A組·基礎(chǔ)練
1.(多選)(2024·廣西卷)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(guò)程中總機(jī)械能守恒。若不計(jì)空氣阻力,則碰撞后,N在( )
A.豎直墻面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)
B.豎直墻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v
D.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
【解析】 由于兩小球碰撞過(guò)程中機(jī)械能守恒,可知兩小球碰撞過(guò)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vM=0,vN=v,碰后小球N做平拋運(yùn)動(dòng),在水平方向做勻速直線(xiàn)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),即豎直墻面上的垂直投影的運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)。故選BC。
2.(多選)(2024·甘肅卷)電動(dòng)小車(chē)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是( )
A.小車(chē)的動(dòng)能不變
B.小車(chē)的動(dòng)量守恒
C.小車(chē)的加速度不變
D.小車(chē)所受的合外力一定指向圓心
【答案】 AD
【解析】 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體速度大小不變,故動(dòng)能不變,故A正確;做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體速度方向時(shí)刻在改變,故動(dòng)量不守恒,故B錯(cuò)誤;做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體加速度大小不變,方向時(shí)刻在改變,故C錯(cuò)誤;做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力一定指向圓心,故D正確。故選AD。
3.(多選)(2023·新課標(biāo)全國(guó)卷,19)如圖,使甲、乙兩條形磁鐵隔開(kāi)一段距離,靜止于水平桌面上,甲的N極正對(duì)著乙的S極,甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量,兩者與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相等。現(xiàn)同時(shí)釋放甲和乙,在它們相互接近過(guò)程中的任一時(shí)刻( )
A.甲的速度大小比乙的大
B.甲的動(dòng)量大小比乙的小
C.甲的動(dòng)量大小與乙的相等
D.甲和乙的動(dòng)量之和不為零
【答案】 BD
【解析】 根據(jù)F-μmg=ma可得a=eq \f(1,m)F-μg,因m甲>m乙,故a甲<a乙,則任意時(shí)刻甲的速度大小比乙的小,A錯(cuò)誤;m甲>m乙,又μ甲=μ乙,則f甲>f乙,故甲和乙組成的系統(tǒng)所受合外力向左,合外力的沖量方向向左,即甲的動(dòng)量大小比乙的小,B、D正確,C錯(cuò)誤。
4.(2024·江蘇五校模擬)“雨打芭蕉”是文學(xué)中常見(jiàn)的抒情意象。當(dāng)雨滴豎直下落的速度為v時(shí),為估算雨打芭蕉產(chǎn)生的壓強(qiáng)p,建立以下模型:芭蕉葉呈水平狀,落到芭蕉葉上的雨滴一半向四周濺散開(kāi),濺起時(shí)豎直向上的速度大小為eq \f(v,3),另一半則留在葉面上。已知水的密度為ρ,不計(jì)重力和風(fēng)力的影響,則壓強(qiáng)p為( )
A.eq \f(ρv2,2) B.eq \f(2ρv2,3)
C.eq \f(11ρv2,10) D.eq \f(7ρv2,6)
【答案】 D
【解析】 設(shè)芭蕉葉的面積為S,t時(shí)間內(nèi)落到芭蕉葉上面雨滴的質(zhì)量m=ρvtS;根據(jù)題意有一半的雨滴向四周散開(kāi),設(shè)豎直向上為正方向,根據(jù)動(dòng)量定理可知F1t=eq \f(1,2)m×eq \f(v,3)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)mv)),另一半則留在葉面上,根據(jù)動(dòng)量定理F2t=0-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)mv)),根據(jù)壓強(qiáng)定義式p=eq \f(F,S)=eq \f(F1+F2,S),聯(lián)立解得p=eq \f(7ρv2,6),故選D。
5.(2024·江蘇宿遷一模)踢毽子是我國(guó)傳統(tǒng)的民間體育運(yùn)動(dòng)。如圖是一個(gè)小孩在踢毽子,毽子近似沿豎直方向運(yùn)動(dòng),空氣阻力與速率成正比。毽子在空中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中( )
A.剛離開(kāi)腳時(shí),加速度最大
B.動(dòng)量變化率先變小后變大
C.上升的時(shí)間等于下降的時(shí)間
