2022届新高考物理一轮复习 夯基考点检测 专题七 碰撞与动量守恒

这是一份2022届新高考物理一轮复习 夯基考点检测 专题七 碰撞与动量守恒，共17页。试卷主要包含了5 N C，6 kg等内容，欢迎下载使用。
专题七　碰撞与动量守恒

考点1 动量、冲量、动量定理　　　　　　　　　　　　　　　　
1.[生产生活实践问题情境——暴雨撑伞]如果没有空气阻力,天上的云变成雨之后落到地面,在经过一路的加速后,到达地面时的速度会达到300 m/s,这样的速度基本相当于子弹速度的一半,是非常可怕的.由于空气阻力的作用,雨滴经过变加速运动,最终做匀速运动,一般而言,暴雨级别的雨滴落地时的速度为8~9 m/s.某次下暴雨时李明同学恰巧撑着半径为0.5 m的雨伞(假设伞面水平,雨水的平均密度为0.5 kg/m3),由于下雨使李明增加撑雨伞的力最小约为 (　　)
A.0.25 N B.2.5 N C.25 N D.250 N
2.[2021安徽名校高三联考]如图所示为某飞船与空间站对接时的示意图.已知空间站的质量为9.8×104 kg,飞船受到推进器的推力F为500 N,飞船与空间站对接后,推进器工作20 s,飞船和空间站的速度增加0.1 m/s,则(　　)

A.对接前后,飞船和空间站的动量守恒
B.推进过程中,飞船对空间站的冲量与空间站对飞船的冲量相同
C.飞船的质量为1.0×103 kg
D.推进过程中,飞船对空间站的推力为490 N
3.[新素材]有一宇宙飞船,它的正面有效面积S=2 m2,以v=3×103 m/s的相对速度飞入一宇宙微粒区.此微粒区1 m3空间中有一个微粒,每一个微粒的平均质量为m=2×10-7 kg,设微粒与飞船外壳碰撞后附着于飞船上,要使飞船速度不变,飞船的牵引力应增加 (　　)
A.3.6×103 N B.3.6 N C.1.2×103 N D.1.2 N
4.[2020山东统考,多选]第二届进博会于2019年11月在上海举办,会上展出了一种乒乓球陪练机器人,该机器人能够根据发球人的身体动作和来球信息,及时调整球拍将球击回,若机器人将乒乓球以原速率斜向上击回,球在空中运动一段时间后落到对方的台面上,忽略空气阻力和乒乓球的旋转,下列说法正确的是 (　　)
A.击球过程合外力对乒乓球做功为零
B.击球过程合外力对乒乓球的冲量为零
C.在上升过程中,乒乓球处于失重状态
D.在下落过程中,乒乓球处于超重状态
5.有一种灌浆机可以持续将某种涂料以速度v喷在墙壁上,其喷射出的涂料产生的压强为p,若涂料打在墙壁上后便完全附着在墙壁上,涂料的密度为ρ,则墙壁上涂料厚度增加的速度u为 (　　)
A.u= B.u= C.u= D.u=

6.拍皮球是大家都喜欢的体育活动,能强身健体.已知皮球质量为m=0.4 kg,为保证皮球每次与地面碰撞后自然跳起的最大高度均为h=1.25 m,小明需每次在球到达最高点时拍球,每次拍球作用的距离为s=0.25 m,使球在离手时获得一个竖直向下、大小为4 m/s的初速度v.若不计空气阻力及球的形变,g取10 m/s2,则每次拍球 (　　)
A.手给球的冲量为1.6 kg· m/s
B.手给球的冲量为2.0 kg· m/s
C.人对球做的功为3.2 J
D.人对球做的功为2.2 J
7.[2021江西南昌高三摸底测试,8分]如图所示,质量m=2 kg的木块静置在水平面上,受到一水平飞行的子弹打击,木块被子弹瞬间击穿后(击穿前后木块质量不变),在水平面上滑行了x=8 m距离后静止.已知木块与水平面间的动摩擦因数μ=0.4,重力加速度g=10 m/s2.求:
(1)木块被击穿后获得的速度大小;
(2)子弹对木块的打击力冲量的大小.


