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    2023届高考一轮复习(老高考)第七章 微专题49 碰撞模型的拓展【解析版】
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    2023届高考一轮复习(老高考)第七章 微专题49 碰撞模型的拓展【解析版】

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    这是一份2023届高考一轮复习(老高考)第七章 微专题49 碰撞模型的拓展【解析版】,共6页。试卷主要包含了碰撞的特点等内容,欢迎下载使用。

    1.新型冠状病毒引发肺炎疫情期间,一些宅在家里久了的朋友有些耐不住寂寞,想要出门逛逛,但是又担心受到感染,因此绞尽脑汁来自我保护.母女俩穿着同款充气“防护服”出来散步,由于两人初次穿充气服,走起路来有些控制不好平衡,所以两人发生了碰撞.若妈妈的质量为3m,女儿的质量为m,且以相同的速率v在光滑水平面上发生相向碰撞,碰撞后妈妈静止不动,则这次碰撞属于( )
    A.弹性碰撞
    B.非弹性碰撞
    C.完全非弹性碰撞
    D.条件不足,无法确定
    答案 A
    解析 设碰撞后女儿的速度为v′,以妈妈运动的方向为正方向,根据动量守恒定律可得3mv-mv=mv′,故碰后女儿的速度为v′=2v,碰前母女俩的总动能为Ek=eq \f(1,2)×3mv2+eq \f(1,2)mv2=2mv2,碰后母女俩的总动能为Ek′=eq \f(1,2)mv′2=2mv2.由于碰撞前后总动能相等,所以母女俩的碰撞为弹性碰撞,故选A.
    2.如图,建筑工地上的打桩过程可简化为:重锤从空中某一固定高度由静止释放,与钢筋混凝土预制桩在极短时间内发生碰撞,并以共同速度下降一段距离后停下来.则( )
    A.重锤质量越大,撞预制桩前瞬间的速度越大
    B.重锤质量越大,预制桩被撞后瞬间的速度越大
    C.碰撞过程中,重锤和预制桩的总机械能保持不变
    D.整个过程中,重锤和预制桩的总动量保持不变
    答案 B
    解析 重锤下落过程中做自由落体运动,根据v0=eq \r(2gh)可知,重锤撞预制桩前瞬间的速度与重锤的质量无关,只与下落的高度有关,选项A错误;取竖直向下为正方向,重锤撞击预制桩的瞬间动量守恒,则由mv0=(m+M)v可知,重锤质量m越大,预制桩被撞后瞬间的速度越大,选项B正确;碰撞过程中,重锤和预制桩的系统要产生内能,总机械能要减小,选项C错误;整个过程中,重锤和预制桩在以共同速度下降的过程中,受合外力不为零,总动量减小,选项D错误.
    3.(多选)如图所示,在光滑的水平地面上,质量为m的小球A正以速度v向右运动.与前面大小相同质量为3m的静止的B球相碰,则碰后A、B两球总动能可能为( )
    A.eq \f(1,8)mv2 B.eq \f(1,16)mv2
    C.eq \f(1,4)mv2 D.eq \f(5,8)mv2
    答案 AC
    解析 若A、B发生的是弹性碰撞,则没有能量的损失,碰后的总动能为eq \f(1,2)mv2,若发生的是损失能量最多的完全非弹性碰撞,取向右为正方向,由动量守恒定律有mv=4mv1,得v1=eq \f(v,4),则碰后两者总动能为Ek=eq \f(1,2)×4m(eq \f(v,4))2=eq \f(1,8)mv2因此,碰后两者总动能范围是eq \f(1,8)mv2≤E总≤
    eq \f(1,2)mv2,A、C正确,B、D错误.
    4.如图所示,质量为4m的光滑物块a静止在光滑水平地面上,物块a左侧面为圆弧面且与水平地面相切,质量为m的滑块b以初速度v0向右运动滑上a,沿a左侧面上滑一段距离后又返回,最后滑离a,不计一切摩擦,滑块b从滑上a到滑离a的过程中,下列说法正确的是( )
    A.滑块b沿a上升的最大高度为eq \f(v\\al(02),5g)
    B.物块a运动的最大速度为eq \f(2v0,5)
    C.滑块b沿a上升的最大高度为eq \f(v\\al(02),2g)
    D.物块a运动的最大速度为eq \f(v0,5)
    答案 B
    解析 b沿a上升到最大高度时,两者速度相等,取向右为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得mv0=(m+4m)v,
    由机械能守恒定律得eq \f(1,2)mv02=eq \f(1,2)(m+4m)v2+mgh,解得h=eq \f(2v\\al(02),5g),A、C错误;滑块b从滑上a到滑离a后,物块a运动的速度最大.系统在水平方向动量守恒,对整个过程,以向右为正方向,由动量守恒定律得mv0=mvb+4mva
    由机械能守恒定律得eq \f(1,2)mv02=eq \f(1,2)mvb2+eq \f(1,2)×4mva2,解得va=eq \f(2,5)v0,vb=-eq \f(3,5)v0,B正确,D错误.
