高考物理精选考点训练题:动量(3)(解析版).doc
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1、 1 / 14 三、三、专题专题 07 动量(动量(3) 四、计算题: (解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤) 1、如图所示,光滑水平面上有一质量 M=4.0kg 的带有圆弧轨道的小车,车的上表面是一段长 L=1.0m 的粗 糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径 R=0.25m 的 4 1 光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在 O 点相切。车右 端固定一个尺寸可以忽略、处于锁定状态的压缩弹簧,一质量 m=1.0kg 的小物块紧靠弹簧放置,小物块与水 平轨道间的动摩擦因数 =0.50,整个装置处于静止状态。现将弹簧解除锁定,小物块被弹出,恰能到达圆弧 轨道的最高点 A。取 g=10m/s
2、,求: (1)解除锁定前弹簧的弹性势能; (2)小物块第二次经过 O 点时的速度大小。 【解析】 (1)最高点 A 时速度相等,对上滑过程: 系统动量守恒:0=(M+m)V共,解得 V共=0 系统能量守恒:Ep=mgR+mgL, 联立解得:Ep=7.5J (2)对下滑过程: 系统动量守恒:0=mV1-MV2 系统能量守恒:mgR= 2 1 mV12+ 2 1 MV22 联立解得: V1=2.0m/s 【考点】动力学多过程;临界问题 【难度】中等 2、质量为 M=4.0kg 的平板小车静止在光滑的水平面上,如图所示,当 t=0 时,两个质量分别为 mA=2kg、 mB=1kg 的小物体 A、B
3、都以大小为 V0=7m/s、方向相反的水平速度,同时从小车板面上的左右两端相向滑 动。直到它们在小车上停止滑动时都没有相碰,A、B 与小车板面间的动摩擦因数均为 =0.2,取 g=10m/s2。 求: 2 / 14 (1)A 在小车上刚停止滑动时,A 的速度大小。 (2)A、B 在小车上都停止滑动时,小车的速度及此时小车运动的时间。 【解析】 (1)由题意知小车向右运动,因为 A 和 B 的加速度大小相等,所以 A 和车先达到速度相等,选水 平向右为正方向, 对 A 由动量定理知-mAgt1=mAVA-mAV0 , 对小车由动量定理知 (mAg-mBg) t1=MVA-0 联立解得:VA=1.
4、4m/s,t1=2.8s (2)经分析知 A 和 B 都停滑时三者速度相同,选水平向右为正方向 系统动量守恒: mAV0-mBV0=(M+mA+mB)V车 ,解得 V车=1m/s 设小车运动了时间 t 三者速度相同,对 B 由动量定理知: mBgt=mBV车- mB(- V0) ,解得:t=4s 【考点】块板模型 【难度】较难 3、如图所示,光滑水平面上有一质量为 m1=20kg 的小车和质量为 m2=25kg 的平板拖车 B,用松弛的不能伸 长的轻绳连接, 质量m3=15kg的小物块C置于拖车上。 设拖车长度足够长, 物体和拖车间的动摩擦因数=0.2。 对小车 A 作用一个水平向右的冲量,使
5、小车 A 获得 V0=3m/s 的速度,求: (1)当 A、B、C 以相同速度运动时,共同运动的速度是多大? (2)C 在 B 上滑动的距离是多少? 【解析】 (1)ABC 全过程动量守恒:m1V0=(m1+m2+m3)V共,解得:V共=1m/s (2)轻绳绷紧瞬间小物块 C 速度为零,系统机械能损失最大 轻绳绷紧瞬间 AB 动量守恒:m1V0=(m1+m2)V12,V12= 3 4 m/s C 在 B 上相对滑动过程 ABC 能量守恒: 3 / 14 2 1 (m1+m2)V122= 2 1 (m1+m2+m3)V共 2+m 3gd,解得:d= 3 1 m 【考点】动力学多过程;守恒思想 【
