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動(dòng)量守恒定律的五個(gè)特性:矢量性、相對(duì)性、同時(shí)性、系統(tǒng)性、普適性
理想守恒:系統(tǒng)不受外力或所受外力合力為零
近似守恒:系統(tǒng)所受內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力
某一方向守恒:系統(tǒng)在某一方向不受外力或所受外力合力為零
動(dòng)量守恒:P1+P2=P1'+P2'
動(dòng)能不變:EK1+EK2=EK1'+EK2'
速度合理:不發(fā)生二次碰撞
系統(tǒng)中各個(gè)物體位置不變
動(dòng)量守恒定律的理解和基本應(yīng)用
爆炸、反沖和“人船” 模型
考點(diǎn)一 動(dòng)量守恒定律的理解和基本應(yīng)用
知識(shí)點(diǎn)1.動(dòng)量守恒定律的適用條件(1)理想守恒:不受外力或所受外力的合力為零。(2)近似守恒:系統(tǒng)內(nèi)各物體間相互作用的內(nèi)力遠(yuǎn)大于它所受到的外力。(3)某一方向守恒:如果系統(tǒng)在某一方向上所受外力的合力為零,則系統(tǒng)在這一方向上動(dòng)量守恒。
知識(shí)點(diǎn)1.動(dòng)量守恒定律的適用條件
(1)理想守恒:不受外力或所受外力的合力為____。
(2)近似守恒:系統(tǒng)內(nèi)各物體間相互作用的______遠(yuǎn)大于它所受到的外力。
(3)某一方向守恒:如果系統(tǒng)在某一方向上所受外力的合力為零,則系統(tǒng)在這一方向上__________。
知識(shí)點(diǎn)2.動(dòng)量守恒定律的五個(gè)特性
考向1.動(dòng)量守恒定律的理解
1.如圖,光滑水平地面上有一小車,一輕彈簧的一端與車廂的擋板相連,另一端與滑塊相連,滑塊與車廂的水平底板間有摩擦。用力向右推動(dòng)車廂使彈簧壓縮,撤去推力時(shí)滑塊在車廂底板上有相對(duì)滑動(dòng)。在地面參考系(可視為慣性系)中,從撤去推力開始,小車、彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)( )
A.動(dòng)量守恒,機(jī)械能守恒B.動(dòng)量守恒,機(jī)械能不守恒C.動(dòng)量不守恒,機(jī)械能守恒D.動(dòng)量不守恒,機(jī)械能不守恒
系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒得看系統(tǒng)是不是只受內(nèi)力或受到外力且合力為零,機(jī)械能是否守恒得看系統(tǒng)是不是只有重力或彈簧彈力做功
A.當(dāng)C在A上滑行時(shí),A、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.當(dāng)C在B上滑行時(shí),B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒C.無論C是在A上滑行還是在B上滑行,A、B、C三木塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量都守恒D.當(dāng)C在B上滑行時(shí),A、B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒
2.如圖所示,A、B兩木塊緊靠在一起且靜止于光滑水平面上,木塊C以一定的初速度v0從A的左端開始向右滑行,最后停在B木塊的右端,對(duì)此過程,下列敘述不正確的是(  )
3.如圖所示,將一光滑的半圓槽置于光滑水平面上,槽的左側(cè)緊靠在墻壁上?,F(xiàn)讓一小球自左側(cè)槽口A的正上方從靜止開始落下,自A點(diǎn)與圓弧槽相切進(jìn)入槽內(nèi),則下列結(jié)論中正確的是( )
A.小球在半圓槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中,只有重力對(duì)它做功B.小球在半圓槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中,小球與半圓槽在水平方向動(dòng)量守恒C.小球自半圓槽B點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中,小球與半圓槽在水平方向動(dòng)量守恒D.小球離開C點(diǎn)以后,將做豎直上拋運(yùn)動(dòng)