    5.(多选)如图所示,水平面上带有半圆弧槽的滑块N质量为2m,槽的半径为r,槽两侧的最高点等高.将质量为m且可视为质点的小球M由槽右侧的最高点无初速释放,所有接触面的摩擦均可忽略.第一种情况滑块固定不动;第二种情况滑块可自由滑动.下列说法正确的是( )
    A.两种情况下,小球均可运动到左侧最高点
    B.两种情况下,小球滑到圆弧槽最低点时的速度之比为1∶1
    C.第二种情况,小球滑到圆弧槽最低点时圆弧槽的速度为eq \r(\f(1,3)gr)
    D.第二种情况,圆弧槽距离出发点的最远距离为eq \f(2r,3)
    答案 ACD
    解析 当圆弧槽固定时,由机械能守恒定律mgr=mgh可知,h=r,小球M能运动到圆弧槽左侧的最高点;当圆弧槽自由滑动时,对于M、N组成的系统,水平方向动量守恒,小球M从圆弧槽的右端最高点由静止释放时,系统动量为零,设小球M到达左侧最高点的速度为v1,则v1=0,由机械能守恒定律可知,小球M能运动到圆弧槽左侧的最高点,故A正确;当圆弧槽固定时,小球M到最低点时的速度为v0,则由机械能守恒定律得mgr=eq \f(1,2)mv02,解得v0=eq \r(2gr).
    当圆弧槽自由滑动时,设小球M到达最低点时的速率为v,此时圆弧槽的速率为v′,取向左为正方向,根据动量守恒定律得0=mv-2mv′,解得v′=eq \f(v,2)
    根据机械能守恒定律得mgr=eq \f(1,2)mv2+eq \f(1,2)×2mv′2,解得v=eq \r(\f(4,3)gr),v′=eq \r(\f(1,3)gr)
    两种情况下,小球滑到圆弧槽最低点时的速度之比为eq \r(3)∶eq \r(2),B错误,C正确;小球M和圆弧槽组成的系统在水平方向上动量守恒,当小球运动到左侧最高点时,圆弧槽向右运动的位移最大,设圆弧槽向右的最大位移为x,根据动量守恒定律得meq \f(2r-x,t)=2meq \f(x,t),计算得出x=eq \f(2r,3),D正确.
    6.如图所示,质量M=8 kg、倾角θ=30°的光滑斜面体静止在光滑的水平面上,斜面BC与水平面AB通过一小段圆弧平滑连接.质量m=2 kg的物体静止于水平面上的D点,D、B两点间的距离L=10 m.现给物体施加一水平向右的恒力F=10 N,物体运动至B点时立即撤去该恒力,物体恰好能运动到斜面体的最高点C.取重力加速度大小g=10 m/s2.求:
    (1)物体到达B点时的速度大小和物体从D点运动到B点的时间;
    (2)斜面体斜面的长度.
    答案 (1)10 m/s 2 s (2)8 m
    解析 (1)设物体到达B点时的速度大小为vB,物体从D点运动到B点过程中,由动能定理有FL=eq \f(1,2)mvB2
    解得vB=10 m/s
    设物体从D点运动到B点的时间为t,由动量定理有Ft=mvB
    解得t=2 s
    (2)物体在斜面上滑行时,物体与斜面体组成的系统在水平方向动量守恒、机械能守恒,当物体运动到斜面体的最高点时,二者达到共同速度v,设斜面体斜面的长度为x,取向右为正方向,由动量守恒定律有mvB=(m+M)v
    由机械能守恒定律有eq \f(1,2)mv B2=eq \f(1,2)(m+M)v2+mgxsin θ
    解得x=8 m.
