高考復(fù)習(xí)二輪專項練習(xí)物理專題分層突破練6動量和能量觀點的應(yīng)用

專題分層突破練6動量和能量觀點的應(yīng)用A組1.(2021福建泉州高三月考)如圖所示,建筑工地上的打樁過程可簡化為重錘從空中某一固定高度由靜止釋放,與鋼筋混凝土預(yù)制樁在極短時間內(nèi)發(fā)生碰撞,并以共同速度下降一段距離后停下來。則()A.重錘質(zhì)量越大,撞預(yù)制樁前瞬間的速度越大B.重錘質(zhì)量越大,預(yù)制樁被撞后瞬間的速度越大C.碰撞過程中,重錘和預(yù)制樁的總機械能保持不變D.整個過程中,重錘和預(yù)制樁的總動量保持不變2.(2021福建高三二模)如圖所示,A車以某一初速度水平向右運動距離l后與靜止的B車發(fā)生正碰,碰后兩車一起運動距離l后停下。已知兩車質(zhì)量均為m,運動時受到的阻力為車重力的k倍,重力加速度為g,碰撞時間極短,則()A.兩車碰撞后瞬間的速度大小為kglB.兩車碰撞前瞬間A車的速度大小為2C.A車初速度大小為10D.兩車碰撞過程中的動能損失為4kmgl3.(2021遼寧丹東高三一模)2022年冬奧會將在北京舉行,滑雪是冬奧會的比賽項目之一,如圖所示,某運動員(視為質(zhì)點)從雪坡上先后以v0和2v0沿水平方向飛出,不計空氣阻力,則運動員從飛出到落到雪坡上的整個過程中()A.空中飛行的時間相同B.落在雪坡上的位置相同C.動量的變化量之比為1∶2D.動能的增加量之比為1∶24.(多選)(2021遼寧大連高三一模)在光滑水平桌面上有一個靜止的木塊,高速飛行的子彈水平穿過木塊,若子彈穿過木塊過程中受到的摩擦力大小不變,則()A.若木塊固定,則子彈對木塊的摩擦力的沖量為零B.若木塊不固定,則子彈減小的動能大于木塊增加的動能C.不論木塊是否固定,兩種情況下木塊對子彈的摩擦力的沖量大小相等D.不論木塊是否固定,兩種情況下子彈與木塊間因摩擦產(chǎn)生的熱量相等5.(多選)(2021河南洛陽高三二模)如圖所示,質(zhì)量均為2kg的三個物塊靜止在光滑水平面上,其中物塊B的右側(cè)固定一輕彈簧,物塊A與彈簧接觸但不連接。某時刻物塊A突然以v0=3m/s的速度向左運動,已知當A、B速度相等時,B與C恰好發(fā)生完全非彈性碰撞,碰撞過程時間極短,然后繼續(xù)運動。若B、C碰撞過程中損失的機械能為ΔE,B、C碰撞后運動的過程中彈簧的最大彈性勢能為Ep,則()A.ΔE=4.875J B.ΔE=1.125JC.Ep=6J D.Ep=4.875J6.(2021福建漳州高三二模)如圖所示,水平面上固定兩根足夠長的平行直導(dǎo)軌MN、PQ,兩導(dǎo)軌間靜置一質(zhì)量m'=2.0kg的外壁光滑環(huán)形空心玻璃管ABCD,BC、DA段均為半圓管,AB、CD段是長度均為l=3.0m的直管。管內(nèi)CD段放置有質(zhì)量為m=1.0kg的小球,小球在AB段相對運動時受到的摩擦力Ff=0.3mg,玻璃管內(nèi)其余部分光滑,g取10m/s2?，F(xiàn)給玻璃管水平向右的初速度v0=6.0m/s,求:(1)從開始運動到小球與玻璃管共速,玻璃管對小球的沖量I的大小;(2)小球第一次通過玻璃管中A點時的速度大小。7.(2021福建福州高三二模)如圖所示,質(zhì)量為m'=2kg、帶有半徑為R=0.8m的四分之一光滑圓弧軌道AB的曲面體靜止在光滑的水平地面上;質(zhì)量為m=0.5kg的小球以Ek0=25J的初動能沖上曲面體軌道AB,g取10m/s2,求:(1)小球第一次沖出曲面體軌道的B點時曲面體的速度大小v1;(2)小球第一次沖出曲面體軌道的B點時小球的速度大小v2;(3)小球第一次沖出曲面體軌道的B點至再次落回B點的時間t。B組8.(多選)(2021陜西高三二模)在一個反應(yīng)堆中用石墨作慢化劑使快中子減速。碳原子核的質(zhì)量是中子的12倍,假設(shè)中子與碳原子核的每次碰撞都是彈性正碰,而且認為碰撞前碳核都是靜止的。