2021-2022学年高中物理 第十六章 动量守恒定律 测评（含解析）新人教版选修3-5.docx

1、第十六章测评(时间:60分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。其中第16题为单选题;第710题为多选题,全部选对得4分,选不全得2分,有选错或不答的得0分)1.关于冲量、动量、动量变化量的下列说法正确的是()A.冲量的方向一定和动量的方向相同B.冲量的大小一定和动量变化量的大小相同C.动量变化量方向一定和动量的方向相同D.动量变化量的大小一定和动量大小的变化量相同解析由动量定理可知,冲量的方向一定和动量变化量的方向相同,冲量的大小一定和动量变化量的大小相同。答案B2.做平抛运动的物体,在相等的时间内,物体动量的变化量()A.始终相同B.只有大小相同C.只有方向相

2、同D.以上说法均不正确解析做平抛运动的物体,只受重力作用,重力是恒力,其在相等时间内的冲量始终相等,根据动量定理,在相等的时间内,物体动量的变化量始终相同。答案A3.如图所示,一个木箱原来静止在光滑水平面上,木箱内粗糙的底板上放着一个小木块。木箱和小木块都具有一定的质量。现使木箱获得一个向右的初速度v0,则()A.小木块和木箱最终都将静止B.小木块最终将相对木箱静止,两者一起向右运动C.小木块在木箱内壁将始终来回往复碰撞,而木箱一直向右运动D.如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止,则两者将一起向左运动解析根据动量守恒定律,木块最终将与木箱之间无相对运动,且两者总动量等于最初木箱的动量,所以

3、两者最后一起向右运动。选项B正确。答案B4.在光滑水平面上有三个完全相同的小球,它们成一条直线,2、3小球静止,并靠在一起,1球以速度v0射向它们,如图所示。设碰撞中不损失机械能,则碰后三个小球的速度可能是()A.v1=v2=v3=13v0B.v1=0,v2=v3=12v0C.v1=0,v2=v3=12v0D.v1=v2=0,v3=v0解析三个小球在碰撞过程中动量和机械能守恒,设各球质量均为m,则碰撞前系统总动量为mv0,总动能为12mv02。假如选项A正确,则碰后总动量为33mv0,违反了动量守恒定律,故不可能。假设选项B正确,则碰后总动量为22mv0也违反了动量守恒定律,故也不可能。假如选

4、项C正确,则碰后总动量为mv0,但总动能为14mv02,违反了机械能守恒定律,故也不可能。假如选项D正确,则通过计算知其既满足动量守恒定律,也满足机械能守恒定律。故选项D正确。答案D5.质量为60 kg的建筑工人,不慎从高空跌下,幸好弹性安全带的保护,使他悬挂起来。已知弹性安全带的缓冲时间是1.2 s,安全带长5 m,g取10 m/s2,则安全带所受的平均冲力的大小为()A.500 NB.1 100 NC.600 ND.100 N解析选取人为研究对象,人下落过程中由v2=2gh,得v=10m/s,缓冲过程由动量守恒得(F-mg)t=mv,F=mvt+mg=1100N。由牛顿第三定律可知,安全带

5、所受的平均冲力为1100N。答案B6.如图所示,质量为m的人立于平板车上,人与车的总质量为M,人与车以速度v1在光滑水平面上向东运动。当此人相对于车以速度v2竖直跳起时,车的速度变为()A.Mv1-Mv2M-m,向东B.Mv1M-m,向东C.Mv1+Mv2M-m,向东D.v1,向东解析人和车组成的系统,在水平方向上所受合外力等于零,系统在水平方向上动量守恒。设车的速度v1的方向为正方向,选地面为参考系。初态车和人的总动量为Mv1,末态车的动量为(M-m)v,因为人在水平方向上没有受到冲量,其水平动量保持不变。人在水平方向上对地的动量仍为mv1,则有Mv1=(M-m)v+mv1,(M-m)v1=

6、(M-m)v,所以v=v1,正确答案应为D。答案D7.下列说法中正确的是()A.作用在物体上的合外力越大,物体动量的变化就越快B.作用在物体上的合外力的冲量越大,物体动量的变化就越快C.作用在物体上的冲量恒定时,物体的动量保持不变D.延长物体间的相互作用时间,可以减小物体间的相互作用力解析由动量定理知,物体合外力冲量越大,动量的变化量越大,冲量恒定时,动量的变化量恒定,合外力越大,动量变化越快,延长作用时间可以减小相互作用力,故A、D正确。答案AD8.质量为m的小球A,沿光滑水平面以速度v0与质量为2m的静止小球B发生正碰。碰撞后,A球的动能变为原来的19,那么小球B的速度可能是()A.13v

7、0B.23v0C.49v0D.59v0解析以A球原来的速度方向为正方向时,则vA=13v0,根据两球碰撞前、后的总动量守恒,有mv0+0=m13v0+2mvB,mv0+0=m-13v0+2mvB。解得vB=13v0,vB=23v0,选项A、B正确。答案AB9.如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,a、b、c、d位于同一圆周上,a点为圆周的最高点,d点为圆周的最低点。每根杆上都套着一个质量相同的小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a、b、c处释放(初速度为零),关于它们下滑的过程,下列说法正确的是()A.重力对它们的冲量相同B.弹力对它们的冲量相同C.合外力对它们的冲量相同D.

