能之间的转化而泥土对桩柱做的功会使物体减少的机械能转化成内能，是机械能转化为其他形式能的过程。泥土阻力一定做负功，弹簧弹力可以做正功，也可以做负功。（2分）（3）对于第一次碰撞后获得共同速度到进入泥土深度为d的过程，根据动能定理有（M+m）gd-zkd2=0-气M+m）%（2 分）可解得：k=2 d +。分）3.。答案见解析。解析（1）a.分别列出沿x轴、y轴方向的动量守恒表达式如下工：巧=加1口；+ mzvzJ cospb.对2,由动量定