高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律3 动量守恒定律精品练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律3 动量守恒定律精品练习，共10页。试卷主要包含了 质量为m1＝1 kg和m2， 95 m/s等内容，欢迎下载使用。
（答题时间：30分钟）





1. 如图所示，小车与木箱紧挨着静止放在光滑的水平冰面上，现有一男孩站在小车上用力向右迅速推木箱。关于上述过程，下列说法中正确的是（ ）





A. 男孩与木箱组成的系统动量守恒


B. 小车与木箱组成的系统动量守恒


C. 男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒


D. 木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同


2. 如图所示，两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动。滑块A的质量为m，速度大小为2v0，方向向右，滑块B的质量为2m，速度大小为v0，方向向左。两滑块发生碰撞后的运动状态是（ ）





A. A和B都向左运动


B. A和B都向右运动


C. A静止，B向右运动


D. A向左运动，B向右运动


3. 质量为m1＝1 kg和m2（未知）的两个物体在光滑的水平面上正碰，碰撞时间极短，其x­t图象如图所示，则（ ）





A. 碰前m2匀速运动


B. m2为2 kg


C. 碰后两物体速度相同


D. 此过程没有机械能损失


4. 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，小船的质量为140 kg，原来的速度大小为0. 5 m/s，该同学上船后又跑了几步，最终停在船上，则（ ）


A. 该同学和小船最终静止在水面上


B. 该过程同学的动量变化量为－105 kg·m/s


C. 船最终的速度是0. 95 m/s


D. 船的动量变化量是70 kg·m/s


5. 如图所示，物体A和B质量分别为m2和m1，其水平直角边长分别为a和b。A、B之间存在摩擦，B与水平地面无摩擦。可视为质点的m2与地面间的高度差为h，当A由B顶端从静止开始滑到B的底端时。





（1）B的水平位移是多少？


（2）m2滑到斜面底端时速度为v2，此时m1的速度为v1。则在m2下滑过程中，m2损失的机械能为多少？














动量守恒定律同步练习参考答案





1.【答案】C


【解析】选项A中，男孩与木箱组成的系统受到小车对系统的摩擦力的作用；选项B中，小车与木箱组成的系统受到人对系统的力的作用；动量、动量的改变量均为矢量，选项D中，木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量大小相等、方向相反。故选C。


2.【答案】D


【解析】选向右为正方向，则A的动量pA＝m·2v0＝2mv0，B的动量pB＝－2mv0。碰前A、B的动量之和为零，根据动量守恒，碰后A、B的动量之和也应为零，可知四个选项中只有选项D符合题意。


3.【答案】D


【解析】位移—时间图象的斜率表示物体的速度，由图象求出碰撞前后的速度分别为：v1＝4 m/s，v2＝0，v′1＝－2 m/s，v′2＝2 m/s；由动量守恒定律有m1v1＝m1v′1＋m2v′2，得m2＝3 kg；根据动能表达式以及以上数据计算碰撞前、后系统总动能均为8 J，机械能无损失，因此A、B、C错误，D正确。


4.【答案】B


【解析】规定该同学原来的速度方向为正方向，设该同学上船后，船与该同学达到共速时的速度为v，由题意可得，水的阻力忽略不计，在该同学跳上小船后至与小船达到同一速度的过程中，该同学和船组成的系统动量守恒，则由动量守恒定律得m人v人－m船v船＝（m人＋m船）v，解得v＝0. 25 m/s，方向与船原来的速度方向相反；该同学的动量变化量为Δp＝m人v－m人v人＝60 kg×（0. 25－2） m/s＝－105 kg·m/s，船的动量变化量Δp′＝m船v－（－m船v船）＝105 kg·m/s，故选B。


