單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(六) 碰撞與動(dòng)量守恒一、單項(xiàng)選擇題1.行駛中的汽車如果發(fā)生劇烈碰撞,車內(nèi)的安全氣囊會(huì)被彈出并瞬間充滿氣體.若碰撞后汽車的速度在很短時(shí)間內(nèi)減小為零.關(guān)于安全氣囊在此過程中的作用.下列說法正確的是(  )A.增加了司機(jī)單位面積的受力大小B.減少了碰撞前后司機(jī)動(dòng)量的變化量C.將司機(jī)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換成汽車的動(dòng)能D.延長了司機(jī)的受力時(shí)間并增大了司機(jī)的受力面積2.兩名質(zhì)量相等的滑冰人甲和乙都靜止在光滑的水平冰面上.現(xiàn)在,其中一人向另一個(gè)人拋出一個(gè)籃球,另一人接球后再拋回.如此反復(fù)進(jìn)行幾次之后,甲和乙最后的速率關(guān)系是(  )A.若甲最先拋球,則一定是v>vB.若乙最后接球,則一定是v>vC.只有甲先拋球,乙最后接球,才有v>vD.無論怎樣拋球和接球,都是v>v3.科研人員在太空進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中,用質(zhì)量為m的宇宙飛船去對(duì)接前方的火箭組,對(duì)接后保持勻速運(yùn)動(dòng),然后開動(dòng)飛船尾部的推進(jìn)器,使飛船和火箭組共同加速.若推進(jìn)器開動(dòng)的時(shí)間為Δt,平均推力為F,測出飛船和火箭的速度變化為Δv,則下列說法正確的是(  )A.飛船和火箭組的機(jī)械能守恒B.火箭組的質(zhì)量MmC.飛船對(duì)火箭組的彈力大小為FD.飛船對(duì)火箭組的彈力大小為Fm4.如圖甲所示,在粗糙的水平地面上靜止放置一質(zhì)量為100 kg的木箱.t=0時(shí)刻,某同學(xué)對(duì)其施加水平推力F的作用.已知水平推力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖像如圖乙所示,木箱與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度g=10 m/s2.則t=3 s時(shí)木箱的速度大小為(  )  A.2 m/s    B.2.5 m/sC.6 m/s    D.8 m/s5.[2022·山西大同聯(lián)考]某研究小組通過實(shí)驗(yàn)測得兩滑塊碰撞前后運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到如圖所示的位移—時(shí)間圖像.圖中的線段a、b、c分別表示沿光滑水平面上同一條直線運(yùn)動(dòng)的滑塊Ⅰ、Ⅱ和它們發(fā)生正碰后結(jié)合體的位移變化關(guān)系.已知相互作用時(shí)間極短,由圖像給出的信息可知(  )A.碰前滑塊Ⅰ與滑塊Ⅱ速度大小之比為2∶5B.碰前滑塊Ⅰ的動(dòng)量大小比滑塊Ⅱ的動(dòng)量大小大C.碰前滑塊Ⅰ的動(dòng)能比滑塊Ⅱ的動(dòng)能小D.滑塊Ⅰ的質(zhì)量是滑塊Ⅱ的質(zhì)量的6.如圖甲所示,在光滑水平面上,輕質(zhì)彈簧一端固定,物體A以速度v0向右運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧,測得彈簧的最大壓縮量為x.現(xiàn)讓彈簧一端連接另一質(zhì)量為m的物體B,如圖乙所示,物體A以2v0的速度向右壓縮彈簧,測得彈簧的最大壓縮量仍為x,則(  )A.物體A的質(zhì)量為2mB.物體A的質(zhì)量為4mC.彈簧壓縮量最大時(shí)的彈性勢能為mvD.彈簧壓縮量最大時(shí)的彈性勢能為mv二、多項(xiàng)選擇題7.[2022·常德一模]如圖所示,質(zhì)量均為M的物體AB靜止在光滑水平地面上并緊靠在一起(不粘連),Aab部分是四分之一光滑圓弧,bc部分是粗糙的水平面.現(xiàn)讓質(zhì)量為m的小物塊C(可視為質(zhì)點(diǎn))自a點(diǎn)靜止釋放,最終剛好能到達(dá)c點(diǎn)而不從A上滑下.則下列說法中正確的是(  )A.小物塊C下滑到b點(diǎn)時(shí),A的速度最大B.小物塊C下滑到c點(diǎn)時(shí),A的速度最大C.小物塊C下滑到b點(diǎn)時(shí),C的速度最大D.小物塊C下滑到c點(diǎn)時(shí),A的速率大于B的速率8.高空作業(yè)必須系安全帶,但安全帶使用不當(dāng)也會(huì)對(duì)人體造成傷害.我國對(duì)安全帶的材料、長度、寬度以及使用方法都有規(guī)定,其中規(guī)定如果安全帶的長度超過三米一定要加裝緩沖器.某興趣小組的同學(xué)們通過模擬實(shí)驗(yàn)來探究緩沖器的作用.同學(xué)們改裝了甲、乙兩根安全帶,甲不加裝緩沖器,乙加裝緩沖器,使兩根安全帶的總長度(乙安全帶的總長度含緩沖器)都為1.25 m,把重物和力的傳感器捆在一起掛在安全帶的底端,重物(含傳感器)的質(zhì)量為1 kg.現(xiàn)讓重物從安全帶上端處自由下落(重物可視為質(zhì)點(diǎn)),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從安全帶伸直到重物速度第一次減為零,甲、乙分別用時(shí)0.1 s和0.5 s.