(1)兩車碰撞后剛結(jié)合在一起時(shí)的速度大??;(2)求B車剎車前的速度,并判斷B車是否超速。
考向2.動(dòng)量守恒定律的基本應(yīng)用
4.隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加,交通安全問題日益凸顯,分析交通違法事例,將警示我們遵守交通法規(guī),珍惜生命。已知某限速60 km/h的平直公路上,一輛質(zhì)量為m1=800 kg的汽車A以速度v1=15 m/s 沿平直公路行駛時(shí),駕駛員發(fā)現(xiàn)前方不遠(yuǎn)處有一質(zhì)量m2=1 200 kg的汽車B以速度v2迎面駛來,兩車立即同時(shí)急剎車,使車做勻減速運(yùn)動(dòng),但兩車仍在開始剎車t=1 s后猛烈地相撞,相撞后結(jié)合在一起再沿B車原行駛方向滑行6 m后停下,設(shè)兩車與路面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3, g取10 m/s2,忽略碰撞過程中路面摩擦力的沖量,求:
(2)求B車剎車前的速度,并判斷B車是否超速。【答案】:(1)6 m/s (2)21 m/s,超速【解析】:(1)對(duì)于碰撞后共同滑行過程有a==μgx=,可得v共=6 m/s。(2)對(duì)A車有:vA=v1-at對(duì)B車有:vB=v2-at以碰撞前A車運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?,?duì)碰撞過程由動(dòng)量守恒定律得:m1vA-m2vB=-(m1+m2)v共可得v2=21 m/s>60 km/h故B車超速。
注意分析兩車在各個(gè)過程中的受力和運(yùn)動(dòng),從而判斷小車的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、功能關(guān)系、動(dòng)量是否守恒
5. (多選)足夠大的光滑水平面上,一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩一端連接著質(zhì)量為m1=1.0 kg的物塊A,另一端連接質(zhì)量為m2=1.0 kg的長(zhǎng)木板B,繩子開始是松弛的。質(zhì)量為m3=1.0 kg的物塊C放在長(zhǎng)木板B的右端,C與長(zhǎng)木板B間的滑動(dòng)摩擦力的大小等于最大靜摩擦力大小?,F(xiàn)在給物塊C水平向左的瞬時(shí)初速度v0=2.0 m/s,物塊C立即在長(zhǎng)木板B上運(yùn)動(dòng)。已知繩子繃緊前,B、C已經(jīng)達(dá)到共同速度;繩子繃緊后,A、B總是具有相同的速度;物塊C始終未從長(zhǎng)木板B上滑落。下列說法正確的是(  )
A.繩子繃緊前,B、C達(dá)到的共同速度大小為1.0 m/sB.繩子剛繃緊后的瞬間,A、B的速度大小均為1.0 m/sC.繩子剛繃緊后的瞬間,A、B的速度大小均為0.5 m/sD.最終A、B、C三者將以大小為 m/s的共同速度一直運(yùn)動(dòng)下去
注意在分析過程中選擇正確的研究對(duì)象和研究過程,并規(guī)定初動(dòng)量方向?yàn)檎较?br/>知識(shí)點(diǎn)1.碰撞類問題遵循的三條原則
知識(shí)點(diǎn)2.彈性碰撞討論
(1)碰后速度的求解:根據(jù)動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律解得v1′= v2′=
(2)分析討論:當(dāng)碰前物體2的速度不為零時(shí),若m1=m2,則:v1′=v2,v2′=v1,即兩物體交換速度。當(dāng)碰前物體2的速度為零時(shí),v2=0,則:v1′= , v2′= 。
①m1=m2時(shí),v1′=0,v2′=v1,碰撞后兩物體交換速度。②m1>m2時(shí),v1′>0,v2′>0,碰撞后兩物體沿相同方向運(yùn)動(dòng)。③m1<m2時(shí),v1′<0,v2′>0,碰撞后質(zhì)量小的物體被反彈回來。
碰撞結(jié)束后,動(dòng)能有部分損失。m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′m1v+m2v=m1v1′2+m2v2′2+ΔEk損2.完全非彈性碰撞碰撞結(jié)束后,兩物體合二為一,以同一速度運(yùn)動(dòng),動(dòng)能損失最大。m1v1+m2v2=(m1+m2)vm1v+m2v=(m1+m2)v2+ΔEk損max