微觀粒子之間的碰撞均遵循碰撞的一般規(guī)律。關(guān)于原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),有以下知識可供參考:①一個原子的直徑大約是1010m,極小極小;②原子核由質(zhì)子與中子組成,這兩種粒子的質(zhì)量幾乎相同,約為電子質(zhì)量的2000倍;③原子核只占據(jù)原子內(nèi)部極小的空間(大約為原子整個體積的1015),卻集中了幾乎所有原子的質(zhì)量;④小小的電子(直徑大約為1015m)在原子內(nèi)部、原子核之外的“廣袤”的空間中“游蕩”著。根據(jù)上述研究,用碳作為中子減速劑比起用更重的原子(比如硅,它的質(zhì)量是中子的28倍),其優(yōu)勢有()A.每一次碰撞的減速效果明顯B.達到相同能量要求,需要減速的次數(shù)較少C.其他材料中電子對碰撞的影響不可忽略D.中子與質(zhì)量較小的原子碰撞,物理規(guī)律相對簡單、計算簡便9.(多選)(2021江西高三一模)如圖所示,彈簧左端固定,將圓管彎成圓弧軌道分別與水平軌道相切于P、Q點,質(zhì)量為m'=8kg的小球B靜止在水平軌道上,將質(zhì)量為m=2kg的小球A壓縮彈簧后由靜止釋放,小球A能從P點進入圓弧軌道,通過軌道的最高點N時恰好與圓管無彈力作用,之后從Q點返回水平軌道,水平軌道足夠長,兩球間的碰撞為彈性碰撞,已知兩球的大小相同且半徑很小,圓弧軌道半徑R=0.2m,不計一切摩擦和空氣阻力,g取10m/s2。則()A.釋放小球A時彈簧內(nèi)儲存的彈性勢能為10JB.兩小球第一次碰撞后速度大小之比為4∶1C.兩小球最終運動的速度大小之比為7∶12D.兩小球至多能發(fā)生2次碰撞10.(2021浙江溫州高三二模)如圖所示,內(nèi)壁光滑的管道ABCD豎直放置,其圓形軌道部分半徑R=1.2m,管道左側(cè)A處放有彈射裝置,被彈出的物塊可平滑進入管道,管道右端出口D恰好水平,且與圓心O等高,出口D的右側(cè)接水平直軌道,軌道呈光滑段、粗糙段交替排列,每段長度均為l=0.1m。在第一個光滑段與粗糙段的結(jié)合處P位置放一質(zhì)量m=0.1kg的物塊乙,質(zhì)量為m=0.1kg的物塊甲通過彈射裝置獲得初動能。兩物塊與各粗糙段間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.1,彈簧的彈性勢能與壓縮量的二次方成正比,當彈射器中的彈簧壓縮量為d時,物塊甲到達與圓心O等高的C處時剛好對管壁無擠壓。管道內(nèi)徑遠小于圓形軌道半徑,物塊大小略小于管的內(nèi)徑,物塊視為質(zhì)點,空氣阻力忽略不計,g取10m/s2。(1)求彈射器釋放的彈性勢能Ep和物塊經(jīng)過B點時對管道的壓力F。(2)當彈射器中的彈簧壓縮量為2d時,物塊甲與物塊乙在P處發(fā)生碰撞(碰撞時間極短),碰后粘在一起運動,求因碰撞甲物塊損失的機械能。(3)若發(fā)射器中的彈簧壓縮量為nd(n=2,3,4,…),物塊甲與物塊乙在P處發(fā)生碰撞(碰撞時間極短),碰后粘在一起運動,求碰后兩物塊滑行的距離s與n的關(guān)系式。11.(2021浙江6月選考)如圖所示,水平地面上有一高h'=0.4m的水平臺面,臺面上豎直放置傾角θ=37°的粗糙直軌道AB、水平光滑直軌道BC、四分之一圓周光滑細圓管道CD和半圓形光滑軌道DEF,它們平滑連接,其中管道CD的半徑r=0.1m、圓心在O1點,軌道DEF的半徑R=0.2m、圓心在O2點,O1、D、O2和F點均處在同一水平線上。小滑塊從軌道AB上距臺面高為h的P點靜止下滑,與靜止在軌道BC上等質(zhì)量的小球發(fā)生彈性碰撞,碰后小球經(jīng)管道CD、軌道DEF從F點豎直向下運動,與正下方固定在直桿上的三棱柱G碰撞,碰后速度方向水平向右,大小與碰前相同,最終落在地面上Q點,已知小滑塊與軌道AB間的動摩擦因數(shù)μ=112,sin37°=0.6,cos37°=0.8(1)若小滑塊的初始高度h=0.9m,求小滑塊到達B點時速度v0的大小。