最新高中物理動量定理試題有答案和解析

1、最新高中物理動量定理試題(有答案和解析)一、高考物理精講專題動量定理1.如圖1所示，水平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的第一象限有磁場分布，方向垂直于水平面向下， 磁感應(yīng)強度沿y軸方向沒有變化，與橫坐標(biāo)x的關(guān)系如圖2所示，圖線是雙曲線(坐標(biāo)是漸近線)；頂角=53。的光滑金屬長導(dǎo)軌 MON固定在水平面內(nèi)，ON與x軸重合，一根與ON垂直的長導(dǎo)體棒在水平向右的外力作用下沿導(dǎo)軌MON向右滑動，導(dǎo)體棒在滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌良好接觸，已知t=0時，導(dǎo)體棒位于頂角 O處；導(dǎo)體棒的質(zhì)量為 m=4kg；OM、ON接觸處O點的接觸電阻為 R=0. 5Q,其余電阻不計，回路電動勢E與時間t的關(guān)系如圖3所示，圖線是過原點的直線

2、，求：(2)在1(2)在12s時間內(nèi)導(dǎo)體棒所受安培力的沖量大小;(3)導(dǎo)體棒滑動過程中水平外力F (單位：N)與橫坐標(biāo)x (單位：m)的關(guān)系式.32 【答案】(1) 8A (2) 8N S (3) F 6 V3x9【解析】【分析】【詳解】(1)根據(jù)E-t圖象中的圖線是過原點的直線特點，可得到t=2s時金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E 4V由歐姆定律得12 A 8AR 0.5(2)由圖2可知，Bx 1(T m)由圖3可知，E與時間成正比，有E=2t (V)I - 4tR TOC o 1-5 h z 一 . 4x因二53 ,可知任意t時刻回路中導(dǎo)體棒有效切割長度L 又由F安BIL所以即安培力跟時間成正比

3、所以在12s時間內(nèi)導(dǎo)體棒所受安培力的平均值16 32F 3_3 N 8N2故I安 F t 8N s(3)因為vE BLv 4Bx -3所以v 1.5t(m/s)可知導(dǎo)體棒的運動時勻加速直線運動，加速度a 1.5m/s22 一又x -at ,聯(lián)立解得F 6 32 與9【名師點睛】本題的關(guān)鍵首先要正確理解兩個圖象的數(shù)學(xué)意義，運用數(shù)學(xué)知識寫出電流與時間的關(guān)系, 要掌握牛頓運動定律、閉合電路毆姆定律，安培力公式、感應(yīng)電動勢公式.如圖所示，固定在豎直平面內(nèi)的 4光滑圓弧軌道 AB與粗糙水平地面 BC相切于B點。質(zhì)量m0.1kg的滑塊甲從最高點 A由靜止釋放后沿軌道 AB運動，最終停在水平地面上的C點?，F(xiàn)

4、將質(zhì)量 m=0.3kg的滑塊乙靜置于 B點,仍將滑塊甲從 A點由靜止釋放結(jié)果甲在 B點 與乙碰撞后粘合在一起，最終停在D點。已知B、C兩點間的距離 X=2m,甲、乙與地面間的 動摩擦因數(shù)分別為=0.4、收=0.2，取g=10m/sz,兩滑塊均視為質(zhì)點。求：(1)圓弧軌道AB的半徑R;(2)甲與乙碰撞后運動到D點的時間t【解析】(1)甲從B點運動到C點的過程中做勻速直線運動，有：VB2=2aixi；根據(jù)牛頓第二定律可得： 對甲從A點運動到B點的過程，根據(jù)機械能守恒: 解得 VB=4m/s； R=0.8m ；(2)對甲乙碰撞過程，由動量守恒定律：用1刃? =帛；若甲與乙碰撞后運動到D點，由動量定理