3.靜止物體被撞后的速度范圍物體A與靜止的物體B發(fā)生碰撞,當(dāng)發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)損失的機(jī)械能最多,物體B的速度最小,vB= v0,當(dāng)發(fā)生彈性碰撞時(shí),物體B速度最大,vB= v0。則碰后物體B的速度范圍為 v0≤vB≤ v0。
考向1.碰撞的可能性分析
1.如圖為某運(yùn)動(dòng)員正在準(zhǔn)備擊球,設(shè)在某一桿擊球過程中,白色球(主球)和花色球碰撞前后都在同一直線上運(yùn)動(dòng),碰前白色球A的動(dòng)量pA=5 kg· m/s,花色球B靜止,碰后花色球B的動(dòng)量變?yōu)閜B′=4 kg· m/s,則兩球質(zhì)量mA與mB間的關(guān)系可能是(  )
A.mB= mA B.mB= mAC.mB=2mA D.mB=5mA
注意在分析過程中規(guī)定初動(dòng)量方向?yàn)檎较?,且?dòng)量和動(dòng)能之間滿足EK=
【答案】 C【解析】 碰撞過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒,以白色球的初速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得pA+pB=pA′+pB′,解得pA′=1 kg· m/s,根據(jù)碰撞過程總動(dòng)能不增加,則有 ,解得mB≥ mA,碰后,兩球同向運(yùn)動(dòng),A的速度不大于B的速度,則 ,解得mB≤4mA,綜上可知 mA≤mB≤4mA,故C正確。
考向2.彈性碰撞的應(yīng)用
2.如圖所示,五個(gè)等大的小球B、C、D、E、F,沿一條直線靜放在光滑水平面上,另一等大小球A沿該直線以速度v向 B球運(yùn)動(dòng),小球間發(fā)生碰撞均為彈性碰撞。若B、C、D、E四個(gè)球質(zhì)量相等,且比A、F兩球質(zhì)量均要大些,則所有碰撞結(jié)束后,還在運(yùn)動(dòng)的小球個(gè)數(shù)為(  )
A.1個(gè) B.2個(gè) C.3個(gè) D.4個(gè)
根據(jù)碰撞過程必須滿足碰撞三原則,A球一定反彈,B、C、D球不動(dòng),E、F各獲得A的一部分動(dòng)量而運(yùn)動(dòng)。
注意雙守恒定律的應(yīng)用:mv=mv1+Mv2, mv2= mv12+ Mv22
【答案】C【解析】 球A、B發(fā)生彈性碰撞過程mv=mv1+Mv2, mv2= mv12+ Mv22,可得v1= v,v2= v,即A球反彈,B球前進(jìn),然后B與C發(fā)生彈性碰撞,速度互換,B球停止,C球前進(jìn),以此類推,最后B、C、D停止,E與F發(fā)生彈性碰撞,可推得E、F都向右運(yùn)動(dòng),速度不同,因此最后運(yùn)動(dòng)的是A、E、F球,故選C。
3.如圖所示,兩小球P、Q豎直疊放在一起,小球間留有較小空隙,從距水平地面高度為h處同時(shí)由靜止釋放。已知小球Q的質(zhì)量是P的2倍。設(shè)所有碰撞均為彈性碰撞。忽略空氣阻力及碰撞時(shí)間,則兩球第一次碰撞后小球P上升的高度為(  )
A. h B. h C. h D. h
【答案】 B【解析】 設(shè)小球P、Q的質(zhì)量分別為m、2m,落地前的瞬間二者速度均為v,由動(dòng)能定理可得3mgh= ×3mv2,解得v= ,Q與地面碰撞后速度等大反向,然后與P碰撞,P、Q碰撞過程滿足動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒,規(guī)定向上為正方向,則有2mv-mv=mvP+2mvQ,×3mv2= mvP2+ ×2mvQ2,解得vP= ,碰后小球P機(jī)械能守恒,則有mgh′= mvP2,解得h′= h,故選B。
4.如圖所示,光滑水平面上依次有滑塊C質(zhì)量mC=2 kg,滑塊A質(zhì)量mA=3 kg,滑塊B質(zhì)量mB=3 kg。開始時(shí)A、B靜止,C以初速度v0=10 m/s的速度沖向A,與A發(fā)生彈性碰撞,碰撞后A繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),與B發(fā)生碰撞并粘在一起。求:
(1)C與A碰撞后A的速度大小為多少;(2)A與B碰撞過程中損失的機(jī)械能。