D.重力的沖量上升過(guò)程大于下降過(guò)程
【答案】 A
【解析】 毽子上升過(guò)程mg+kv=ma上,下降過(guò)程mg-kv=ma下,因剛離開(kāi)腳時(shí)速度最大,則加速度最大,選項(xiàng)A正確;動(dòng)量變化率等于毽子受到的合外力,因上升過(guò)程合外力減小,下降過(guò)程中合外力也減小,則動(dòng)量變化率逐漸減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;因上升的平均加速度大于下降的平均加速度,根據(jù)h=eq \f(1,2)at2可知,上升的時(shí)間小于下降的時(shí)間,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)IG=mgt可知,重力的沖量上升過(guò)程小于下降過(guò)程,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
6.(多選)(2023·廣東卷)某同學(xué)受電動(dòng)窗簾的啟發(fā),設(shè)計(jì)了如圖所示的簡(jiǎn)化模型,多個(gè)質(zhì)量均為1 kg的滑塊可在水平滑軌上滑動(dòng),忽略阻力。開(kāi)窗簾過(guò)程中,電機(jī)對(duì)滑塊1施加一個(gè)水平向右的恒力F,推動(dòng)滑塊1以0.40 m/s的速度與靜止的滑塊2碰撞,碰撞時(shí)間為0.04 s,碰撞結(jié)束后瞬間兩滑塊的共同速度為0.22 m/s,關(guān)于兩滑塊的碰撞過(guò)程,下列說(shuō)法正確的有( )
A.該過(guò)程動(dòng)量守恒
B.滑塊1受到合外力的沖量大小為0.18 N·s
C.滑塊2受到合外力的沖量大小為0.40 N·s
D.滑塊2受到滑塊1的平均作用力大小為5.5 N
【答案】 BD
【解析】 取向右為正方向,滑塊1和滑塊2組成的系統(tǒng)的初動(dòng)量為p1=mv1=1×0.40 kg·m/s=0.40 kg·m/s,碰撞后的動(dòng)量為p2=2mv2=2×1×0.22 kg·m/s=0.44 kg·m/s,p1≠p2,則滑塊的碰撞過(guò)程動(dòng)量不守恒,故A錯(cuò)誤;對(duì)滑塊1,取向右為正方向,則有I1=mv2-mv1=1×0.22 kg·m/s-1×0.40 kg·m/s=-0.18 kg·m/s,負(fù)號(hào)表示方向水平向左,故B正確;對(duì)滑塊2,取向右為正方向,則有I2=mv2=1×0.22 kg·m/s=0.22 kg·m/s,故C錯(cuò)誤;對(duì)滑塊2,根據(jù)動(dòng)量定理有FΔt=I2,解得F=5.5 N,則滑塊2受到滑塊1的平均作用力大小為5.5 N,故D正確。
7.(多選)(2024·黑龍江大慶模擬)一輕質(zhì)彈簧兩端分別連著木塊A和B,靜止于光滑的水平面上。木塊A被水平飛行的初速度為v0的子彈射中并鑲嵌在其中,已知木塊B的質(zhì)量為m,A的質(zhì)量是B的eq \f(3,4),子彈的質(zhì)量是B的eq \f(1,4),則( )
A.子彈擊中木塊A后,與A的共同速度為eq \f(1,4)v0
B.子彈擊中木塊A后,與A的共同速度為v0
C.彈簧壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能為eq \f(1,64)mveq \\al(2,0)
D.彈簧壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能為eq \f(1,8)mveq \\al(2,0)
【答案】 AC
【解析】 子彈射入A的過(guò)程時(shí)間極短,根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得eq \f(1,4)mv0=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)m+\f(3,4)m))v,解得v=eq \f(1,4)v0,A正確,B錯(cuò)誤;對(duì)子彈、木塊A、B和彈簧組成的系統(tǒng),三者速度相等時(shí)彈簧被壓縮到最短。壓縮彈簧最短時(shí),A與B具有共同的速度,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有eq \f(1,4)mv0=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)m+\f(3,4)m+m))v1,此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep,由能量守恒定律得eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)m+\f(3,4)m))v2=eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)m+\f(3,4)m+m))veq \\al(2,1)+Ep,解得Ep=eq \f(1,64)mveq \\al(2,0),C正確,D錯(cuò)誤。
B組·綜合練
8.(多選)(2024·寧夏銀川一模)如圖,質(zhì)量為m的小球A和質(zhì)量為4 m的小球B用長(zhǎng)為L(zhǎng)的彈性繩連接,小球B靜止在光滑水平面上,小球A在小球B正上方高為0.72L處以一定的初速度水平向右拋出,小球落地時(shí)彈性繩剛好拉直(第一次處于原長(zhǎng)),小球A落地與地面碰撞時(shí),豎直方向的速度減為零,水平方向的速度保持不變,彈性繩始終處于彈性限度內(nèi),重力加速度為g,不計(jì)小球大小,則( )