5、：=+ 解得t=0.4s.甲圖是我國自主研制的 200mm離子電推進系統(tǒng)，已經(jīng)通過我國 實踐九號衛(wèi)星空間飛行試驗驗證，有望在 2015年全面應(yīng)用于我國航天器.離子電推進系統(tǒng)的核心部件為離子推 進器，它采用噴出帶電離子的方式實現(xiàn)飛船的姿態(tài)和軌道的調(diào)整，具有大幅減少推進劑燃 料消耗、操控更靈活、定位更精準等優(yōu)勢.離子推進器的工作原理如圖乙所示，推進劑氤 原子P噴注入腔室C后，被電子槍 G射出的電子碰撞而電離，成為帶正電的氤離子.氤離 子從腔室C中飄移過柵電極 A的速度大小可忽略不計，在柵電極A、B之間的電場中加速，并從柵電極 B噴出.在加速氤離子的過程中飛船獲得推力.已知柵電極A、B之間的電壓為U

6、,氤離子的質(zhì)量為 m、電荷量為q.(1)將該離子推進器固定在地面上進行試驗.求氤離子經(jīng)A、B之間的電場加速后，通過柵電極B時的速度v的大?。?2)配有該離子推進器的飛船的總質(zhì)量為M,現(xiàn)需要對飛船運行方向作一次微調(diào)，即通過推進器短暫工作讓飛船在與原速度垂直方向上獲得一很小的速度A y此過程中可認為氤離子仍以第(1)中所求的速度通過柵電極 B.推進器工作時飛船的總質(zhì)量可視為不變.求 推進器在此次工作過程中噴射的氤離子數(shù)目N.(3)可以用離子推進器工作過程中產(chǎn)生的推力與A、B之間的電場對氤離子做功的功率的比值S來反映推進器工作情況.通過計算說明采取哪些措施可以增大S,并對增大S的實際意義說出你的看法

7、.【答案】(1) u二J二一(2)八 (3)增大S可以通過減小q、U或增大m的方法.提高該比值意味著推進器消耗相同的功率可以獲得更大的推力.【解析】試題分析：(1)根據(jù)動能定理有qU二三幅一解得：二M A v=Nmv(2)在與飛船運動方向垂直方向上，根據(jù)動量守恒有:M A v=Nmv(3)設(shè)單位時間內(nèi)通過柵電極(3)設(shè)單位時間內(nèi)通過柵電極A的氤離子數(shù)為n,在時間t內(nèi)，離子推進器發(fā)射出的氤離子個數(shù)為N nt,設(shè)氤離子受到的平均力為F ,對時間t內(nèi)的射出的氤離子運用動量定理，F(xiàn) t Nmv ntmv, F = nmv根據(jù)牛頓第三定律可知，離子推進器工作過程中對飛船的推力大小F=F = nmv電場對

8、氤離子做功的功率 P= nqU根據(jù)上式可知：增大 S可以通過減小q、U或增大m的方法. 提高該比值意味著推進器消耗相同的功率可以獲得更大的推力.(說明：其他說法合理均可得分)考點：動量守恒定律；動能定理；牛頓定律.如圖所示，木塊 A和四分之一光滑圓軌道 B靜置于光滑水平面上，A、B質(zhì)量mA= mB=2.0kg o現(xiàn)讓A以v0=4m/s的速度水平向右運動，之后與墻壁發(fā)生彈性碰撞(碰撞過程 中無機械能損失)，碰撞時間為 t=0.2so取重力加速度 g=10m/s2.求：A與墻壁碰撞過程中，墻壁對木塊平均作用力的大??；A滑上圓軌道B后，到達最大高度時與B的共同速度大小.【答案】(1) F= 80N

9、(2) vi = 2m/s【解析】【詳解】以水平向左為正方向，A與墻壁碰撞過程，無機械能能損失，則以原速率彈回，對 A,由動量定理得：Ft=mAv。-mA? ( - vo),代入數(shù)據(jù)解得：F= 80N;A滑上圓軌道B后到達最大高度時，AB速度相等，設(shè) A、B的共同速度為v,系統(tǒng)在水 平方向動量守恒，以向左為正方向，由動量守恒得：mAvo= ( mA+mB)vi ,代入數(shù)據(jù)解得：vi = 2m/s ；.質(zhì)量為m=0.2kg的小球豎直向下以 v=6m/s的速度落至水平地面，再以v2=4m/s的速度反向彈回，小球與地面的作用時間t=0.2s,取豎直向上為正方向，(取g=10m/s2).求(1)小球與