【答案】 (1)8 m/s (2)48 J【解析】 (1)取向右為正方向,以C、A為系統(tǒng)研究,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有 mCv0=mCvC+mAvA根據(jù)機(jī)械能守恒定律有 mCv02= mCvC2+ mAvA2解得vC=-2 m/s,vA=8 m/s即C與A碰撞后A的速度大小為8 m/s。(2)仍取向右為正方向,以A、B為系統(tǒng)研究,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mAvA=(mA+mB)v根據(jù)能量守恒定律有E損= mAvA2- mB v2 解得E損=48 J。
5.如圖所示,超市為節(jié)省收納空間,常常將手推購(gòu)物車相互嵌套進(jìn)行收納。質(zhì)量均為m=16 kg的兩輛購(gòu)物車相距L1=1 m靜止在水平面上。第一輛車在工作人員猛推一下后,沿直線運(yùn)動(dòng)與第二輛車嵌套在一起,繼續(xù)運(yùn)動(dòng)了L2=1.25 m后停了下來。人推車時(shí)間、兩車相碰時(shí)間極短,可忽略,車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力恒為車重的0.25倍,重力加速度取g=10 m/s2,求:
(1)兩輛車從嵌套后運(yùn)動(dòng)到停下來所用時(shí)間;(2)兩輛車在嵌套過程中損失的機(jī)械能;(3)工作人員對(duì)第一輛車所做的功。
【答案】 (1)1 s (2)100 J (3)240 J【解析】 (1)對(duì)整體,由牛頓第二定律有k×2mg=2ma解得a=2.5 m/s2逆向過程有L2= at2,解得t=1 s。(2)嵌套后,對(duì)整體有0=v2-at,v2=2.5 m/s嵌套過程中有mv1=2mv2,解得v1=5 m/s
在嵌套過程中損失的機(jī)械能ΔE= mv12- ×2mv22 解得ΔE=100 J。(3)對(duì)第一輛小車,由動(dòng)能定理得W-kmgL1= mv12-0解得W=240 J。
考點(diǎn)三 爆炸、反沖和“人船”模型
知識(shí)點(diǎn)1.爆炸現(xiàn)象的三個(gè)規(guī)律
知識(shí)點(diǎn)2.反沖運(yùn)動(dòng)的三點(diǎn)說明
知識(shí)點(diǎn)3.人船模型及其拓展
(1)兩物體滿足動(dòng)量守恒定律:________________。
3.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(1)人動(dòng)則船動(dòng),人靜則船靜,人快船快,人慢船慢,人左船右。(2)人船位移比等于它們質(zhì)量的反比;人船平均速度(瞬時(shí)速度)比等于它們質(zhì)量的反比,即 。
(2)兩物體的位移大小滿足:m -M =0,x人+x船=L得x船= x人= L
4.“人船模型”的拓展(某一方向動(dòng)量守恒)
1.雙響爆竹是民間慶典使用較多的一種煙花爆竹,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示,紙筒內(nèi)分上、下兩層安放火藥。使用時(shí)首先引燃下層火藥,使爆竹獲得豎直向上的初速度,升空后上層火藥被引燃,爆竹凌空爆響。一人某次在水平地面上燃放雙響爆竹,爆竹上升至最高點(diǎn)時(shí)恰好引燃上層火藥,立即爆炸成兩部分,兩部分的質(zhì)量之比為1∶2,獲得的速度均沿水平方向。已知這次燃放爆竹上升的最大高度為h,兩部分落地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng),重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,不計(jì)火藥爆炸對(duì)爆竹總質(zhì)量的影響。
(1)求引燃上層火藥后兩部分各自獲得的速度大小。(2)已知火藥燃爆時(shí)爆竹增加的機(jī)械能與火藥的質(zhì)量成正比,求上、下兩層火藥的質(zhì)量比。
【答案】 (1)         (2)【解析】(1)引燃上層火藥后兩部分向相反的方向做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向h= gt2水平方向L=v1t+v2t上層火藥燃爆時(shí),水平方向動(dòng)量守恒,設(shè)爆竹總質(zhì)量為m,則有0=mv1-mv2解得兩部分各自獲得的速度大小v1= ,v2= 。(2)上層火藥燃爆后爆竹獲得的機(jī)械能E上= ×mv12+ ×mv22下層火藥燃爆后爆竹獲得的機(jī)械能E下=mgh上、下兩層火藥的質(zhì)量比 。