忽略緩沖器對(duì)安全帶長度的影響,重力加速度取10 m/s2.則(  )A.安全帶剛伸直時(shí)重物的動(dòng)量為5 kg·m/s,方向豎直向下B.從安全帶伸直到重物速度第一次減為零的過程,重物的動(dòng)量變化為5 kg·m/s,方向豎直向下C.從安全帶伸直到重物速度第一次減為零的過程,甲安全帶對(duì)重物的平均作用力為60 N,乙安全帶對(duì)重物的平均作用力為10 ND.從安全帶伸直到重物速度第一次減為零的過程,乙安全帶對(duì)重物的沖量為10 N·s,方向豎直向上9.如圖所示,在光滑的水平面上靜止放置一質(zhì)量為m的木板B,木板表面光滑,左端固定一水平輕質(zhì)彈簧.質(zhì)量為2m的木塊A以速度v0從木板的右端水平向左滑上木板B,在木塊A與彈簧相互作用的過程中,下列說法正確的是(  )A.彈簧壓縮量最大時(shí),B板運(yùn)動(dòng)速率最大B.B板的加速度先增大后減小C.彈簧給木塊A的沖量大小為D.彈簧的最大彈性勢能為三、非選擇題10.某同學(xué)現(xiàn)用如圖1所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門裝置來“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”,在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧,滑塊b的右端有強(qiáng)粘性的膠水.圖中滑塊a和擋光片的總質(zhì)量為m1=0.620 kg,滑塊b的質(zhì)量為m2=0.410 kg,實(shí)驗(yàn)步驟如下:①按圖安裝好實(shí)驗(yàn)器材后,接通氣源,先將滑塊a置于氣墊導(dǎo)軌上,然后調(diào)節(jié)底腳螺絲,直到輕推滑塊后,滑塊上的擋光片通過兩個(gè)光電門的時(shí)間________;②將滑塊b置于兩光電門之間,將滑塊a置于光電門1的右端,然后將滑塊a水平壓縮彈簧,滑塊a在彈簧的作用下向左彈射出去,通過光電門1后繼續(xù)向左滑動(dòng)并與滑塊b發(fā)生碰撞;③兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運(yùn)動(dòng),并通過光電門2;④實(shí)驗(yàn)后,分別記錄下滑塊a擋光片通過光電門1的時(shí)間t1,兩滑塊一起運(yùn)動(dòng)擋光片通過光電門2的時(shí)間t2.(1)完成實(shí)驗(yàn)步驟①中所缺少的內(nèi)容.(2)實(shí)驗(yàn)前用一游標(biāo)卡尺測得擋光片的寬度d如圖2所示,則d=________ cm.(3)設(shè)擋光片通過光電門的時(shí)間為Δt,則滑塊通過光電門的速度可表示為v=________(用d、Δt表示).(4)實(shí)驗(yàn)中測得滑塊a經(jīng)過光電門1的速度為v1=2.00 m/s,兩滑塊經(jīng)過光電門2的速度為v2=1.20 m/s,將兩滑塊和擋光片看成一個(gè)系統(tǒng),則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動(dòng)量分別為p1=________ kg·m/s,p2=________ kg·m/s(結(jié)果均保留3位小數(shù)).11.一輛轎車強(qiáng)行超車時(shí),與另一輛迎面駛來的轎車相撞,兩車相撞后,兩車車身因相互擠壓,皆縮短了0.5 m,據(jù)測算兩車相撞前速度約為30 m/s.(1)試求車禍中車內(nèi)質(zhì)量約60 kg的人受到的平均沖力;(2)若此人系有安全帶,安全帶在車禍過程中與人體的作用時(shí)間是1 s,求這時(shí)人體受到的平均沖力.       12.如圖所示,小車A左端固定一帶有光滑水平臺(tái)的支架,右端固定沙桶,小車、支架、沙桶的總質(zhì)量M=2 kg.質(zhì)量m=1 kg的小球B(可看成質(zhì)點(diǎn))置于水平臺(tái)最右端,小球B到車的上表面高度H=0.8 m.初始時(shí)小車A和小球B一起沿光滑水平面以v0=8 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng).某一時(shí)刻,小車A與靜止在水平面上的質(zhì)量m0=1.2 kg的物塊C發(fā)生彈性碰撞,碰撞時(shí)間極短,此后小球B直接落入沙桶中(沙桶的尺寸可忽略,且小球沒有彈出).不計(jì)空氣阻力,重力加速度g取10 m/s2.求:(1)小車A和物塊C的最終速度的大??;(2)初始時(shí)小球B與小桶的水平距離;(3)整個(gè)過程中,小車A、小球B和物塊C構(gòu)成的系統(tǒng)損失的機(jī)械能. 單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(六) 碰撞與動(dòng)量守恒1.解析:行駛中的汽車如果發(fā)生劇烈碰撞,車內(nèi)安全氣囊被彈出并瞬間充滿氣體,增大了司機(jī)的受力面積,減少了司機(jī)單位面積的受力大小,可以延長司機(jī)的受力時(shí)間,從而減小了司機(jī)受到的作用力,A錯(cuò)誤,D正確;碰撞前司機(jī)動(dòng)量等于其質(zhì)量與速度的乘積,碰撞后司機(jī)動(dòng)量為零.