考点2 动量守恒定律
1.[2021江苏南京高三调研]A、B两小球在光滑水平面上发生正碰,小球A的质量为m1=0.2 kg,碰撞前、后两球位置与时间的关系如图所示,由此可以判断(　　)

A.小球B的质量为m2=0.6 kg
B.小球B的质量为m2=0.2 kg
C.碰后小球A和B运动方向相同
D.碰前小球A做加速运动,小球B做匀速运动
2.[2021山东菏泽一模,多选]如图所示,光滑水平面上有一质量为2M、半径为R(R足够大)的圆弧曲面C,质量为M的小球B置于其底端,另一个小球A质量为,小球A以v0=6 m/s的速度向B运动,并与B发生弹性碰撞,不计一切摩擦,小球均视为质点,则 (　　)

A.B的最大速率为4 m/s
B.B运动到最高点时的速率为 m/s
C.B能与A再次发生碰撞
D.B不能与A再次发生碰撞

3.[2020江西吉安高三模拟,多选]质量为M、左右内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上,箱子中间有一质量为m的小物块(可视为质点),小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间,如图所示.现给小物块一水平向右的初速度v,小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间,并与箱子保持相对静止.设碰撞都是弹性的,不计空气阻力,则整个过程中,小物块与箱子组成的系统损失的动能为 (　　)
A.mv2 B.·v2 C.NμmgL D.NμmgL

4.[新题型]如图所示,光滑水平面上停放一个木箱和小车,木箱质量为m,小车和人总质量为M,M:m=4:1,人以速率v沿水平方向将木箱推出,木箱被挡板以原速率反弹回来以后,人接住木箱再以同样大小的速率v第二次推出木箱,木箱又被原速反弹……,则人最多能推木箱的次数为 (　　)
A.2 B.3 C.4 D.1
5.[2021安徽合肥高三调研,10分]如图所示,光滑半圆轨道竖直固定在光滑水平面上,直径MN竖直.刚开始时,小物块P和Q静止,二者间有一被压缩后锁定的轻弹簧(与物块未拴接),弹簧锁定时的弹性势能为9 J.解除锁定(时间极短)后,P、Q将与弹簧分离.已知P、Q的质量均为0.25 kg,半圆轨道的半径R=0.4 m,重力加速度g取10 m/s2,不计一切阻力.
(1)解除锁定后,求P、Q与弹簧分离时的速度大小;
(2)判断Q能否通过半圆轨道的最高点,并说明理由.

考点3 实验:验证动量守恒定律
1.[6分]某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律.实验的主要步骤如下:
①用游标卡尺测量小球A、B的直径d,如图乙所示,用天平测量小球A、B的质量分别为m1、m2;
②用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度,且自然下垂时两球恰好相切,球心位于同一水平线上;
③将球A向左拉起至其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放,与球B碰撞后,测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1,球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2.

(1)小球的直径d=　　　　cm. 
(2)若两球碰撞前后的动量守恒,则其表达式可表示为　　　　(用①、③中测量的量表示). 
(3)完成实验后,实验小组进一步探究.用质量相同的A、B两球重复实验步骤②、③,发现A球与B球碰撞后,A球静止,B球向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角略小于α,由此他们判断A、B两球的碰撞是　　　　(填“弹性碰撞”“非弹性碰撞”或“完全非弹性碰撞”). 
2.[7分]某同学用图甲所示装置通过M、N两弹性小球的碰撞来验证动量守恒定律,图甲中A是斜槽导轨,固定在水平桌面上,斜面BF顶端B点与斜槽导轨的水平末端平滑相接.实验时先使M球从斜槽上某一固定位置静止释放,落到斜面上的记录纸上留下痕迹,重复上述操作10次,得到M球的10个落点痕迹,如图乙所示,刻度尺贴近斜面且零刻度线与B点对齐.再把N球放在斜槽导轨水平末端,让M球仍从原位置静止释放,和N球碰撞后两球分别在斜面记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次.(不考虑小球对斜面的二次碰撞)

(1)为了更精确地做好该实验,对两个碰撞小球的要求是M球的半径　　　　N球的半径,M球的质量　　　　N球的质量.(填“小于”“等于”或“大于”) 
(2)由图乙可得M球不与N球碰撞时在斜面上的平均落点位置到B点的距离为　　　　cm. 
(3)若已知斜面BF的倾角为θ,利用天平测出M球的质量m1,N球的质量m2,利用刻度尺测量平均落点位置C、D、E到B的距离分别为LC、LD、LE,,由上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是　　　　　　　　　.(用所给物理量的字母表示) 
3.[2020山东统考,6分]2019年9月,我国成功完成了76 km/h高速列车实车对撞试验,标志着我国高速列车安全技术达到了世界领先水平.某学习小组受此启发,设计了如下的碰撞实验,探究其中的能量损耗问题,实验装置如图甲所示.
该小组准备了质量分别为0.20 kg、0.20 kg、0.40 kg的滑块A、B、C,滑块A右侧带有自动锁扣,左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连,滑块B、C左侧均带有自动锁扣,打点计时器所接电源的频率f=50 Hz.
调整好实验装置后,在水平气垫导轨上放置A、B两个滑块,启动打点计时器,使滑块A以某一速度与静止的滑块B相碰并粘合在一起运动,纸带记录的数据如图乙所示;用滑块C替代滑块B,重复上述实验过程,纸带数据如图丙所示.
(1)根据纸带记录的数据,滑块A与B碰撞过程中系统损失的动能为　　　　 J,滑块A与C碰撞过程中系统损失的动能为　　　　 J.(计算结果均保留2位有效数字) 
(2)根据实验结果可知,被碰物体质量增大,系统损失的动能　　　　(填“增大”“减小”或“不变”). 