2.(多選)一個(gè)質(zhì)量為m的小型炸彈自水平地面朝右上方射出,在最高點(diǎn)以水平向右的速度v飛行時(shí),突然爆炸為質(zhì)量相等的甲、乙、丙三塊彈片,如圖所示。爆炸之后乙自靜止自由下落,丙沿原路徑回到原射出點(diǎn)。若忽略空氣阻力,釋放的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,則下列說法正確的是(  )
A.爆炸后乙落地的時(shí)間最長(zhǎng)B.爆炸后甲落地的時(shí)間最長(zhǎng)C.甲、丙落地點(diǎn)到乙落地點(diǎn)O的距離比為4∶1D.爆炸過程釋放的化學(xué)能為
【答案】CD【解析】: 爆炸后甲、丙從同一高度平拋,乙從同一高度自由下落,則落地時(shí)間t= 相等,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;爆炸過程動(dòng)量守恒,有mv=- mv丙+ mv甲,由題意知v丙=v,得v甲=4v,爆炸后甲、丙從同一高度平拋,落地點(diǎn)到乙落地點(diǎn)O的距離x=vt,t相同,則x∝v,甲、丙落地點(diǎn)到乙落地點(diǎn)O的距離比為x甲∶x丙=v甲∶v丙=4∶1,選項(xiàng)C正確;根據(jù)能量守恒定律可得爆炸過程釋放的化學(xué)能ΔE= × v甲2+ × ×v丙2- mv2= mv2,選項(xiàng)D正確。
3.一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出質(zhì)量m=200 g的氣體,氣體離開發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v=1 000 m/s。設(shè)火箭(包括燃料)質(zhì)量M=300 kg,發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次,火箭初始時(shí)靜止(結(jié)果保留1位小數(shù))。(1)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)第三次噴出氣體后,火箭的速度為多大?(2)運(yùn)動(dòng)第1 s末,火箭的速度為多大?
【答案】 (1)2.0 m/s (2)13.5 m/s【解析】 (1)設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3,以火箭和噴出的三次氣體為研究對(duì)象,由動(dòng)量守恒定律得(M-3m)v3-3mv=0,解得v3≈2.0 m/s。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次,設(shè)運(yùn)動(dòng)第1 s末,火箭的速度為v20,以火箭和噴出的20次氣體為研究對(duì)象,根據(jù)動(dòng)量守恒定律得(M-20m)v20-20mv=0,解v20≈13.5 m/s。
4.如圖所示,某中學(xué)航天興趣小組的同學(xué)將靜置在地面上的質(zhì)量為M(含水)的自制“水火箭”釋放升空,在極短的時(shí)間內(nèi),質(zhì)量為m的水以相對(duì)地面為v0的速度豎直向下噴出。已知重力加速度為g,空氣阻力不計(jì),下列說法正確的是(  )
A.火箭的推力來源于火箭外的空氣對(duì)它的反作用力B.水噴出的過程中,火箭和水機(jī)械能守恒C.火箭獲得的最大速度為 v0D.火箭上升的最大高度為
【答案】D【解析】: 火箭的推力來源于火箭里噴出的水對(duì)它的反作用力,故A錯(cuò)誤;水噴出的過程中,瓶?jī)?nèi)氣體做功,火箭和水機(jī)械能不守恒,故B錯(cuò)誤;由動(dòng)量守恒定理可得(M-m)v=mv0,解得v= ,故C錯(cuò)誤;水噴出后,火箭做豎直上拋運(yùn)動(dòng),由題意有v2=2gh,h= = ,故D正確。
考向3.人船模型及其拓展模型
5.如圖所示,質(zhì)量為M=4 kg的小車靜止在光滑水平面上,小車AB段是半徑為R=1 m 的四分之一光滑圓弧軌道,BC段是長(zhǎng)為L(zhǎng)的粗糙水平軌道,兩段軌道相切于B點(diǎn)。一質(zhì)量為m=1 kg 的可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從小車上的A點(diǎn)由靜止開始沿AB軌道下滑,然后滑入BC軌道,最后恰好停在C點(diǎn),滑塊與BC軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度為g=10 m/s2,則(  )