6、难度】较难 4、如图所示,一质量为 M 的平板车 B 放在光滑水平面上,在其左端放一质量为 m 的小木块 A(可视为质 点) ,Mm,A、B 间的动摩擦因数为,在平板车右方的水平面上固定一竖直挡板 P。开始时 A、B 以速 度 V0一起向右运动, 某时刻 B 与挡板 P 相撞并立即以原速率反向弹回, 在此后的运动过程中 A 不会滑离 B, 重力加速度为 g。求: (1)A、B 的最终速度; (2)木板的最小长度; (3)小木块 A 离挡板 P 最近时,平板车 B 的最右端距挡板 P 的距离。 【解析】 (1)选水平向左为正方向,从 B 撞挡板后到 AB 相对静止,AB 动量守恒: MV0-mV
7、0 =(M+m)V共, 解得:V共= mM m 0 VM (2)A 在 B 上相对滑动的过程 AB 能量守恒: 2 1 (M+m)V02= 2 1 (M+m)V共 2+mgL,解得: mg 2 2 0 M MV L (3)小木块 A 向右匀减速到速度为零时 A 离挡板 P 最近,A 在 B 上滑动到 VA=0 的过程动量守恒: MV0-mV0 =MVB,解得:VB= 0 m V M M 平板车 B 向左匀减速直线,由动能定理知:-mgx= 2 1 MVB2- 2 1 MV02,解得 x= g2 Vm-2M 2 0 M 【考点】块板模型;三大观点 【难度】较难 5、如图所示,在光滑水平面上静置有
8、质量均为 m 的木板 AB 和光滑 4 1 圆弧滑块 CD,其始端 D 点切线水平 4 / 14 且在木板 AB 上表面内,它们紧靠在一起,一可视为质点的物块 P,质量也为 m,从木板 AB 的右端以初速 度 v0滑上木板 AB,过 B 点时速度为 2 v0 ,此后又滑上滑块 CD,最终恰好能滑到滑块 CD 圆弧的最高点 C 处,已知木板 AB 上表面粗糙,与物块间的动摩擦因数为 ,求: (1)物块滑到 B 处时木板的速度 vAB; (2)木板的最小长度 L; (3)滑块 CD 圆弧的半径 R。 【解析】 (1)选向左为正方向,从 A 到 B 过程 ABC 系统动量守恒: mv0=m 2 v0
9、 +2mVAB,解得:VAB= 4 v0 (2)从 A 到 B 过程 ABC 系统能量守恒: 2 1 mv02= 2 1 m( 2 v0 )2+ 2 1 2m VAB2+mgL,解得:L= g16 5v 2 0 (3)从 D 到 C 过程,物块 P 和滑块 CD 系统水平方向动量守恒: m 2 v0 +m 4 v0 =2mV共,解得:V共= 8 3v0 从 D 到 C 过程,物块和滑块系统能量守恒: 2 1 m( 2 v0 )2+ 2 1 m( 4 v0 )2= 2 1 2m V共 2+mgR, 解得:R= g64 v 2 0 【考点】动力学多过程;守恒思想 【难度】较难 6、如图所示,在水平
10、光滑桌面上放一质量为 M 的玩具小车,在小车的平台(小车的一部分)上有一质量可 忽略的弹簧,一端固定在平台上,另一端用质量为 m 的小球将弹簧压缩一定距离后用细绳捆住。用手将小 车固定在桌面上,然后烧断细绳,小球就被弹出,落在车上 A 点,OA=s。如果小车不固定而烧断细绳,球 将落在车上何处?设小车足够长,球没有落在车外。 5 / 14 【解析】小车固定的过程,小球平抛:s= V1t 小车不固定的过程,系统水平方向动量守恒:0=MV车-mV2 小车不固定的过程,系统能量守恒: 2 1 mV12= 2 1 MV车 2+ 2 1 mV22 小车不固定过程小球落在车上 s =V车t+ V2t 联立
11、解得:V车= m m 1 M M M V ,V2= m 1 M M V,s = M Mm s 【考点】动力学多过程;三大观点 【难度】较难 7、如图所示,质量为 m1=0.5kg 的小物块 P 置于台面上的 A 点并与弹簧的右端接触(不拴接),轻弹簧左端固 定,且处于原长状态。质量 M=lkg 的长木板静置于水平面上,其上表面与水平台面相平,且紧靠台面右端。 木板左端放有一质量 m2=1kg 的小滑块 Q。现用水平向左的推力将 P 缓慢推至 B 点(弹簧仍在弹性限度内), 撤去推力,此后 P 沿台面滑到边缘 C 时速度 V0=10ms,与小车左端的滑块 Q 相碰,最后物块 P 停在 AC 的正
