高考物理动量定理真题汇编(含答案)一、高考物理精讲专题动量定理1.图甲为光滑金属导轨制成的斜面,导轨的间距为1m l =,左侧斜面的倾角37θ=︒,右侧斜面的中间用阻值为2R =Ω的电阻连接。
在左侧斜面区域存在垂直斜面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为10.5T B =,右侧斜面轨道及其右侧区域中存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为20.5T B =。
在斜面的顶端e 、f 两点分别用等长的轻质柔软细导线连接导体棒ab ,另一导体棒cd 置于左侧斜面轨道上,与导轨垂直且接触良好,ab 棒和cd 棒的质量均为0.2kg m =,ab 棒的电阻为12r =Ω,cd 棒的电阻为24r =Ω。
已知t =0时刻起,cd 棒在沿斜面向下的拉力作用下开始向下运动(cd 棒始终在左侧斜面上运动),而ab 棒在水平拉力F 作用下始终处于静止状态,F 随时间变化的关系如图乙所示,ab 棒静止时细导线与竖直方向的夹角37θ=︒。
其中导轨的电阻不计,图中的虚线为绝缘材料制成的固定支架。
(1)请通过计算分析cd 棒的运动情况;(2)若t =0时刻起,求2s 内cd 受到拉力的冲量;(3)3 s 内电阻R 上产生的焦耳热为2. 88 J ,则此过程中拉力对cd 棒做的功为多少?【答案】(1)cd 棒在导轨上做匀加速度直线运动;(2)1.6N s ;(3)43.2J【解析】【详解】(1)设绳中总拉力为T ,对导体棒ab 分析,由平衡方程得:sin θF T BIl =+cos θT mg =解得:tan θ 1.50.5F mg BIl I =+=+由图乙可知:1.50.2F t =+则有:0.4I t =cd 棒上的电流为:0.8cd I t =则cd 棒运动的速度随时间变化的关系:8v t =即cd 棒在导轨上做匀加速度直线运动。
(2)ab 棒上的电流为:0.4I t =则在2 s 内,平均电流为0.4 A ,通过的电荷量为0.8 C ,通过cd 棒的电荷量为1.6C 由动量定理得:sin θ0F t I mg t BlI mv +-=-解得: 1.6N s F I =(3)3 s 内电阻R 上产生的的热量为 2.88J Q =,则ab 棒产生的热量也为Q ,cd 棒上产生的热量为8Q ,则整个回路中产生的总热量为28. 8 J ,即3 s 内克服安培力做功为28. 8J 而重力做功为:G sin 43.2J W mg θ==对导体棒cd ,由动能定理得:F W W '-克安2G 102W mv +=- 由运动学公式可知导体棒的速度为24 m/s解得:43.2J F W '=2.如图所示,固定在竖直平面内的4光滑圆弧轨道AB 与粗糙水平地面BC 相切于B 点。
质量m =0.1kg 的滑块甲从最高点A 由静止释放后沿轨道AB 运动,最终停在水平地面上的C 点。
现将质量m =0.3kg 的滑块乙静置于B 点,仍将滑块甲从A 点由静止释放结果甲在B 点与乙碰撞后粘合在一起,最终停在D 点。
已知B 、C 两点间的距离x =2m,甲、乙与地面间的动摩擦因数分别为=0.4、=0.2,取g=10m/s ,两滑块均视为质点。
求:(1)圆弧轨道AB 的半径R;(2)甲与乙碰撞后运动到D 点的时间t【答案】(1)(2)【解析】【详解】(1)甲从B 点运动到C 点的过程中做匀速直线运动,有:v B 2=2a 1x 1;根据牛顿第二定律可得:对甲从A点运动到B点的过程,根据机械能守恒:解得v B=4m/s;R=0.8m;(2)对甲乙碰撞过程,由动量守恒定律:;若甲与乙碰撞后运动到D点,由动量定理:解得t=0.4s3.一质量为0.5kg的小物块放在水平地面上的A点,距离A点5m的位置B处是一面墙,如图所示,物块以v0=9m/s的初速度从A点沿AB方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7m/s,碰后以6m/s的速度反向运动直至静止.g取10m/s2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ;(2)若碰撞时间为0.05s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F.μ=(2)F=130N【答案】(1)0.32【解析】试题分析:(1)对A到墙壁过程,运用动能定理得:,代入数据解得:μ=0.32.(2)规定向左为正方向,对碰墙的过程运用动量定理得:F△t=mv′﹣mv,代入数据解得:F=130N.4.如图所示,质量M=1.0kg的木板静止在光滑水平面上,质量m=0.495kg的物块(可视为质点)放在的木板左端,物块与木板间的动摩擦因数μ=0.4。
质量m0=0.005kg的子弹以速度v0=300m/s沿水平方向射入物块并留在其中(子弹与物块作用时间极短),木板足够长,g取10m/s2。
求:(1)物块的最大速度v1;(2)木板的最大速度v2;(3)物块在木板上滑动的时间t.【答案】(1)3m/s ;(2)1m/s ;(3)0.5s。
【解析】【详解】(1)子弹射入物块后一起向右滑行的初速度即为物块的最大速度,取向右为正方向,根据子弹和物块组成的系统动量守恒得:m 0v 0=(m +m 0)v 1解得:v 1=3m/s(2)当子弹、物块和木板三者速度相同时,木板的速度最大,根据三者组成的系统动量守恒得:(m +m 0)v 1=(M +m +m 0)v 2。
解得:v 2=1m/s(3)对木板,根据动量定理得:μ(m +m 0)gt =Mv 2-0解得:t =0.5s5.一个质量为60千克的蹦床运动员从距离水平蹦床网面上3.2米的高处自由下落,触网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5米高处.已知运动员与网接触的时候为1.2秒。