A.整個(gè)過程中滑塊和小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.滑塊由A滑到B過程中,滑塊的機(jī)械能守恒C.BC段長(zhǎng)L=1 mD.全過程小車相對(duì)地面的位移大小為0.6 m
【答案】 D【解析】 滑塊在圓弧軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)有豎直方向的加速度,所以對(duì)系統(tǒng)而言豎直方向外力矢量和不為零,不滿足動(dòng)量守恒的條件,故A錯(cuò)誤;滑塊由A滑到B過程中,小車對(duì)滑塊的彈力做負(fù)功,滑塊的機(jī)械能不守恒,故B錯(cuò)誤;滑塊恰好停在C點(diǎn)時(shí),二者均靜止,根據(jù)能量守恒定律有mgR=μmgL,解得L=2 m,故C錯(cuò)誤;根據(jù)系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒有Mv1=mv2,通過相同的時(shí)間有Mx1=mx2,且有x1+x2=R+L,解得x1=0.6 m,故D正確。
6.質(zhì)量為m的人在質(zhì)量為M的小車上從左端走到右端,如圖所示,當(dāng)車與地面摩擦不計(jì)時(shí),那么(  )A.人在車上行走,若人相對(duì)車突然停止,則車由于慣性過一會(huì)才停止B.人在車上行走的平均速度越大,則車在地面上移動(dòng)的距離也越大C.人在車上行走的平均速度越小,則車在地面上移動(dòng)的距離就越大D.不管人以什么樣的平均速度行走,車在地面上移動(dòng)的距離相同
【答案】D【解析】: 由人與車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,初態(tài)系統(tǒng)總動(dòng)量為零,則有mv人=Mv車,若人相對(duì)車突然停止,則車也突然停止,故A錯(cuò)誤;設(shè)車長(zhǎng)為L(zhǎng),由m(L-x車)=Mx車,解得x車= L,車在地面上移動(dòng)的位移大小與人的平均速度大小無關(guān),故D正確,B、C錯(cuò)誤。
7.一個(gè)質(zhì)量為M、底面邊長(zhǎng)為b的斜面體靜止于光滑的水平桌面上,如圖所示,有一質(zhì)量為m的物塊由斜面頂部無初速度滑到底部時(shí),斜面體移動(dòng)的距離為s。下列說法中正確的是(  )
A.若斜面粗糙,則s=B.只有斜面光滑,才有s=C.若斜面光滑,則下滑過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,機(jī)械能守恒D.若斜面粗糙,則下滑過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,機(jī)械能不守恒
【答案】A【解析】: 不論斜面是否光滑,斜面體和物塊組成的系統(tǒng)在水平方向上都動(dòng)量守恒,以向左為正方向,斜面體的位移大小為s,則物塊的位移大小為b-s,物塊和斜面體的平均速率分別為v1= ,v2= ,由動(dòng)量守恒定律得mv1-Mv2=0,解得s= ,A正確,B錯(cuò)誤;不論斜面是否光滑,物塊下滑過程中系統(tǒng)在豎直方向上所受合力都不為零,系統(tǒng)所受的合力不為零,所以系統(tǒng)動(dòng)量不守恒,若斜面光滑,則系統(tǒng)機(jī)械能守恒,若斜面不光滑,則系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,C、D錯(cuò)誤。
1.(2024·安徽·高考真題)在某裝置中的光滑絕緣水平面上,三個(gè)完全相同的帶電小球,通過不可伸長(zhǎng)的絕緣輕質(zhì)細(xì)線,連接成邊長(zhǎng)為d的正三角形,如圖甲所示。小球質(zhì)量為m,帶電量為+q,可視為點(diǎn)電荷。初始時(shí),小球均靜止,細(xì)線拉直?,F(xiàn)將球1和球2間的細(xì)線剪斷,當(dāng)三個(gè)小球運(yùn)動(dòng)到同一條直線上時(shí),速度大小分別為v1、v2、v3,如圖乙所示。該過程中三個(gè)小球組成的系統(tǒng)電勢(shì)能減少了,k為靜電力常量,不計(jì)空氣阻力。則(????)