所以安全氣囊不能減少碰撞前后司機(jī)動(dòng)量的變化量,B錯(cuò)誤;碰撞過程中通過安全氣囊將司機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為司機(jī)對(duì)安全氣囊做的功,C錯(cuò)誤.答案:D2.解析:兩人及籃球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,且總動(dòng)量為零,由于兩人質(zhì)量相等,故最后球在誰手中,誰的總質(zhì)量就較大,則速度較小,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤.答案:B3.解析:飛船和火箭組受推力作用而加速運(yùn)動(dòng),則機(jī)械能增加,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;對(duì)飛船和火箭組,由動(dòng)量定理得FΔt=(Mmv,解得火箭組的質(zhì)量Mm,選項(xiàng)B正確;對(duì)火箭組,由牛頓第二定律得F1MaMFm<F,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.答案:B4.解析:木箱受到的最大靜摩擦力fμmg=200 N,結(jié)合圖乙可知,從0.5 s后木箱才開始運(yùn)動(dòng),0.5~3 s對(duì)木箱由動(dòng)量定理可得IFμmgtmv-0,由圖乙可得,這段時(shí)間內(nèi)推力F的沖量為IF N·s=750 N·s,聯(lián)立解得v=2.5 m/s,故B正確.答案:B5.解析:根據(jù)x - t圖像的斜率等于速度,可知碰前滑塊Ⅰ速度為v1=-2 m/s,滑塊Ⅱ的速度為v2=0.8 m/s,則碰前速度大小之比為5∶2,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;碰撞前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒,碰撞前,滑塊Ⅰ的動(dòng)量為負(fù),滑塊Ⅱ的動(dòng)量為正,由于碰撞后總動(dòng)量為正,故碰撞前總動(dòng)量也為正,故碰撞前滑塊Ⅰ的動(dòng)量大小比滑塊Ⅱ的小,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;碰撞后的共同速度為v=0.4 m/s,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有m1v1m2v2=(m1m2)v,解得m2=6m1,由動(dòng)能的表達(dá)式可知m1>m2,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.答案:D6.解析:當(dāng)彈簧固定且彈簧的壓縮量最大為x時(shí),彈簧的彈性勢能最大,根據(jù)機(jī)械能守恒定律知彈簧的最大彈性勢能等于A的初動(dòng)能,設(shè)A的質(zhì)量為mA,即有Epm;當(dāng)彈簧一端連接另一質(zhì)量為m的物體B時(shí),A與彈簧相互作用的過程中B將向右運(yùn)動(dòng),A、B的速度相等時(shí),彈簧的壓縮量達(dá)到最大,仍為x,此時(shí)彈簧的彈性勢能最大,選取A的初速度方向?yàn)檎较?,由?dòng)量守恒定律得mA·2v0=(mmA)v,由機(jī)械能守恒定律得EpmmA(2v0)2(mAm)v2,聯(lián)立得mA=3m,Epm,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確.答案:D7.解析:C下滑到b點(diǎn)的過程中,A、BC組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒,Cab的過程中,速度逐漸增大,所以A、B系統(tǒng)速度向左,速度逐漸增大,Cbc滑動(dòng)時(shí),C做勻減速運(yùn)動(dòng),所以在b點(diǎn)C的速度最大,故A在小物塊Cb點(diǎn)時(shí)速度最大,故A、C正確,B錯(cuò)誤;C下滑到b點(diǎn)時(shí),AB的速度相等,此后B做勻速運(yùn)動(dòng),A先做勻減速運(yùn)動(dòng),后反向做勻加速運(yùn)動(dòng),到達(dá)c點(diǎn)時(shí)A、C速度恰好相等,此時(shí)A、C的總動(dòng)量與B的動(dòng)量大小相等,但A、C的總質(zhì)量比B的質(zhì)量大,所以A的速率小于B的速率,故D錯(cuò)誤.答案:AC8.解析:從重物自由下落到安全帶剛伸直的過程,由自由落體運(yùn)動(dòng)公式v2=2gh,可得v=5 m/s,則可知此時(shí)重物的動(dòng)量pmv=5 kg·m/s,動(dòng)量的方向即速度方向,為豎直向下,故A選項(xiàng)正確.從安全帶伸直到重物速度第一次減為零的過程,重物的初動(dòng)量為5 kg·m/s,方向豎直向下,重物的末動(dòng)量為0,設(shè)豎直向上為正方向,重物的動(dòng)量變化為Δp=0-(-mv)=5 kg·m/s,方向豎直向上,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤.