2022年高中物理 第16章 第3节 动量守恒定律练习 新人教版选修3-5

2022年高中物理 第16章 第3节 动量守恒定律练习 新人教版选修3-51系统：碰撞问题的研究对象不是一个物体，而是两个或两个以上的物体我们说这两个物体组成了一个力学系统2内力：系统内物体之间的相互作用力3外力：除系统内物体之间的相互作用力之外的其他力叫作外力4动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变(2)表达式：p1p2对两个物体组成的系统，可写为：m1v1m2v2m1v1m2v2(3)适用条件(具备下列条件之一)：系统不受外力；系统所受合外力为零；系统在某一方向不受外力或所受合外力为零；系统内力远大于外力或者在某一方向上内力远大于外力(4)适用范围：动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一，它既适用于宏观、低速物体，也适用于微观、高速物体5动量守恒定律的普适性(1)动量守恒定律只涉及过程的始末两个状态，与物体相互作用过程的细节无关，可简化问题(2)近代物理中的高速、微观领域，牛顿运动定律不适用，动量守恒定律仍适用(3)电磁波也具有动量，它与粒子的相互作用遵守动量守恒定律1关于系统动量守恒的条件，下列说法中正确的是(C)A只要系统内存在摩擦力，系统的动量就不可能守恒B只要系统中有一个物体具有加速度，系统的动量就不守恒C只要系统所受的合外力为零，系统的动量就守恒D系统中所有物体的加速度都为零时，系统的总动量不一定守恒解析：根据动量守恒的条件即系统所受外力的矢量和为零可知，选项C正确；系统内存在摩擦力，与系统所受外力无关，选项A错误；系统内各物体之间有着相互作用，对单个物体来说，合外力不一定为零，加速度不一定为零，但整个系统所受的合外力仍可为零，动量守恒，选项B错误；系统内所有物体的加速度都为零时，各物体的速度恒定，动量恒定，总动量一定守恒，选项D错误2如图所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象(系统)，则此系统在子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的过程中(B)A动量守恒，机械能守恒B动量不守恒，机械能不守恒C动量守恒，机械能不守恒D动量不守恒，机械能守恒解析：把系统从子弹射入木块到弹簧压缩至最短的过程分段考虑第一段：子弹射入木块瞬间，弹簧仍保持原长，子弹与木块间的摩擦力为内力，合外力为零，所以此瞬间系统动量守恒，机械能不守恒第二段：子弹射入木块后，与木块一起压缩弹簧，系统受墙面弹力(外力)不为零，所以此过程系统动量不守恒综合在一起，整个过程中动量、机械能均不守恒，应选B.3(多选)两位同学穿旱冰鞋，面对面站立不动，互推后向相反的方向运动，不计摩擦阻力，下列判断正确的是(BC)A互推后两同学总动量增加B互推后两同学动量大小相等，方向相反C分离时质量大的同学的速度小一些D互推过程中机械能守恒解析：对两同学所组成的系统，互推过程中，合外力为零，总动量守恒，故A错；两同学动量的变化量大小相等，方向相反，故B、C正确；互推过程中机械能增大，故D错误4将静置在地面上，质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是(D)A.v0 B.v0C.v0 D.v0解析：取向上为正方向，由动量守恒定律得：0(Mm)vmv0.则火箭速度：v.故选D.5如图，质量为M的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶，一质量为m的救生员站在船尾，相对小船静止若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为(C)Av0v Bv0vCv0(v0v) Dv0(v0v)解析：人在跃出的过程中，船、人组成的系统水平方向上动量守恒，规定向右为正方向则：(Mm)v0Mvmv，解得：vv0(v0v)故选C.6(多选)如图所示，在橄榄球比赛中，一个85 kg的前锋队员以5 m/s的速度跑动，想穿越防守队员到底线触地得分就在他刚要到底线时，迎面撞上了对方两名均为65 kg的队员，一个速度为2 m/s，另一个速度为4 m/s，然后他们就扭在了一起，则(BC)A他们碰撞后的共同速率是0.2 m/sB碰撞后他们动量的方向仍向前C这名前锋能得分D这名前锋不能得分解析：前锋队员的质量为M，速度为v1，两名65 kg的队员质量均为m，速度分别为v2、v3.取前锋队员跑动的速度方向为正方向，根据动量守恒定律可得：Mv1mv2mv3(Mmm)v，代入数据得：v0.16 m/s.所以碰撞后的速度仍向前，故这名前锋能得分，B、C两项正确7质量为M的沙车沿光滑水平面以速度v0做匀速直线运动，此时从沙车上方落入一只质量为m的铁球，如图所示，则小铁球落入沙车后(C)A沙车立即停止运动B沙车仍做匀速运动，速度仍为v0C沙车仍做匀速运动，速度小于v0D沙车做变速运动，速度不能确定解析：由水平方向上动量守恒Mv0(Mm)v可知C项正确8如图所示，设车厢长为L，质量为M，静止在光滑的水平面上，车厢内有一质量为m的物体以初速度v0向右运动，与车厢来回碰撞n次后，最终相对车厢静止，这时车厢的速度 (C) Av0，水平向右 B0C.