A.該過程中小球3受到的合力大小始終不變B.該過程中系統(tǒng)能量守恒,動(dòng)量不守恒C.在圖乙位置, ,D.在圖乙位置,
【答案】D【詳解】AB.該過程中系統(tǒng)動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,能量守恒,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)分析可知系統(tǒng)受到的合外力為0,故動(dòng)量守恒;當(dāng)三個(gè)小球運(yùn)動(dòng)到同一條直線上時(shí),根據(jù)對(duì)稱性可知細(xì)線中的拉力相等,此時(shí)球3受到1和2的電場(chǎng)力大小相等,方向相反,故可知此時(shí)球3受到的合力為0,球3從靜止?fàn)顟B(tài)開始運(yùn)動(dòng),瞬間受到的合力不為0,故該過程中小球3受到的合力在改變,故AB錯(cuò)誤;CD.對(duì)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)量守恒
根據(jù)球1和2運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知 ,解得根據(jù)能量守恒解得故C錯(cuò)誤,D正確。故選D。
A.彈簧原長(zhǎng)時(shí)B動(dòng)量最大 B.壓縮最短時(shí)A動(dòng)能最大C.系統(tǒng)動(dòng)量變大 D.系統(tǒng)機(jī)械能變大
2.(2024·江蘇·高考真題)在水平面上有一個(gè)U形滑板A,A的上表面有一個(gè)靜止的物體B,左側(cè)用輕彈簧連接在物體B的左側(cè),右側(cè)用一根細(xì)繩連接在物體B的右側(cè),開始時(shí)彈簧處于拉伸狀態(tài),各表面均光滑,剪斷細(xì)繩后,則( ?。?br/>【答案】A【詳解】對(duì)整個(gè)系統(tǒng)分析可知合外力為0,A和B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,得設(shè)彈簧的初始彈性勢(shì)能為,整個(gè)系統(tǒng)只有彈簧彈力做功,機(jī)械能守恒,當(dāng)彈簧原長(zhǎng)時(shí)得聯(lián)立得故可知彈簧原長(zhǎng)時(shí)物體速度最大,此時(shí)動(dòng)量最大,動(dòng)能最大。對(duì)于系統(tǒng)來說動(dòng)量一直為零,系統(tǒng)機(jī)械能不變。故選A。
3.(2024·廣東·高考真題)如圖所示,光滑斜坡上,可視為質(zhì)點(diǎn)的甲、乙兩個(gè)相同滑塊,分別從、高度同時(shí)由靜止開始下滑。斜坡與水平面在O處平滑相接,滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,乙在水平面上追上甲時(shí)發(fā)生彈性碰撞。忽略空氣阻力。下列說法正確的有(  )
A.甲在斜坡上運(yùn)動(dòng)時(shí)與乙相對(duì)靜止B.碰撞后瞬間甲的速度等于碰撞前瞬間乙的速度C.乙的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與 無關(guān)D.甲最終停止位置與O處相距
【答案】ABD【詳解】A.兩滑塊在光滑斜坡上加速度相同,同時(shí)由靜止開始下滑,則相對(duì)速度為0,故A正確;B.兩滑塊滑到水平面后均做勻減速運(yùn)動(dòng),由于兩滑塊質(zhì)量相同,且發(fā)生彈性碰撞,可知碰后兩滑塊交換速度,即碰撞后瞬間甲的速度等于碰撞前瞬間乙的速度,故B正確;C.設(shè)斜面傾角為θ,乙下滑過程有在水平面運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間t2后與甲相碰,碰后以甲碰前速度做勻減速運(yùn)動(dòng)t3,乙運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為
由于t1與 有關(guān),則總時(shí)間與 有關(guān),故C錯(cuò)誤;D.乙下滑過程有由于甲和乙發(fā)生彈性碰撞,交換速度,則可知甲最終停止位置與不發(fā)生碰撞時(shí)乙最終停止的位置相同;則如果不發(fā)生碰撞,乙在水平面運(yùn)動(dòng)到停止有聯(lián)立可得即發(fā)生碰撞后甲最終停止位置與O處相距 。故D正確。故選ABD。