8、它们的动能增量不同解析由运动学知识可知三个滑环的运动时间相等,故A正确。由于三种情形下弹力的方向不同,故B错误。由机械能守恒定律知D正确。而合外力冲量大小为mv,由于v大小不等,故C错误。答案AD10.如图所示,A、B两物体质量mA=2mB,水平面光滑,当烧断细线后(原来弹簧被压缩),下列说法正确的是()A.弹开过程中A的速率小于B的速率B.弹开过程中A的动量小于B的动量C.A、B同时达到速度最大值D.当弹簧恢复原长时两物体同时脱离弹簧解析烧断细线前总动量为零,烧断细线后两物体的动量大小相等,方向相反。速度大小跟它们的质量成反比,选项A对,B错。弹簧恢复原长时,物体A、B速度达到最大值并与弹簧

9、脱离,选项C、D对。答案ACD二、填空题(本题共2小题,共18分。把答案填在题中的横线上)11.(8分)在探究碰撞中的不变量实验中,装置如图所示,两个小球的质量分别为mA和mB。(1)现有下列器材,为完成本实验,哪些是必需的?请将这些器材前面的字母填在横线上。A.停表B.刻度尺C.天平D.圆规(2)如果碰撞中动量守恒,根据图中各点间的距离,则下列式子可能成立的有。(填字母)A.mAmB=ONMPB.mAmB=OMMPC.mAmB=OPMND.mAmB=OMMN解析(1)由实验原理可知,需要测小球质量,测OM、OP、ON距离,为准确确定落点,用圆规把多次实验的落点用尽可能小的圆圈起,把圆心作为落

10、点,所以需要天平、刻度尺、圆规。(2)根据动量守恒定律有:mAOP=mAOM+mBON,即mA(OP-OM)=mBON,A正确。答案(1)BCD(2)A12.(10分)气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律,实验装置如图所示。采用的实验步骤如下:a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。b.调整气垫导轨,使导轨处于水平。c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上。d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。e

11、.按下电钮放开卡锁,同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。(1)实验中还应测量的物理量及其符号是。(2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因有(至少答出两点)。答案(1)B的右端至D板的距离L2(2)mA=L1t1=mBL2t2测量质量、时间、距离等存在误差,由于阻力、气垫导轨不水平等造成误差(只要答对其中两点即可)三、解答题(本题共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案

12、中必须明确写出数值和单位)13.(8分)在水平力F=30 N的作用下,质量m=5 kg的物体由静止开始沿水平面运动。已知物体与水平面间的动摩擦因数=0.2,若F作用6 s后撤去,撤去F后物体还能向前运动多长时间才停止?(g取10 m/s2)解析选物体作为研究对象,研究整个运动过程,这个过程的始、终状态的物体速度都等于零。取水平力F的方向为正方向,根据动量定理得(F-mg)t1+(-mg)t2=0,解得t2=F-mgmgt1=30-0.25100.25106s=12s。答案12 s14.(10分)如图所示,质量为m的子弹,以速度v水平射入用轻绳悬挂在空中的木块,木块的质量为m0,绳长为L,子弹射

13、入木块即停留在木块中,求子弹射入木块的瞬间绳子张力的大小。解析设子弹射入木块瞬间木块(含子弹)速度为v,则由动量守恒定律mv=(m0+m)v木块(含子弹)做圆周运动,由牛顿定律得F-(m0+m)g=(m0+m)v2L由可求得张力大小F=(m0+m)g+m2v2(m0+m)L。答案(m0+m)g+m2v2(m0+m)L15.(10分)如图,光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体,斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上。某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出,冰块平滑地滑上斜面体,在斜面体上上升的最大高度为h=0.3 m(h小于斜面体的高度)。已知小孩与滑板的总质量

14、为m1=30 kg,冰块的质量为m2=10 kg,小孩与滑板始终无相对运动。取重力加速度的大小g取10 m/s2。(1)求斜面体的质量;(2)通过计算判断,冰块与斜面体分离后能否追上小孩?解析(1)规定向右为速度正方向。冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度,设此共同速度为v,斜面体的质量为m3。由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得m2v20=(m2+m3)v12m2v202=12(m2+m3)v2+m2gh式中v20=-3m/s为冰块推出时的速度。联立式并代入题给数据得m3=20kg(2)设小孩推出冰块后的速度为v1,由动量守恒定律有m1v1+m2v20=0代入数据得v1=1m/s设

15、冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3,由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20=m2v2+m3v312m2v202=12m2v22+12m3v32联立式并代入数据得v2=1m/s由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方,故冰块不能追上小孩。答案(1)20 kg(2)不能16.(14分)一质量为m的烟花弹获得动能E后,从地面竖直升空。当烟花弹上升的速度为零时,弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分,两部分获得的动能之和也为E,且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短,重力加速度大小为g,不计空气阻力和火药的质量。求(1)烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间;(2)爆

16、炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。解析(1)由动能定理可得,烟花弹的初动能E=12mv2此时,烟花弹的上升初速度v=2Em当烟花弹上升速度为零时爆炸,可将此运动看成竖直上升运动。竖直上升运动公式有v=gt,v2=2gh0联立可解得t=2Emmg,h0=Emg(2)规定v1竖直向上为正方向,烟花弹爆炸后的两部分速度为v1,v2由动量守恒定律可得m2v1-m2v2=0又由动能相等可得E=12m2v12+12m2v22联立两式解得v1=2Em将上式代入竖直运动学公式v12=2gh1可得h1=Emg爆炸后烟花弹向上运动的部分距离地面的最大高度H=h1+h2=2Emg答案(1)2Emmg(2)2Emg