5.【答案】（1） （2）m2gh－m2v－m1v


【解析】（1）设向右为正方向，下滑过程中A的速度为－v2，B的速度为v1，对A和B组成的系统，水平方向上不受任何外力，故水平方向的动量守恒，


则每时每刻都有m1v1－m2v2＝0，


则有m1x1－m2x2＝0，


由题意可知x1＋x2＝b－a，


联立可得x1＝。


（2）根据能量守恒定律，m2损失的机械能为m2gh－m2v－m1v。








验证动量守恒定律同步练习


（答题时间：30分钟）





1. 如图所示，在“探究碰撞中的不变量”的实验中，有质量相等的甲、乙两摆球，摆长相同，乙球静止在最低点，拉起甲球释放后与乙球刚好正碰，碰后甲球静止，乙球摆到与甲球初始位置等高。现换为同质量的两个粘性球，重复以上操作，碰后两球粘合在一起运动，则（ ）





A. 两次碰撞的整个过程中机械能不可能守恒


B. 第一次两球碰撞瞬间的前后，动量守恒，机械能不守恒


C. 第二次两球碰撞瞬间的前后，动量守恒，机械能不守恒


D. 第一次碰撞中，从甲球开始下落到乙球上升到最高点过程中动量守恒


2. 如图所示，甲、乙为两个实验的装置图。





（1）甲、乙两图中，可以“验证动量守恒定律”的装置图是________。


（2）关于甲、乙两个实验，下列说法正确的是（ ）


A. 只有甲实验必须测量质量


B. 只有乙实验中需要记录时间


C. 乙实验必须使用重垂线


D. 两个实验都需要使用刻度尺


3. 利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：


①用天平测出滑块A、B的质量分别为200 g和300 g；


②安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；


③向气垫导轨通入压缩空气；


④把A、B两滑块放到导轨上，并给它们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为Δt＝0. 2 s，照片如图所示。





结合实验过程和图像分析知：该图像是闪光4次摄得的照片，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0～80 cm刻度范围内； 第一次闪光时，滑块A恰好通过x＝55 cm处，滑块B恰好通过x＝70 cm处； 碰撞后有一个滑块处于静止状态。 设向右为正方向，试分析：滑块碰撞时间发生在第一次闪光后______s，碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和为______kg·m/s，碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和为______kg·m/s。


4. 如图所示是用来验证动量守恒定律的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点正下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高。将球1拉至A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞。碰后球1向左最远可摆至B点，球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出弹性球1和2的质量m1、m2（m1＞m2），A点离水平桌面的距离为a，B点离水平桌面的距离为b。此外：





（1）还需要测量的量是______、______和______。


（2）根据测量的数据，该实验中动量守恒定律的表达式为______________。（忽略小球的大小）


5. 为了验证动量守恒定律（探究碰撞中的不变量），某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：


步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；


步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；





步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；


步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示。





（1）由图乙分析可知，滑块A与滑块B碰撞置________。


A. 在P5、P6之间 B. 在P6处 C. 在P6、P7之间


（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是________。


①A、B两个滑块的质量m1和m2


②滑块A释放时距桌面的高度


③频闪照相的周期


④照片尺寸和实际尺寸的比例


⑤照片上测得的x45、x56和x67、x78


⑥照片上测得的x34、x45、x56和x67、x78、x89


⑦滑块与桌面间的动摩擦因数


写出验证动量守恒的表达式______________________________________。


（3）请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：____________。


6. 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、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计）。





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的左端至挡板C的距离L1；


e. 按下电钮放开卡销，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滑块分别碰撞挡板C、D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）作用前A、B两滑块质量与速度乘积之和为 ；作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为 。


（3）作用前后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等，产生误差的原因有_______________________________________________（至少答出两点）。














验证动量守恒定律同步练习参考答案





1.【答案】C


【解析】第一次碰撞速度交换，是完全弹性碰撞，动量守恒，机械能守恒，从甲球开始下落到乙球上升到最高点过程中动量不守恒；第二次碰后两球粘合在一起运动，属于完全非弹性碰撞，动量守恒，机械能损失最大，机械能不守恒，故选项C正确。