，水平向右 D.，水平向左解析：物体和车厢所受的合外力为0，在物体与车厢的n次碰撞的整个过程中系统的动量守恒，忽略中间细节，只考虑初、末状态，由系统动量守恒得：mv0(Mm)v，车厢最终速度v，方向与v0相同，即水平向右9两辆质量相同的小车，置于光滑的水平面上，有一人静止在小车A上，两车A、B静止，如图所示当这个人从A车跳到B车上，接着又从B车跳回A车并与A车保持相对静止时，则A车的速率(B)A等于零 B小于B车的速率C大于B车的速率 D等于B车的速率解析：选A车、B车和人作为系统，两车均置于光滑的水平面上，在水平方向上无论人如何跳来跳去，系统均不受外力作用，故满足动量守恒定律设人的质量为m，A车和B车的质量均为M，最终两车速度分别为vA和vB.由动量守恒定律得0(Mm)vAMvB，则，即vAvB.故选项B正确10(xx上海高考)两小孩在冰面上乘坐“碰碰车”相向运动A车总质量为50 kg，以2 m/s的速度向右运动；B车总质量为70 kg，以3 m/s的速度向左运动；碰撞后，A以1.5 m/s的速度向左运动，则B的速度大小为_ m/s，方向向_(选填“左”或“右”)解析：由动量守恒定律得：规定向右为正方向，mAvAmBvBmAvAmBvB，解得vB0.5 m/s，所以B的速度大小是0.5 m/s，方向向左答案：0.5左11某同学质量为60 kg，在军事训练中要求他从岸上以大小为2 m/s的速度跳到一条向他缓缓飘来的小船上，然后去执行任务，小船的质量是140 kg，原来的速度大小是0.5 m/s，该同学上船后又跑了几步，最终停在船上则此过程该同学动量的变化大小为_ kgm/s，此时小船的速度大小为_ m/s.解析：将该同学与船组成一个系统，设最终二者的速度为v，方向与人速度方向相同，由动量守恒得，m人v人m船v船(m人m船)v，解得：v0.25 m/s，该同学动量的变化为：p人m人(v人v)105 kgm/s.答案：1050.2512如图所示，质量m10.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L1.5 m, 现有质量m20.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v02 m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止物块与车面间的动摩擦因数0.5，取g10 m/s2，求：(1)物块在车面上滑行的时间t；(2)要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0不超过多少？解析：(1)设物块与小车共同速度为v，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有： m2v0(m1m2)v，设物块与车面间的滑动摩擦力为F，对物块应用动量定理有：Ftm2vm2v0，又Fm2g，解得：t，代入数据得t0.24 s.(2)要使物块恰好不从车面滑出，须使物块到车面最右端时与小车有共同的速度，设其为v，则：m2v0(m1m2)v，由功能关系有： m2v0(m1m2)vm2gL，代入数据解得v05 m/s.故要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0不超过5 m/s.答案：(1)t0.24 s(2)5 m/s13如图所示，在高H2.5 m的光滑、绝缘水平高台边缘，静置一个小物块B，另一带电小物块A以初速度v010.0 m/s向B运动，A、B的质量均为m1.0103 kg.A与B相碰撞后，两物块立即粘在一起，并从台上飞出后落在水平地面上落地点距高台边缘的水平距离L5.0 m已知此空间中存在方向竖直向上的匀强电场，场强大小E1.0103 N/C(图中未画出)假设A在滑行过程和碰撞过程中电量保持不变，不计空气阻力，g10 m/s2.求：(1)A、B碰撞过程中损失的机械能(2)试说明A带电的电性，并求出其所带电荷q的大小(3)在A、B的飞行过程中，电场力对它做的功解析：(1)设A、B刚粘在一起时的速度为v，对于A、B两物块的碰撞过程，根据动量守恒定律有：mv02mv，解得：v5.0 m/s.A、B碰撞过程中损失的机械能为：Emv02mv2.5102 J.(2)A、B碰后一起做匀变速曲线运动，设加速度为a，经时间t落至地面，则有水平方向：Lvt，竖直方向：Hat，解得：a5.0 m/s.因ag，表明A、B所受电场力方向竖直向上，因此A带正电对A、B沿竖直方向的分运动，根据牛顿第二定律有：2mgqE2ma，解得：q1.0105C.(3)A、B飞行过程中，电场力做的功为WqEH，解得：W2.5102 J.答案：(1)2.5102 J(2)A带正电，q1.0105C(3)2.5102 J