A.小球A拋出時(shí)的初速度大小為eq \f(5,6)eq \r(gL)
B.小球A拋出時(shí)的初速度大小為eq \f(6,5)eq \r(gL)
C.彈性繩具有的最大彈性勢(shì)能為eq \f(5,18)mgL
D.彈性繩具有的最大彈性勢(shì)能為eq \f(1,72)mgL
【答案】 AC
【解析】 小球在空中做平拋運(yùn)動(dòng),則0.72L=eq \f(1,2)gt2,L=v0t解得小球A拋出時(shí)的初速度大小為v0=eq \f(5,6)eq \r(gL),故A正確,B錯(cuò)誤;小球A落地后,當(dāng)兩小球共速時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能最大,根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)量守恒以及能量守恒可得mv0=(m+4m)v,eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)=eq \f(1,2)×(m+4m)v2+Ep解得彈性繩具有的最大彈性勢(shì)能為Ep=eq \f(5,18)mgL,故C正確,D錯(cuò)誤。故選AC。
9.(多選)質(zhì)量為M的帶有eq \f(1,4)光滑圓弧軌道的小車(chē)靜止置于光滑水平面上,如圖所示,一質(zhì)量也為M的小球以速度v0水平?jīng)_上小車(chē),到達(dá)某一高度后,小球又返回小車(chē)的左端,重力加速度為g,則( )
A.小球以后將向左做平拋運(yùn)動(dòng)
B.小球以后將做自由落體運(yùn)動(dòng)
C.此過(guò)程小球?qū)π≤?chē)做的功為eq \f(1,2)Mveq \\al(2,0)
D.小球在圓弧軌道上上升的最大高度為eq \f(v\\al(2,0),2g)
【答案】 BC
【解析】 從小球沖上小車(chē)到小球離開(kāi)小車(chē)的過(guò)程,系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒且系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)小球離開(kāi)小車(chē)時(shí),小球速度為v1,小車(chē)速度為v2,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有Mv0=Mv1+Mv2,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有eq \f(1,2)Mveq \\al(2,0)=eq \f(1,2)Mveq \\al(2,1)+eq \f(1,2)Mveq \\al(2,2),聯(lián)立解得v1=0,v2=v0,即作用后兩者交換速度,小球速度變?yōu)榱?,開(kāi)始做自由落體運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)動(dòng)能定理,小球?qū)π≤?chē)所做的功W=eq \f(1,2)Mveq \\al(2,2)-0=eq \f(1,2)Mveq \\al(2,0),C正確;小球上升到最高點(diǎn)時(shí),與小車(chē)相對(duì)靜止,有相同的速度v,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有Mv0=2Mv,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有eq \f(1,2)Mveq \\al(2,0)=2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)Mv2))+Mgh,聯(lián)立解得h=eq \f(v\\al(2,0),4g),D錯(cuò)誤。
10.(多選)(2024·全國(guó)卷)蹦床運(yùn)動(dòng)中,體重為60 kg的運(yùn)動(dòng)員在t=0時(shí)剛好落到蹦床上,對(duì)蹦床作用力大小F與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。假設(shè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員身體始終保持豎直,在其不與蹦床接觸時(shí)蹦床水平。忽略空氣阻力,重力加速度大小取10 m/s2。下列說(shuō)法正確的是( )
A.t=0.15 s時(shí),運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能最大
B.t=0.30 s時(shí),運(yùn)動(dòng)員的速度大小為10 m/s
C.t=1.00 s時(shí),運(yùn)動(dòng)員恰好運(yùn)動(dòng)到最大高度處
D.運(yùn)動(dòng)員每次與蹦床接觸到離開(kāi)過(guò)程中對(duì)蹦床的平均作用力大小為4 600 N
【答案】 BD