10、地面碰撞前后的動量變化？(2)小球受到地面的平均作用力是多大？【答案】(1) 2kg?m/s ,方向豎直向上；(2) 12N.【解析】(1)取豎直向上為正方向，碰撞地面前小球的動量Pi mvi1.2kg.m/ s碰撞地面后小球的動量 p2 mv2 0.8kg.m/ s小球與地面碰撞前后的動量變化p p2 p1 2kg.m/s 方向豎直向上(2)小球與地面碰撞，小球受到重力 G和地面對小球的作用力 F,由動量定理 F G t p得小球受到地面的平均作用力是F=12N.如圖所示，質(zhì)量為 m=0.5kg的木塊，以vo=3,Om/s的速度滑上原來靜止在光滑水平面上 的足夠長的平板車，平板車的質(zhì)量M=2

11、.0kg。若木塊和平板車表面間的動摩擦因數(shù)斤0. 3,重力加速度 g=10m/s2,求：m而加行插用指前謂出意;塔萬(1)平板車的最大速度；(2)平板車達到最大速度所用的時間.【答案】(1) 0.6m/s (2) 0.8s【解析】【詳解】(1)木塊與平板車組成的系統(tǒng)動量守恒，以向右為正方向，由動量守恒定律得：mv0=(M+m) v,解得:v=0.6m/s(2)對平板車，由動量定律得：mg=Mv解得:t=0.8s.如圖甲所示，足夠長光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ處在同一斜面內(nèi)，斜面與水平面間的夾角9 30,兩導(dǎo)軌間距d=0.2 m,導(dǎo)軌的N、Q之間連接一阻值 R=0.9 的定值電阻。金屬桿ab的電阻r=

12、0.1 R質(zhì)量m=20 g,垂直導(dǎo)軌放置在導(dǎo)軌上。整個裝置處在垂直于斜面向上的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.5 To現(xiàn)用沿斜面平行于金屬導(dǎo)軌的力F拉著金屬桿ab向上運動過程中，通過 R的電流i隨時間t變化的關(guān)系圖像如圖乙所示。不計其它 電阻，重力加速度 g取10 m/s2。a乙求金屬桿的速度v隨時間t變化的關(guān)系式；(2)a乙求金屬桿的速度v隨時間t變化的關(guān)系式；(2)請作出拉力F隨時間t的變化關(guān)系圖像；(3)求01 s內(nèi)拉力F的沖量?！敬鸢浮?1) v 5t (2)圖見解析；(3) If【解析】0.225 N s【詳解】(1)設(shè)瞬時感應(yīng)電動勢為 由法拉第電磁感應(yīng)定律：e,回路中感應(yīng)電

13、流為e Bdvi,金屬桿ab的瞬時速度為v。閉合電路的歐姆定律:由乙圖可得，i 0.5t 由乙圖可得，i 0.5t 聯(lián)立以上各式得：v5t(2) ab沿導(dǎo)軌向上運動過程中，由牛頓第二定律,F Bid mg sin ma得:由第(2) ab沿導(dǎo)軌向上運動過程中，由牛頓第二定律,F Bid mg sin ma得:由第(1)問可得，加速度a 5m /s2聯(lián)立以上各式可得：F 0.05t 0.2(3)對金屬棒ab,由動量定理可得:If mgtsin Bldtmv由第(1)If mgtsin Bldtmv由第(1)問可得:t 1 s時，v = 5 m/s聯(lián)立以上各式，得:If 0.225 N s1 N

14、s= 0.225 N s1 1 N s= 0.225 N s另解：由F-t圖像的面積可得If 1(0.2 0.25).質(zhì)量為60 kg的建筑工人，不慎從高空跌下，由于彈性安全帶的保護，使他懸掛起來；已知彈性安全帶的緩沖時間是 1.2 s,安全帶長5 m,(安全帶伸長量遠小于其原長)不計 空氣阻力影響，g取10 m/s2。求：人向下減速過程中，安全帶對人的平均作用力的大小及 方向?！敬鸢浮?00N,方向：豎直向上【解析】【詳解】選取人為研究對象，人下落過程有：代入數(shù)據(jù)解得：v=10 m/s , 緩沖過程由動量定理有：（F-mg）v2=2gh,t=mv,到/曰 l mv60 10斛得：F mg （