2.【答案】（1）甲 （2）AD


【解析】（1）甲图用来验证动量守恒，乙图用来验证机械能守恒。


（2）由甲、乙两实验的原理知A、D正确；由于乙实验中打点计时器本身就有计时功能，与纸带相连的重物受重力方向竖直向下，故不需要记录时间和使用重垂线，B、C错误。


3.【答案】0. 1 －0. 2 －0. 2


【解析】碰撞后A向左做匀速运动，设其速度为v′A，


有v′A·Δt＝20 cm，


碰撞到第二次闪光时A向左运动10 cm，设时间为t′，


有v′A·t′＝10 cm，


设第一次闪光后到发生碰撞的时间为t，


有t＋t′＝Δt，


解得t＝＝0. 1 s。


设向右为正方向，碰撞前A的速度大小为vA＝m/s＝0. 5 m/s，


B的速度为vB＝－m/s＝－1 m/s，


则碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和为p1＝mAvA＋mBvB＝0. 2×0. 5 kg·m/s－0. 3×1 kg·m/s＝－0. 2 kg·m/s。


碰撞后，B静止，A的速度为v′A＝－m/s＝－1 m/s，


则碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和为p2＝mAv′A＝－0. 2×1 kg·m/s＝－0. 2 kg·m/s。


以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是碰撞前、后两滑块的质量与速度乘积之和。


4. 【答案】（1）C点与桌子边缘间的水平距离c 立柱高h 桌面高H


（2）2m1＝2m1＋m2


【解析】（1）要验证动量守恒定律，就需要知道碰撞前后的总动量，可通过平抛运动的分位移公式求解碰撞后球2的速度，所以要测量C点与桌子边缘间的水平距离c、立柱高h和桌面高H。


（2）球1从A处下摆过程中只有重力做功，机械能守恒，根据机械能守恒定律，有m1g（a－h）＝m1v12，


碰撞后球1上升到最高点的过程中，机械能守恒，根据机械能守恒定律，有m1g（b－h）＝m1v22，


该实验中动量守恒的表达式为m1v1＝m1v2＋m2v3，


碰后对球2有h＋H＝gt2，c＝v3t。


联立解得2m1＝2m1＋m2。


5.【答案】（1）B （2）①⑥ m1（x45＋2x56－x34）＝（m1＋m2）·（2x67＋x78－x89） （3）将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动（其他合理答案也可）


【解析】（1）由题图可得x12＝3. 00 cm， x23＝2. 80 cm，x34＝2. 60 cm，x45＝2. 40 cm，x56＝2. 20 cm，x67＝1. 60 cm，x78＝1. 40 cm，x89＝1. 20 cm。根据匀变速直线运动的特点可知A、B相撞的位置在P6处。


（2）为了探究A、B相撞前后动量是否守恒，就要得到碰撞前后的动量，所以要测量A、B两个滑块的质量m1、m2和碰撞前后的速度。设照相机拍摄时间间隔为T，则P4处的速度为v4＝，P5处的速度为v5＝，因为v5＝，所以A、B碰撞前在P6处的速度为v6＝；同理可得碰撞后AB在P6处的速度为v′6＝。若动量守恒则有m1v6＝（m1＋m2）v′6，整理得m1（x45＋2x56－x34）＝（m1＋m2）（2x67＋x78－x89）。因此需要测量或读取的物理量是①⑥。


（3）若碰撞前后都做匀速运动则可提高实验的精确度。


6.【答案】（1）B的右端至挡板D的距离L2 （2）0 mA－mB （3）见解析


【解析】（1）实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离L2。


（2）设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA＝，vB＝－。


碰前两滑块静止，即v＝0，质量与速度乘积之和为零，碰后两滑块的质量与速度乘积之和为mAvA＋mBvB＝mA－mB。


（3）产生误差的原因：


①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差；


②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；


③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；


④气垫导轨不完全水平。