    7.如图所示,静止在水平地面上的两小物块A、B之间有一被压缩的微型弹簧,A与其右侧的竖直墙壁距离L=1.5 m.第一次适当压缩微型弹簧,释放后A、B瞬间分离,运动过程中A、B未发生碰撞并同时停止在水平面上;第二次仍在两小物块最初静止的位置紧压微型弹簧,释放后A、B在运动过程中仅发生一次碰撞,且碰撞前瞬间物块A的速度大小为vA=4 m/s.已知两小物块A、B的质量分别为mA=0.2 kg,mB=0.8 kg,A与地面之间的动摩擦因数为μA=0.4,重力加速度g=10 m/s2,A、B运动过程中所涉及的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短.求:
    (1)B与地面之间的动摩擦因数μB;
    (2)A、B在发生碰撞后瞬间的速度大小;
    (3)第二次压紧微型弹簧后弹簧的弹性势能.
    答案 (1)0.1 (2)-0.8 m/s 2.2 m/s (3)6 J
    解析 (1)第一次释放弹簧的瞬间,两物块动量守恒,则mAv0A=mBv0B
    两物块同时停止,则运动时间相等,对物块A,v0A=aAt=μAgt
    对物块B,v0B=aBt=μBgt
    解得μB=0.1
    (2)两物块在水平面上运动的加速度aA=μAg=4 m/s2
    aB=μBg=1 m/s2
    设经过时间t1两物块第一次碰撞,则vA=vA0-aAt1
    vB=vB0-aBt1
    vB0t1-eq \f(1,2)aBt12+2L=vA0t1-eq \f(1,2)aAt12
    其中vA0=4vB0
    解得t1=(eq \r(3)-1) s
    vA0=4eq \r(3) m/s
    vB0=eq \r(3) m/s
    vB=1 m/s
    取向左为正方向,两物块碰撞时满足mAvA+mBvB=mAvA′+mBvB′
    eq \f(1,2)mAvA2+eq \f(1,2)mBvB2=eq \f(1,2)mAvA′2+eq \f(1,2)mBvB′2
    解得vA′=-0.8 m/s,方向向右;
    vB′=2.2 m/s(另一组vA′=4 m/s、vB′=1 m/s不合题意)
    (3)第二次压紧微型弹簧后弹簧的弹性势能Ep=eq \f(1,2)mAvA02+eq \f(1,2)mBvB02=6 J.
    8.(2022·海南海口一中高三月考)光滑水平台左端水平放置一两轮间距d=8.0 m的传送带.可视为质点的滑块a、b之间用细线相连,其间有一处于压缩状态的轻质弹簧(滑块与弹簧不拴接),开始时整个装置处于静止状态.某时刻装置中的细线忽然断开,滑块a、b被弹出,其中滑块a以速度v0=5.0 m/s向左滑上传送带,滑块b沿竖直放置的半径为R=0.1 m的光滑圆形管道做圆周运动,并通过最高点c.已知滑块a、b的质量分别为ma=1.0 kg,mb=2.0 kg,传送带以速度v=1 m/s逆时针匀速转动,滑块a与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2,空气阻力不计,g=10 m/s2.求:
    (1)滑块a、b被弹出时,滑块b的速度大小;
    (2)滑块b通过圆形管道最高点时对管道的压力大小;
    (3)求滑块a从传送带的右端运动到左端所需要的时间.
    答案 (1)2.5 m/s (2)25 N (3)4 s
    解析 (1)滑块a、b被弹开前后,a、b系统动量守恒,由动量守恒定律得mav0=mbvb
    解得vb=2.5 m/s
    (2)滑块b通过圆形管道到最高点c的运动过程,由动能定理得-mbg·2R=eq \f(1,2)mbvc2-eq \f(1,2)mbvb2
    在最高点处,由牛顿第二定律得mbg+Fc=mbeq \f(v\\al(c2),R)
    解得Fc=25 N
    由牛顿第三定律可知滑块b对管道上壁有向上的压力,大小为25 N;
    (3)传送带逆时针转动,滑块在传送带上做匀减速直线运动,设加速度大小为a,匀减速的位移为x,时间为t1,由牛顿第二定律得μmag=maa
    解得a=2 m/s2
    由v2-v02=2(-a)x
    得x=6 m
    由于x代入数据求得t1=2 s
    设匀速运动的时间为t2,则t2=eq \f(d-x,v)
    代入数据求得t2=2 s
    滑块a从传送带的右端运动到左端所需要的时间为t=t1+t2=4 s.
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