求运动员和网接触的这段时间内,网对运动员的平均作用力F (g 取10 m /s 2)。
【答案】1500N ,方向竖直向上【解析】【详解】设运动员从h 1处下落,刚触网的速度为18m s v == (方向向下)运动员反弹到达高度h 2 ,离网时速度为210m s v ==(方向向上)在接触网的过程中,运动员受到向上的弹力F 和向下的重力mg ,设向上方向为正,由动量定理有()()21 F mg t mv mv -=--解得=1500N F ,方向竖直向上。
6.如图所示,真空中有平行正对金属板A 、B ,它们分别接在输出电压恒为U =91V 的电源两端,金属板长L =10cm 、两金属板间的距离d =3.2cm ,A 、B 两板间的电场可以视为匀强电场。
现使一电子从两金属板左侧中间以v 0=2.0×107m/s 的速度垂直于电场方向进入电场,然后从两金属板右侧射出。
已知电子的质量m =0.91×10-30kg ,电荷量e =1.6×10-19C ,两极板电场的边缘效应及电子所受的重力均可忽略不计(计算结果保留两位有效数字),求: (1)电子在电场中运动的加速度a 的大小;(2)电子射出电场时在沿电场线方向上的侧移量y ;(3)从电子进入电场到离开电场的过程中,其动量增量的大小。
【答案】(1)1425.010m/s ⨯;(2)0.63m ;(3)242.310kg m/s -⨯⋅。
【解析】【详解】(1)设金属板A 、B 间的电场强度为E ,则U E d =,根据牛顿第二定律,有 Ee ma = 电子在电场中运动的加速度19214223091 1.610m/s 5.010m/s 3.2100.9110Ee Ue a m dm ---⨯⨯====⨯⨯⨯⨯ (2)电子以速度0v 进入金属板A 、B 间,在垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,电子在电场中运动的时间为9700.1s 5.010s 2.010L t v -===⨯⨯ 电子射出电场时在沿电场线方向的侧移量212y at =代入数据 14921 5.010(5.010)0.63cm 2cm y -=⨯⨯⨯⨯= (3)从电子进入电场到离开电场的过程中,由动量定理,有ΔEet p =其动量增量的大小Δp =1924270 1.6010910.1kg m/s=2.310kg m/s 3.210 2.010eUL dv ---⨯⨯⨯=⋅⨯⋅⨯⨯⨯7.如图,A 、B 、C 三个木块的质量均为m ,置于光滑的水平面上,B 、C 之间有一轻质弹簧,弹簧的两端分别与木块B 、C 相连,弹簧处于原长状态.现A 以初速v 0沿B 、C 的连线方向朝B 运动,与B 相碰并粘合在一起,碰撞时间极短、大小为t .(1)A 、B 碰撞过程中,求A 对B 的平均作用力大小F .(2)在以后的运动过程中,求弹簧具有的最大弹性势能E p .【答案】(1)02mv F t = (2)2P 0112E mv =【解析】【详解】(1)设A 、B 碰撞后瞬间的速度为1v ,碰撞过程A 、B 系统动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律有:012mv mv = 解得1012v v = 设A 、B 碰撞时的平均作用力大小为F ,对B 有10Ft mv =- 解得02mv F t= (2)当A 、B 、C 具有共同速度v 时,弹簧具有最大弹性势能,设弹簧的最大弹性势能为p E ,碰后至A 、B 、C 速度相同的过程中,系统动量守恒,有03mv mv = 根据碰后系统的机械能守恒得221p 11 2322mv mv E ⋅=⋅+ 解得:2p 0112E mv =8.质量为70kg 的人不慎从高空支架上跌落,由于弹性安全带的保护,使他悬挂在空中.已知人先自由下落3.2m ,安全带伸直到原长,接着拉伸安全带缓冲到最低点,缓冲时间为1s ,取g =10m/s 2.求缓冲过程人受到安全带的平均拉力的大小.【答案】1260N【解析】【详解】人下落3.2m 时的速度大小为8.0m /s v ==在缓冲过程中,取向上为正方向,由动量定理可得()0()F mg t mv -=--则缓冲过程人受到安全带的平均拉力的大小1260N mv F mg t=+=9.质量为60 kg 的建筑工人,不慎从高空跌下,由于弹性安全带的保护,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 ,(安全带伸长量远小于其原长)不计空气阻力影响,g 取10 m/s 2 。
求:人向下减速过程中,安全带对人的平均作用力的大小及方向。
【答案】100N ,方向:竖直向上【解析】【详解】选取人为研究对象,人下落过程有:v 2=2gh ,代入数据解得:v=10 m/s,缓冲过程由动量定理有:(F-mg)t=mv,解得:60106010N1100N1.2mvF mgt⨯=+=+⨯=()则安全带对人的平均作用力的大小为1100N,方向竖直向上。
10.如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量m A=4kg,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计,可视为质点的物块B置于A的上表面,B的质量m B=2kg,现对A施加一个水平向右的恒力F=10N,A运动一段时间后,小车左端固定的挡板B 发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下继续运动,碰撞后经时间t=0.6s,二者的速度达到v=2m/s,求:(1)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小;(2)A、B碰撞前瞬间,A的速度v A的大小。