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1、【优化设计】2015-2016学年高中物理 第十六章 动量守恒定律测评B 新人教版选修3-5 (高考体验卷)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)1.(2014浙江自选)如图所示,甲木块的质量为m1,以v的速度沿光滑水平地面向前运动,正前方有一静止的、质量为m2的乙木块,乙上连有一轻质弹簧。甲木块与弹簧接触后()A.甲木块的动量守恒B.乙木块的动量守恒C.甲、乙两木块所组成系统的动量守恒D.甲、乙两木块所组成系统的动能守恒解析:甲木块与弹簧接触后,甲木块或乙木块所受的合力均不为零,
2、动量不守恒,A、B两项错误;甲、乙两木块组成的系统受到的合力为零,系统的动量守恒,C项正确;甲、乙两木块及弹簧组成的系统机械能守恒,故两木块组成的系统机械能不守恒,D项错误。答案:C2.(2013福建理综)将静置在地面上,质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空,在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程重力和空气阻力的影响,则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是()A.v0B.v0C.v0D.v0解析:设火箭模型获得的速度大小为v,由题意可知,火箭在喷气过程中,火箭和喷出气体系统的动量守恒,根据动量守恒定律可得(M-m)v-mv0=0,解得v=,选项D正确。答案:
3、D3.(2012福建理综)如图,质量为M的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶,一质量为m的救生员站在船尾,相对小船静止。若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中,则救生员跃出后小船的速率为()A.v0+vB.v0-vC.v0+(v0+v)D.v0+(v0-v)解析:设水平向右为正方向,根据动量守恒定律,对救生员和船有(M+m)v0=-mv+Mvx,解得vx=v0+(v0+v)。答案:C4.(2012重庆理综)质量为m的人站在质量为2m的平板小车上,以共同的速度在水平地面上沿直线前行,车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比。当车速为v0时,人从车上以相对于地面大小为v0的速度水平向后
4、跳下。跳离瞬间地面阻力的冲量忽略不计,则能正确表示车运动的v-t图象为()解析:人跳离车瞬间,人车水平方向动量守恒,则(m+2m)v0=2mv-mv0,解得v=2v0,故只有选项B正确。答案:B5.(2014福建理综)一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置,由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化,则分离后卫星的速率v1为()A.v0-v2B.v0+v2C.v0-v2D.v0+(v0-v2)解析:由动量守恒定律得(m1+m2)v0=m1v1+m2v2得v1=v0+(v0-v
5、2)。答案:D6.(2012大纲全国理综)如图,大小相同的摆球A和B的质量分别为m和3m,摆长相同,并排悬挂,平衡时两球刚好接触,现将摆球A向左拉开一小角度后释放。若两球的碰撞是弹性的,下列判断正确的是()A.第一次碰撞后的瞬间,两球的速度大小相等B.第一次碰撞后的瞬间,两球的动量大小相等C.第一次碰撞后,两球的最大摆角不相同D.发生第二次碰撞时,两球在各自的平衡位置解析:由于两球发生弹性碰撞,故系统动量、机械能均守恒,则mv=3mvB+mvA,mv2=3m,由两式联立解得vA=-v,vB=v,故选项A正确;由前面求得速度可知第一次碰后pA=-mv,pB=mv,故选项B错误;由于第一次碰后,|
6、vA|=|vB|,根据机械能守恒可知两球可到达相同高度即摆角相同,选项C错误;因两球摆长相同,根据T=2知,两球同时到达各自平衡位置发生第二次碰撞,选项D正确。答案:AD7.(2014大纲全国理综)一中子与一质量数为A(A1)的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止,则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为()A.B.C.D.解析:设中子质量为m,则与之碰撞的原子核的质量为Am,碰撞前中子的速度大小为v0,碰撞后中子的速度为v1,碰后原子核的速度为v2,碰撞过程满足动量守恒定律,有mv0=mv1+Amv2,由于发生弹性正碰,根据机械能守恒有Am,联立解得v1=v0,则v1速度大小为|v1|=v0,可得,
7、A项正确。答案:A8.(2010福建理综)如图所示,一个木箱原来静止在光滑水平面上,木箱内粗糙的底板上放着一个小木块。木箱和小木块都具有一定的质量。现使木箱获得一个向右的初速度v0,则()A.小木块和木箱最终都将静止B.小木块最终将相对木箱静止,二者一起向右运动C.小木块在木箱内壁将始终来回往复碰撞,而木箱一直向右运动D.如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止,则二者将一起向左运动解析:由于小木块和木箱之间存在相互的摩擦力,所以二者最终应相对静止。由于小木块和木箱组成的系统所受合力为零,所以系统动量守恒。由于系统初始动量方向向右,所以系统的末动量也一定方向向右,选项B正确。答案:B9.(20
8、11全国理综)质量为M、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,小物块与箱子底板间的动摩擦因数为,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,则整个过程中,系统损失的动能为()A.mv2B.v2C.NmglD.Nmgl解析:设系统损失的动能为E,根据题意可知,整个过程中小物块和箱子构成的系统满足动量守恒和能量守恒,则有mv=(M+m)vt(式)、mv2=(M+m)+E(式),由联立解得E=v2,可知选项A错误,B正确;又由于小物块与箱子壁碰撞为弹性碰撞,则损