15、t1.2【答案】100N,方向：豎直向上【解析】【詳解】選取人為研究對象，人下落過程有：代入數(shù)據(jù)解得：v=10 m/s , 緩沖過程由動量定理有：（F-mg）v2=2gh,t=mv,到/曰 l mv60 10斛得：F mg （t1.2則安全帶對人的平均作用力的大小為60 10) N 1100N1100N,方向豎直向上。9.質(zhì)量為2kg的球，從4.05m高處自由下落到水平鋼板上又被豎直彈起，彈起后能達到的最大高度為3.2m ,如果球從開始下落到彈起并達到最大高度所用時間為 氣阻力（g取10m/s2）,求小球?qū)︿摪宓淖饔昧Φ拇笮『头较?【答案】700N【解析】【詳解】1.75s,不考慮空物體從下落

16、到落地過程中經(jīng)歷的時間為t1 ,從彈起到達到最高點經(jīng)歷的時間為t則有:可得:h1t20.9s,球與鋼板作用的時間:t1 t21.750.9 0.8s 0.05s由動量定理對全過程可列方程:mg* F t可得鋼板對小球的作用力FmgM 2 100.05175、一.N 700N ,萬向豎直向上.10.如圖所示，在粗糙的水平面上0.5a1.5a區(qū)間放置一探測板（a 史v0 ）。在水平面qB的上方存在水平向里，磁感應(yīng)強度大小為 B的勻強磁場，磁場右邊界離小孔O距離為a,位于水平面下方離子源 C飄出質(zhì)量為 m,電荷量為q,初速度為0的一束負離子，這束離子經(jīng)2mv2電勢差為U 的電場加速后，從小孔 O垂直

17、水平面并垂直磁場射入磁場區(qū)域，t時9q間內(nèi)共有N個離子打到探測板上。(1)求離子從小孔 O射入磁場后打到板上的位置。(2)若離子與擋板碰撞前后沒有能量的損失，則探測板受到的沖擊力為多少？(3)若射到探測板上的離子全部被板吸收，要使探測板不動，水平面需要給探測板的摩擦 力為多少？.3Nmv0萬向水平向左3t【答案】(1).3Nmv0萬向水平向左3t3t【解析】(1)【解析】(1)在加速電場中加速時據(jù)動能定理:qU 1mv2,22代入數(shù)據(jù)得v2 Vo32在磁場中洛侖茲力提供向心力：qvB m上,所以半徑rrmv2mv02qB2在磁場中洛侖茲力提供向心力：qvB m上,所以半徑rrmv2mv02qB

18、 a3qB 30,3a3所以 OB OAtan600a ,離子離開磁場后打到板的正中間。(2)設(shè)板對離子的力為F ,垂直板向上為正,根據(jù)動量定理：FtFt. .一0. .一02 .Nmvsin30Nmvsin30- Nmv03F=2Nmv03t根據(jù)牛頓第三定律，探測板受到的沖擊力大小為2Nmv0,方向豎直向下。3t(3)若射到探測板上的離子全部被板吸收，板對離子水平方向的力為T,根據(jù)動量定理:0, 3. 3Nmv0Tt Nmvcos30 Nmv0, T=33t離子對板的力大小為3NmVo ,方向水平向右。3t所以水平面需要給探測板的摩擦力大小為石NmVo ,方向水平向左。3t11.小物塊電量為+q,質(zhì)量為m,從傾角為。的光滑斜面上由靜止開始下滑，斜面高度為h,空間中充滿了垂直斜面勻強電場，強度為E,重力加速度為g,求小物塊從斜面頂端滑到底端的過程中(1)電場的沖量.(2)小物塊動量的變化量.【解析】(2) (2)小物塊動量的變化量.【解析】(2) mJ2g