從安全帶伸直到重物速度第一次減為零的過程,設(shè)安全帶對(duì)重物的平均作用力為F,由動(dòng)量定理有(Fmg)t=0-(-mv),代入兩次作用時(shí)間,得甲、乙兩根安全帶對(duì)重物的平均作用力分別為60 N和20 N,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤.由動(dòng)量定理(Fmg)t=0-(-mv)可得Ftmgtmv=10 N·s,方向豎直向上,故D選項(xiàng)正確.答案:AD9.解析:從彈簧的壓縮量達(dá)到最大到彈簧恢復(fù)原長的過程中,彈簧對(duì)木板B有向左的彈力,B板仍在加速,所以當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時(shí)B板的速率最大,故A錯(cuò)誤;彈簧壓縮量先增大后減小,彈簧對(duì)B板的彈力先增大后減小,故B板的加速度先增大后減小,故B正確;設(shè)彈簧恢復(fù)原長時(shí)AB的速度分別為v1v2,取向左為正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有2mv0=2mv1mv2,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有,解得v1,v2,對(duì)木塊A,根據(jù)動(dòng)量定理,有I=2mv1-2mv0=-mv0,故C正確;當(dāng)木塊與長木板速度相等時(shí),彈簧的壓縮量最大,彈性勢能最大,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有2mv0=(m+2m)v,A、B與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有Ep(2mm)v2,聯(lián)立解得彈簧的最大彈性勢能Ep,故D正確.答案:BCD10.解析:(1)在步驟①中氣墊導(dǎo)軌安裝時(shí)應(yīng)保持水平狀態(tài),滑塊在軌道上應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng),故滑塊上的擋光片通過兩光電門的時(shí)間相等.(2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為15 mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×10 mm=0.50 mm,所以擋光片的寬度為d=15 mm+0.50 mm=15.50 mm=1.550 cm.(3)由于擋光片的寬度比較小,故擋光片通過光電門的時(shí)間比較短,因此可將擋光片通過光電門的平均速度看成滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度,故滑塊通過光電門的速度可表示為v.(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動(dòng)量為p1m1v1=0.620×2.00 kg·m/s=1.240 kg·m/s.兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動(dòng)量為p2=(m1m2)v2=(0.620+0.410)×1.20 kg·m/s=1.236 kg·m/s.答案:(1)相等 (2)1.550 (3) (4)1.240 1.23611.解析:(1)兩車相撞時(shí)可認(rèn)為人與車一起做勻減速運(yùn)動(dòng)直到停止,位移為0.5 m.設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,根據(jù)xt,得t s,規(guī)定其中一輛轎車運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍?/span>以這輛轎車內(nèi)的人為研究對(duì)象,根據(jù)動(dòng)量定理得:Ft=0-mv0解得F=5.4×104 N.(2)若人系有安全帶,則-Ft′=0-mv0解得F′==1.8×103 N.答案:(1)5.4×104 N (2)1.8×103 N12.解析:(1)對(duì)AC系統(tǒng)發(fā)生彈性碰撞,由動(dòng)量守恒有:Mv0Mv1m0v2由機(jī)械能守恒有:解得:v1=2 m/s,v2=10 m/sB球落入沙桶中時(shí)水平方向動(dòng)量守恒:Mv1mv0=(Mm)v3解得:v3=4 m/s(2)設(shè)小球B下落的時(shí)間為t,根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有:Hgt2水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng):x1v0t碰撞后小車勻速直線運(yùn)動(dòng):x2v1t則初始時(shí)小球B與小桶的水平距離:Δxx1x2代入數(shù)據(jù)解得:Δx=2.4 m(3)由能量守恒定律可求得損失的機(jī)械能為:ΔE=mgH+(M+m)(M+m)m0代入數(shù)據(jù)解得:ΔE=20 J答案:(1)4 m/s 10 m/s (2)2.4 m (3)20 J

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