4.(2024·廣西·高考真題)如圖,在光滑平臺(tái)上有兩個(gè)相同的彈性小球M和N。M水平向右運(yùn)動(dòng),速度大小為v。M與靜置于平臺(tái)邊緣的N發(fā)生正碰,碰撞過程中總機(jī)械能守恒。若不計(jì)空氣阻力,則碰撞后,N在( ?。?br/>A.豎直墻面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)B.豎直增面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)C.水平地面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)速度大小等于vD.水平地面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)速度大小大于v
【答案】BC【詳解】由于兩小球碰撞過程中機(jī)械能守恒,可知兩小球碰撞過程是彈性碰撞,由于兩小球質(zhì)量相等,故碰撞后兩小球交換速度,即 ,碰后小球N做平拋運(yùn)動(dòng),在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),即水平地面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)速度大小等于v;在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng),即豎直地面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)。故選BC。
5.(2023·重慶·高考真題)如圖所示,桌面上固定有一半徑為R的水平光滑圓軌道,M、N為軌道上的兩點(diǎn),且位于同一直徑上,P為MN段的中點(diǎn)。在P點(diǎn)處有一加速器(大小可忽略),小球每次經(jīng)過P點(diǎn)后,其速度大小都增加v0。質(zhì)量為m的小球1從N處以初速度v0沿軌道逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),與靜止在M處的小球2發(fā)生第一次彈性碰撞,碰后瞬間兩球速度大小相等。忽略每次碰撞時(shí)間。求:(1)球1第一次經(jīng)過P點(diǎn)后瞬間向心力的大小;(2)球2的質(zhì)量;(3)兩球從第一次碰撞到第二次碰撞所用時(shí)間。
【答案】(1) ;(2)3m;(3)【詳解】(1)球1第一次經(jīng)過P點(diǎn)后瞬間速度變?yōu)?v0,所以(2)球1與球2發(fā)生彈性碰撞,且碰后速度大小相等,說明球1碰后反彈,則聯(lián)立解得 ,
(3)設(shè)兩球從第一次碰撞到第二次碰撞所用時(shí)間為Δt,則所以
6.(2024·江蘇·高考真題)嫦娥六號(hào)在軌速度為v0,著陸器對(duì)應(yīng)的組合體A與軌道器對(duì)應(yīng)的組合體B分離時(shí)間為Δt,分離后B的速度為v,且與v0同向,A、B的質(zhì)量分別為m、M。求:(1)分離后A的速度v1大小;(2)分離時(shí)A對(duì)B的推力大小。
【答案】(1) ;(2)【詳解】(1)組合體分離前后動(dòng)量守恒,取v0的方向?yàn)檎较?,? (m+M)v0 = Mv+mv1解得(2)以B為研究對(duì)象,對(duì)B列動(dòng)量定理有 FΔt = Mv-Mv0解得
7.(2024·湖南·高考真題)如圖,半徑為R的圓環(huán)水平放置并固定,圓環(huán)內(nèi)有質(zhì)量為mA和mB的小球A和B(mA>mB)。初始時(shí)小球A以初速度v0沿圓環(huán)切線方向運(yùn)動(dòng),與靜止的小球B發(fā)生碰撞。不計(jì)小球與圓環(huán)之間的摩擦,兩小球始終在圓環(huán)內(nèi)運(yùn)動(dòng)。(1)若小球A與B碰撞后結(jié)合在一起,求碰撞后小球組合體的速度大小及做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大??;(2)若小球A與B之間為彈性碰撞,且所有的碰撞位置剛好位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn),求小球的質(zhì)量比。
(3)若小球A與B之間為非彈性碰撞,每次碰撞后的相對(duì)速度大小為碰撞前的相對(duì)速度大小的e倍(0

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