9、耗的能量全部用于摩擦生热,即E=Nmgl,选项C错误,D正确。答案:BD10.(2014重庆理综)一弹丸在飞行到距离地面5 m高时仅有水平速度v=2 m/s,爆炸成为甲、乙两块水平飞出,甲、乙的质量比为31。不计质量损失,重力加速度g取10 m/s2,则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是()解析:弹丸爆炸过程遵守动量守恒,若爆炸后甲、乙同向飞出,则有2m=mv甲+mv乙;若爆炸后甲、乙反向飞出,则有2m=mv甲-mv乙;或2m=-mv甲+mv乙;爆炸后甲、乙从同一高度做平抛运动,由选项A中图可知,爆炸后甲、乙向相反方向飞出,下落时间t= s=1 s,速度分别为v甲= m/s=2.5 m/s
10、,v乙= m/s=0.5 m/s,代入式不成立,A项错误;同理,可求出选项B、C、D中甲、乙的速度,分别代入式、式、式可知,只有B项正确。答案:B二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)11.(6分)(2013上海单科)质量为M的物块静止在光滑水平桌面上,质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后,以水平速度射出。则物块的速度为,此过程中损失的机械能为。解析:由动量守恒定律得mv0=mv0+Mv,解得v=,此过程损失的机械能为E=-m()2+Mv2=。答案:12.(10分)(2014课标全国)现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑
11、块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。图(a)实验测得滑块A的质量m1=0.310 kg,滑块B的质量m2=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm;打点计时器所用交变电流的频率f=50.0 Hz。将光电门固定在滑块B的右侧,启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为tB=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。图(b)若实验允许的相对误差绝对值(100%)最大为5%,本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律?写
12、出运算过程。解析:按定义,物块运动的瞬时速度大小v为v=式中s为物块在很短时间t内走过的路程。设纸带上打出相邻两点的时间间隔为tA,则tA=0.02 stA可视为很短,设A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1。将式和图给实验数据代入式得v0=2.00 m/sv1=0.970 m/s设B在碰撞后的速度大小为v2,由式有v2=代入题给实验数据得v2=2.86 m/s设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p,则p=m1v0p=m1v1+m2v2两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为p=|100%联立式并代入有关数据,得p=1.7%5%因此,本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。答案:见解
13、析三、解答题(本题共3小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(14分)(2013广东理综)如图所示,两块相同平板P1、P2置于光滑水平面上,质量均为m。P2的右端固定一轻质弹簧,左端A与弹簧的自由端B相距L。物体P置于P1的最右端,质量为2m且可看作质点。P1与P以共同速度v0向右运动,与静止的P2发生碰撞,碰撞时间极短,碰撞后P1与P2粘连在一起。P压缩弹簧后被弹回并停在A点(弹簧始终在弹性限度内)。P与P2之间的动摩擦因数为。求:(1)P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2;(2)此过程中弹簧的最大
14、压缩量x和相应的弹性势能Ep。解析:(1)P1和P2构成的系统碰撞前后动量守恒mv0=2mv1v1=P停在A点后,它们的共同速度为v2,则由动量守恒:3mv0=4mv2v2=v0。(2)由功能关系:-2mg2(L+x)=(2m+2m)-(2m2m)x=-L弹簧压缩最大时,P、P1和P2共同速度为v3由动量守恒:3mv0=4mv3v3=v0弹簧压缩最大时,系统的动能与P最后停在P2上后的系统动能相同。由功能关系:2mg(L+x)=EpEp=。答案:(1)(2)-L14.(14分)(2014安徽理综)在光滑水平地面上有一凹槽A,中央放一小物块B,物块与左右两边槽壁的距离如图所示,L为1.0 m,凹
15、槽与物块的质量均为m,两者之间的动摩擦因数为0.05。开始时物块静止,凹槽以v0=5 m/s初速度向右运动,设物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失,且碰撞时间不计。g取10 m/s2。求:(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度;(2)从凹槽开始运动到两者相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数;(3)从凹槽开始运动到两者刚相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小。解析:(1)设两者间相对静止时速度为v,由动量守恒定律得mv0=2mvv=2.5 m/s。(2)物块与凹槽间的滑动摩擦力Ff=FN=mg设两者相对静止前相对运动的路程为s1,由能量守恒得(m+m)v2=Ffs1,得s1=12.5 m已知L=1 m,可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞。(3)设凹槽与物块碰前的速度分别为v1、v2,碰后的速度分别为v1、v2。有mv1+mv2=m