一、选择题(共9小题,54分)　　　　　　　　　　
1.[生产生活实践问题情境——篮球撞击篮板]质量为m的篮球以水平速度大小v撞击竖直篮板后,以水平速度大小v'被弹回,已知v'0,即m1>m2,为了使两球发生正碰,两小球的半径应相同,即r1=r2,故C正确.
(2)碰撞前入射小球的速度v0=,碰撞后入射小球的速度v1=,碰撞后被碰小球的速度v2=,若m1v0=m2v2+m1v1,则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒,整理得m1·=m1·+m2·,因此需要的测量工具有刻度尺和天平,故选A、C.
(3)验证动量守恒定律的实验,必须保证斜槽轨道末端切线水平,斜槽轨道不必要光滑,故A错误,B正确;为保证球的初速度相等,入射球每次都要从同一高度由静止滚下,故C正确;释放点高时,水平位移大,位移测量的相对误差小,故D正确.
(4)根据(2)的解答可知,表达式为m1·=m1·+m2·.
12.(1)　(2)2.5 s
解析:(1) 设小球与滑块碰撞前瞬间的速度大小为v0,碰撞后瞬间的速度大小为v1,根据速度位移公式有
=2gh1(1分)
=2g(h1-h2)(1分)
解得v0=10 m/s, v1=6 m/s
设小球与滑块碰撞后瞬间滑块的速度为v2,取向下为正方向,根据动量守恒定律可得
mv0=Mv2-mv1(1分)
根据能量守恒定律可得m=M+m(1分)
联立解得=,v2=4 m/s(2分).
(2)若滑块质量M=0.9 kg,第一次碰后,对滑块由牛顿第二定律得
Mg-f=Ma (1分)
根据位移关系可得v2t+at2=-v1t+gt2(2分)
解得t=2.5 s(1分).
13.(1)　(2)R
解析:(1)物块第一次在劈A上滑行的过程中,设物块前进的水平距离为x1,劈A后退的距离为x2,所用时间为t1,对于劈A和物块组成的系统,根据水平方向动量守恒,分析有
=(2分)
并且x2+x1=R,解得x2=(2分).
(2)设物块第一次离开劈A时,物块的速度大小为v1,劈A的速度大小为v2,根据系统动量守恒有mv1-2mv2=0(2分)
根据系统机械能守恒,有mgR=m+×2m(2分)
解得v1=(1分)
设物块在劈B上达到的最大高度为h,此时两者的速度大小均为v,根据系统动量守恒有(m+2m)v=mv1(2分)
根据系统机械能守恒有m=(m+2m)v2+mgh(2分)
解得h=R(1分).
14.(1)　(2)　(3)
解析:(1)A在B上滑动的过程中,B、C的速度相同,由于水平面光滑,A、B、C组成的系统动量守恒,有mv0=m+2mv1(2分)
解得v1=v0(1分)
系统动能的减少量等于滑动过程中产生的内能,即
μmgL=m-m()2-(2m)()2(2分)
解得μ=(1分).
(2)A到达C的最高点时A、C达到共同速度v2,从A滑上C到A到达C的最高点的过程中
A与C组成的系统动量守恒,即m+m=2mv2(2分)
A与C组成的系统机械能守恒,即
m()2+m()2=(2m)+mgR(2分)
联立两式可解得R=(2分).
(3)A从滑上C到滑离C的过程中
A与C组成的系统动量守恒,即m+m=mvA+mvC(2分)
A与C组成的系统机械能守恒,即
m()2+m()2=m+m(2分)
联立解得vC=(2分).
15.(1)8 m/s　(2)16 N·s　(3)32 N·s
解析:(1)由动能定理有
mgh0-=m(2分)
解得滑块第一次碰撞挡板前的瞬时速度大小为v1=8 m/s(1分).
(2)由于碰撞过程中无机械能损失,故碰撞后瞬间滑块的速度与碰撞前瞬间的速度等大、反向,由动量定理有I1=2mv1(2分)
解得第一次碰撞过程中挡板对滑块的冲量大小
I1=16 N·s(1分).
(3)滑块在斜面底端以初速度大小v1上滑到所能达到的最高点,由动能定理有-mgh1-=0-m(2分)
滑块再次下滑,由动能定理有
mgh1-=m-0(2分)
解得滑块再次滑到斜面底端时的速度大小为v2=v1=v1(2分)
则第n次滑到斜面底端的速度vn=vn-1=vn-1(2分)
有I=2m(v1+v2+…+vn)(2分)
解得挡板对滑块总的冲量大小I=32 N·s(2分).