第40讲 动量与动能、冲量与功的区别及冲量的四种计算方法（原卷版）

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第40讲 动量与动能、冲量与功的区别及冲量的四种计算方法1．（2021·北京）如图所示，圆盘在水平面内以角速度ω绕中心轴匀速转动，圆盘上距轴r处的P点有一质量为m的小物体随圆盘一起转动。某时刻圆盘突然停止转动，小物体由P点滑至圆盘上的某点停止。下列说法正确的是（　　）A．圆盘停止转动前，小物体所受摩擦力的方向沿运动轨迹切线方向 B．圆盘停止转动前，小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为2mωr C．圆盘停止转动后，小物体沿圆盘半径方向运动 D．圆盘停止转动后，小物体整个滑动过程所受摩擦力的冲量大小为mωr2．（2022·海南）在冰上接力比赛时，甲推乙的作用力是F1，乙对甲的作用力是F2，则这两个力（　　）A．大小相等，方向相反 B．大小相等，方向相同 C．F1的冲量大于F2的 D．F1的冲量小于F2的3．（2021·湖南）物体的运动状态可用位置x和动量p描述，称为相，对应p﹣x图像中的一个点。物体运动状态的变化可用p﹣x图像中的一条曲线来描述，称为相轨迹。假如一质点沿x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动，则对应的相轨迹可能是（　　）A． B． C． D． 一.知识回顾1.对动量的理解(1)动量的两性①瞬时性：动量是描述物体运动状态的物理量，是针对某一时刻或位置而言的。②相对性：动量的大小与参考系的选取有关，通常情况是指相对地面的动量。(2)动量与动能的比较 动量动能物理意义描述机械运动状态的物理量定义式p＝mvEk＝mv2标矢量矢量标量变化因素物体所受冲量外力所做的功大小关系p＝Ek＝联系(1)都是相对量，与参考系的选取有关，通常选取地面为参考系(2)若物体的动能发生变化，则动量一定也发生变化；但动量发生变化时动能不一定发生变化(3)都是状态量，与某一时刻或某一位置相对应2．对冲量的理解(1)冲量的两性①时间性：冲量不仅由力决定，还由力的作用时间决定，恒力的冲量等于该力与该力的作用时间的乘积。②矢量性：对于方向恒定的力来说，冲量的方向与力的方向一致。(2)作用力和反作用力的冲量：一定等大、反向，但作用力和反作用力做的功之间并无必然联系。(3)冲量与功的比较 冲量功定义作用在物体上的力和力的作用时间的乘积作用在物体上的力和物体在力的方向上的位移的乘积单位N·sJ公式I＝FΔt(F为恒力)W＝Flcosα(F为恒力)标矢量矢量标量意义①表示力对时间的累积②是动量变化的量度①表示力对空间的累积②是能量变化的量度联系①都是过程量，都与力的作用过程相互联系②冲量不为零时，功可能为零；功不为零时，冲量一定不为零 3.冲量的四种计算方法公式法利用定义式I＝FΔt计算冲量，此方法仅适用于恒力的冲量，无需考虑物体的运动状态图像法利用F－t图像计算，F－t图像与时间轴围成的面积表示冲量，此法既可以计算恒力的冲量，也可以计算变力的冲量动量定理法如果物体受到大小或方向变化的力的作用，则不能直接用I＝FΔt求变力的冲量，可以求出该力作用下物体动量的变化量，由I＝Δp求变力的冲量平均力法如果力随时间是均匀变化的，则＝(F0＋Ft)，该变力的冲量为I＝(F0＋Ft)t 二.例题精析题型1　对动量和冲量的定性分析例1．如图为跳水运动员从起跳到落水过程的示意图，运动员从最高点到入水前的运动过程记为Ⅰ，运动员入水后到最低点的运动过程记为Ⅱ，忽略空气阻力，则运动员（　　）A．过程Ⅰ的动量改变量等于零 B．过程Ⅱ的动量改变量等于零 C．过程Ⅰ的动量改变量等于重力的冲量 D．过程Ⅱ的动量改变量等于重力的冲量题型2　对动量和冲量的定量计算（多选）例2．一质量为m的运动员托着质量为M的重物从下蹲状态（图甲）缓慢运动到站立状态（图乙），该过程重物和人的肩部相对位置不变，运动员保持乙状态站立△t时间后再将重物缓慢向上举，至双臂伸直（图丙）。甲到乙、乙到丙过程重物上升高度分别为h1、h2，经历的时间分别为t1、t2，则（　　）A．地面对运动员的冲量为（M+m）g（t1+t2+△t），地面对运动员做的功为0 B．地面对运动员的冲量为（M+m）g（t1+t2），地面对运动员做的功为（M+m）g（h1+h2） C．运动员对重物的冲量为Mg（t1+t2+△t），运动员对重物做的功为Mg（h1+h2） D．运动员对重物的冲量为Mg（t1+t2），运动员对重物做的功为0题型3  动量、冲量与图像结合例3．某物体的v﹣t图象如图所示，下列说法正确的是（　　）A．0﹣t1和t2﹣t3，合外力做功和冲量都相同 B．t1﹣t2和t3﹣t4，合外力做功和冲量都相同 C．0﹣t2和t2﹣t4，合外力做功和冲量都相同 D．0﹣t1和t3﹣t4，合外力做功和冲量都相同（多选）例4．