【解析】 根據(jù)牛頓第三定律結(jié)合題圖可知t=0.15 s時(shí),蹦床對(duì)運(yùn)動(dòng)員的彈力最大,蹦床的形變量最大,此時(shí)運(yùn)動(dòng)員處于最低點(diǎn),運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能最小,故A錯(cuò)誤;根據(jù)題圖可知運(yùn)動(dòng)員從t=0.30 s離開(kāi)蹦床到t=2.3 s再次落到蹦床上經(jīng)歷的時(shí)間為2 s,根據(jù)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性可知,運(yùn)動(dòng)員上升時(shí)間為1 s,則在t=1.3 s時(shí),運(yùn)動(dòng)員恰好運(yùn)動(dòng)到最大高度處,t=0.30 s時(shí)運(yùn)動(dòng)員的速度大小v=10×1 m/s=10 m/s,故B正確,C錯(cuò)誤;同理可知運(yùn)動(dòng)員落到蹦床時(shí)的速度大小為10 m/s,以豎直向上為正方向,根據(jù)動(dòng)量定理F·Δt-mg·Δt=mv-(-mv),其中Δt=0.3 s代入數(shù)據(jù)可得F=4 600 N,根據(jù)牛頓第三定律可知運(yùn)動(dòng)員每次與蹦床接觸到離開(kāi)過(guò)程中對(duì)蹦床的平均作用力大小為4 600 N,故D正確。故選BD。
11.(2024·天津一模)如圖所示,水平粗糙軌道AB長(zhǎng)為L(zhǎng),豎直面內(nèi)半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道BC與軌道AB相切于B點(diǎn),質(zhì)量為m的物塊P以初速度v0從A點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng),與靜止于B點(diǎn)質(zhì)量為2m的物塊Q發(fā)生碰撞,碰撞時(shí)間極短,碰后兩物塊粘在一起運(yùn)動(dòng),恰能到達(dá)軌道最高點(diǎn)C,已知重力加速度為g,物塊P、Q均可視為質(zhì)點(diǎn),求:
(1)兩物塊碰后瞬間對(duì)軌道B點(diǎn)的壓力FN的大小;
(2)物塊P與水平軌道AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;
(3)碰撞過(guò)程中物塊P對(duì)物塊Q做的功W的大小。
【答案】 (1)9mg (2)eq \f(v\\al(2,0)-18gR,2gL) (3)2mgR
【解析】 (1)碰撞后恰好能運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)-(m+2m)gR=0-eq \f(1,2)(m+2m)v2
碰后瞬間FN′-(m+2m)g=(m+2m)eq \f(v2,R)
根據(jù)牛頓第三定律,壓力與支持力等大反向FN=FN′
解得FN=9mg。
(2)P從A到B的過(guò)程中-μmgL=eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)-eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)
碰撞過(guò)程中mv1=(m+2m)v
解得μ=eq \f(v\\al(2,0)-18gR,2gL)。
(3)碰撞過(guò)程中W=eq \f(1,2)·2mv2
解得W=2mgR。
12.(2024·江蘇泰州一模)如圖所示,可視為質(zhì)點(diǎn)的兩個(gè)小物塊A、B并排放在粗糙水平面上,一根輕繩一端固定于水平面上的O點(diǎn),另一端系在小物塊A上。已知mA=1 kg,mB=3 kg,A、B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,輕繩長(zhǎng)l=0.314 m,g取10 m/s2,π取3.14且π2=10?,F(xiàn)給A一個(gè)向左的初速度v0=2eq \r(6) m/s,使其繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)一周時(shí)與B發(fā)生彈性碰撞。求:
(1)A剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)所受輕繩拉力的大小FT;
(2)A與B碰前瞬間的加速度大小a;
(3)A與B碰后B滑行的距離s。
【答案】 (1)76.43 N (2)2eq \r(641) m/s2
(3)1 m
【解析】 (1)A剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)輕繩拉力提供向心力FT=mAeq \f(v\\al(2,0),l)
解得輕繩拉力的大小FT=76.43 N。
(2)設(shè)A與B碰前瞬間的速度為v,根據(jù)動(dòng)能定理-μmAg·2πl(wèi)=eq \f(1,2)mAv2-eq \f(1,2)mAveq \\al(2,0)
解得v=4 m/s
此時(shí)繩子的拉力為FT′=eq \f(mAv2,l)
根據(jù)牛頓第二定律eq \r(FT′2+?μmAg?2)=mAa
解得a=2eq \r(641) m/s2。
(3)根據(jù)動(dòng)量守恒mAv=mAv1+mBv2
根據(jù)機(jī)械能守恒eq \f(1,2)mAv2=eq \f(1,2)mAveq \\al(2,1)+eq \f(1,2)mBveq \\al(2,2)
解得v2=2 m/s
B的加速度aB=μg=2 m/s2
A與B碰后B滑行的距離s=eq \f(v\\al(2,2),2aB)=1 m。

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