12、中点,Q 停在木板上。已知台面 AB 部分光滑,P 与台面 AC 间动摩擦因数 1=0.1,AC 间距离 L=4m。 Q 与木板上表面间的动摩擦因数 2=0.4,木板下表面与水平面间的动摩擦因数 3=0.1(g 取 10ms2),求: (1)撤去推力时弹簧的弹性势能; (2)长木板运动中的最大速度; (3)长木板的最小长度。 【解析】 (1)小物块从 B 到 C 系统能量守恒:Ep= 2 1 m1V02+1 m1gL,解得:Ep=27J (2)选向右为正方向, PQ 相碰动量守恒:m1V0= m1(-Vp)+ m2VQ, 6 / 14 P 向左匀减速直线,由动能定理知:-1 m1g 2 L =
13、0- 2 1 m1Vp 2 联立解得:VQ =6m/s Q 在木板上向右相对滑动过程,对 Q:-2 m2gt=m2Vmax- m2VQ Q 在木板上向右相对滑动过程,对长木板:2 m2gt-3(M+ m2)gt=MVmax-0 联立解得:t=1s,Vmax=2m/s (3)Q 在木板上向右相对滑动过程:mt VV X Q Q 4 2 max , mt V X1 2 max0 板 长木板的最小长度 d=XQ-X板=3m 【考点】块板模型;三大观点 【难度】较难 8、如图所示,质量为 M 的平板小车静止在光滑的水平地面上,小车左端放一个质量为 m 的木块,小车的 右端固定一个轻质弹簧。现给木块一个
14、水平向右的瞬时冲量 I,木块便沿小车向右滑行,在与弹簧作用后又 沿原路返回,并且恰好能到达小车的左端。试求: (1)木块返回到小车左端时小车的动能; (2)弹簧获得的最大弹性势能 【解析】 (1)对木块由动量定理知 I=mV0 木块相对小车滑动的全过程,系统动量守恒:mV0=(M+m)V共 小车的动能 Ek= 2 1 MV共 2,联立解得: 2 2 m2 k M MI E, m 0 I V (2)从开始到弹簧最短的过程,系统动量守恒:mV0=(M+m)V共 从开始到弹簧最短的过程,系统能量守恒: 2 1 mV02= 2 1 (M+m)V共 2+Ep+Q 摩 7 / 14 木块相对小车滑动的全过
15、程,系统能量守恒: 2 1 mV02= 2 1 (M+m)V共 2+2Q 摩 联立解得: mm4 p 2 M MI E 【考点】块板模型;守恒思想 【难度】较难 9、在粗糙绝缘的水平面上的同一直线上有 A、B、C 三个质量都为 m 的物体(都可视为质点) ,其中物体 C 被固定,其带电量为+Q,它产生的电场在竖直面 MN 的左侧被屏蔽。物体 B 带电量为+q,恰好处在被屏蔽 区边缘;物体 A 不带电。此时 A、B 均静止,它们相距 l1,B 与 C 相距 l2。现对位于 P 点的物体 A 施加一 水平向右的瞬时冲量,A 在向右运动过程中与 B 碰撞后粘连(碰撞时间极短) ,并进入电场区前进了
16、l(l l2)的距离时,由于物体 C 排斥作用而折回,再次进入被屏蔽区后恰好也前进了 l 距离时静止。已知物体 A、 B 与整个水平面间的动摩擦因数都为 ,求:最初在 P 点时对物体 A 施加的瞬时冲量的大小。 (竖直面 MN 不影响物体在两区域间穿行,忽略带电体在 MN 左侧被屏蔽区域受到的一切电场力) 【解析】对 A 由动量定理知 I=mV0-0 A 和 B 碰撞前,对 A 由动能定理知:mgl1= 2 1 mV12- 2 1 mV02 A 和 B 碰撞过程动量守恒:mV1=2mV2 从 A 和 B 碰撞到静止的全过程,由动能定理知:2mg3l0 2 1 2m V2 2 联立解得:I=m(
17、24gl +2gl 1) 2 1 【考点】动量守恒;动能定理 【难度】中等 10、如图所示,半径 R=0.5m 的光滑半圆轨道竖直固定在高 h=O.8m 的光滑水平台上并与平台平滑连接,平 8 / 14 台 CD 长 L=1.2m。平台上有一用水平轻质细线栓接的完全相同的物块 m1和 m2组成的装置 Q,Q 处于静止 状态。装置 Q 中两物块之间有一处于压缩状态的轻质小弹簧(物块与弹簧不栓接) 。某时刻装置 Q 中细线断 开,待弹簧恢复原长后,m1、m2两物块同时获得方向相反的水平速度,m1经半圆轨道的最高点 A 后,落 在水平地面上的 M 点,m2落在水平地面上的 P 点。 已知 ml=m2
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