一物块静止在倾角为θ且足够长的固定光滑斜面底端，物块受到平行斜面向上的拉力F作用，在0～4s时间内，拉力的大小F和物块加速度的大小a随时间t变化的关系分别如图甲、乙所示。取重力加速度大小g＝10m/s2，由图可知（　　）A．物块的质量等于0.4kg B．斜面倾角θ＝60° C．在t＝2s时，物块的速度大小为2.5m/s D．在1s～4s时间内，物块向上做加速度逐渐增大的加速直线运动三.举一反三，巩固练习（多选）如图所示，滑块P、Q静止在粗糙水平面上，一根轻弹簧一端与滑块Q相连，另一端固定在墙上，弹簧处于原长。现使滑块P以初速度v0向右运动，与滑块Q发生碰撞（碰撞时间极短），碰后两滑块一起向右压缩弹簧至最短，然后在弹簧弹力作用下两滑块向左运动，两滑块分离后，最终都静止在水平面上。已知滑块P、Q的质量分别为2m和m，两滑块与平面间的动摩擦因数相同，下列说法中正确的是（　　）A．两滑块发生碰撞的过程中，其动量守恒，机械能不守恒 B．两滑块分离时，弹簧一定处于原长 C．滑块P最终一定停在出发点左侧的某一位置 D．整个过程中，两滑块克服摩擦力做功的和小于mv02一质量为1kg的物块在合外力F的作用下从静止开始沿直线运动，F随时间t变化的图线如图所示，则（　　）A．t＝1s时物块的速率为1m/s B．t＝2时物块的动量大小为2kg•m/s C．t＝3s时物块的动量大小为3kg•m/s D．t＝4s时F的功率为3W（多选）电梯在t＝0时由静止开始上升，运动的a﹣t图象如图所示，电梯总质量m＝2.0×103kg．电梯内乘客的质量m0＝50kg，忽略一切阻力，重力加速度g＝10m/s2，下列说法正确的是：（　　）A．第1s内乘客处于超重状态，第9s内乘客处于失重状态 B．第2s内乘客对电梯的压力大小为550N C．第2s内电梯对乘客的冲量大小为550N•s D．第2s内钢索对电梯的拉力大小为2.2×104N（多选）电梯在t＝0时由静止开始上升，运动的a一t图象如图所示，电梯总质量m＝2.0×103kg，电梯内乘客的质量m0＝50kg，忽略一切阻力，重力加速度g＝10m/s2，下列说法正确的是（　　）A．第1s内乘客处于超重状态，第9s内乘客处于失重状态 B．第2s内乘客对电梯的压力大小为550N C．第2s内钢索对电梯的拉力大小为2.2×104N D．第2s内电梯对乘客的冲量大小为550N•s如图所示，儿童乐园里，质量为m的小女孩从滑梯上由静止滑下。空气阻力不计，滑梯可等效为斜面，与水平面的夹角为θ，已知小女孩与滑梯的动摩擦因数为μ，下滑的时间为t，重力加速度g，则小女孩下滑过程中（　　）A．弹力的冲量为零 B．重力的冲量为mgtsinθ C．合力的冲量大小为mg（sinθ﹣μcosθ）t D．受到的摩擦力与其反作用力的总冲量为零，总功也为零如图所示，一物体在与水平成θ角的拉力F作用下匀速前进了时间t，则（　　）A．拉力F对物体的冲量大小为Ft B．拉力F对物体的冲量大小为Ftcosθ C．合外力对物体的冲量大小为Ftsinθ D．合外力对物体的冲量为Ftsinθ（多选）如图甲所示，物体受到水平拉力F的作用，沿水平面做直线运动。通过力传感器和速度传感器监测得力F和物体速度v随时间t变化的规律如图乙所示。取重力加速度g＝10m/s2，则（　　）A．物体的质量m＝0.5kg B．物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2 C．0﹣3s内拉力F对物体做的功为1 J D．0﹣3s内拉力F的冲量大小为6 N•s目前，我国在人工智能和无人驾驶技术方面已取得较大突破。为早日实现无人驾驶，某公司对汽车性能进行了一项测试，让质量为m的汽车沿一山坡直线行驶，测试中发现，若关掉油门下坡，则汽车的速度保持不变；若从静止开始以恒定的功率P上坡，则发生位移s时速度刚好达到最大值vm。设汽车在上坡和下坡过程中所受阻力的大小分别保持不变，下列说法正确的是（　　）A．关掉油门的下坡过程，坡面对汽车的支持力的冲量为零 B．关掉油门的下坡过程，汽车的机械能守恒 C．上坡过程中，汽车速度达到时，发生的位移为  D．上坡过程中，汽车从静止启动到刚好达到最大速度vm，所用时间一定小于如图所示是最常见的羽毛球运动图标之一，羽毛球运动是学校体育中最普及的体育运动，也是速度最快的球类运动，运动员扣杀羽毛球的速度可达到100m/s。假设羽毛球飞来的速度为50m/s，运动员将羽毛球以100m/s的速度反向击回，羽毛球的质量为10g，则羽毛球动量的变化量（　　）A．大小为1.5kg•m/s，方向与羽毛球飞来的方向相反 B．大小为1.5kg•m/s，方向与羽毛球飞来的方向相同 C．大小为0.5kg•m/s，方向与羽毛球飞来的方向相反 D．大小为0.5kg•m/s，方向与羽毛球飞来的方向相同两辆汽车的质量分别为m1和m2，沿水平方向做匀速直线运动并且具有相等的动能，则两辆汽车动量大小之比是（　　）A．（）2 B． C． D．（）2