(2)若小球能完成整個運動過程,求h的最小值hmin。(3)若小球恰好能過最高點E,且三棱柱G的位置上下可調(diào),求落地點Q與F點的水平距離x的最大值xmax。參考答案專題分層突破練6動量和能量觀點的應(yīng)用1.B解析重錘下落過程中做自由落體運動,根據(jù)v0=2gh可知,重錘撞預(yù)制樁前瞬間的速度與重錘的質(zhì)量無關(guān),只與下落的高度有關(guān),選項A錯誤。重錘撞擊預(yù)制樁的瞬間動量守恒,則mv0=(m+m')v,可知重錘質(zhì)量m越大,預(yù)制樁被撞后瞬間的速度越大,選項B正確。碰撞過程中,系統(tǒng)產(chǎn)生內(nèi)能,重錘和預(yù)制樁的總機械能減小,選項C錯誤。整個過程中,重錘和預(yù)制樁在以共同速度下降的過程中,受合外力不為零,總動量減小,選項D2.C解析兩車運動時受到的阻力為車重力的k倍,由牛頓第二定律得kmg=ma,則a=kg,兩車碰撞后做勻減速運動,由v2=2al,得兩車碰撞后瞬間的速度大小為v=2al=2kgl,A錯誤。由于碰撞時間極短,兩車相碰由動量守恒得mv1=2mv,可得兩車碰撞前瞬間A車的速度大小為v1=22kgl,B錯誤。對A車由v2v12=2al,得A車初速度大小為v=v12+2al=10kgl,C正確。兩車碰撞過程中的動能損失為3.C解析運動員從飛出到落到雪坡上的整個過程中,由平拋運動規(guī)律可得tanθ=yx=12gt2v0t=gt2v0,解得t=2v0tanθg,所以兩次在空中飛行的時間不相同,所以A錯誤。根據(jù)x=v0t,y=12gt2,由于時間不同,所以落在雪坡上的位置不相同,則B錯誤。根據(jù)動量定理可得Δp=mgt=2mv0tanθ,則兩次運動動量的變化量之比為1∶2,所以C正確。根據(jù)動能定理可得ΔEk=mgy=mg×14.BD解析木塊固定,子彈對木塊的摩擦力的沖量不為零,A錯誤。木塊不固定時,因為子彈與木塊間有內(nèi)能增加,由能量守恒定律可知,子彈減小的動能大于木塊增加的動能,B正確。由I=Fft可知,摩擦力大小不變時,由于兩種情況下子彈與木塊的作用時間不同,因此兩種情況下木塊對子彈的摩擦力的沖量大小不相等,C錯誤。根據(jù)Q=Ffl相對,由于摩擦力大小不變,并且兩種情況下子彈與木塊的相對位移也相同,因此不論木塊是否固定,兩種情況下子彈與木塊間因摩擦產(chǎn)生的熱量相等,D正確。5.BD解析對A、B整體由動量守恒有mv0=2mv1,對B、C整體由動量守恒有mv1=2mv2,解得v2=v04,對A、B、C整體由動量守恒有mv0=3mv3,B、C碰撞過程中損失的機械能為ΔE=12mv12-12×2mv22=1.125J,B、C碰撞后運動的過程中彈簧的最大彈性勢能為Ep=12mv026.答案(1)4kg·m/s(2)6m/s解析(1)由動量守恒得m'v0=(m+m')v玻璃管對小球的沖量I的大小I=mv解得I=4kg·m/s。(2)由動量守恒得m'v0=m'v1+mv2由功能關(guān)系得12m'v02-1解得v1=3m/s,v2=6m/s或v1=5m/s,v2=2m/s(不符合實際,舍掉)所以,小球速度v2=6m/s。7.答案(1)2m/s(2)8.25m/s(3)1.6s解析(1)由動能表達式可知Ek0=1設(shè)小球第一次沖出曲面體B點時水平方向分速度為vx,豎直方向分速度為vy,由于曲面體是四分之一圓曲面,所以vx=v1小球從A到B運動過程,球和曲面體水平方向動量守恒,mv0=(m+m')v1解得v0=10m/s,v1=2m/s。(2)從小球開始運動到B過程中,系統(tǒng)機械能守恒,有12mv解得v2=217m/s=8.25m/s。(3)小球離開曲面體后,在豎直方向上做豎直上拋運動,則落回B點有vy=v22-v所以從離開到回到B點,有t=2vyg=1.68.AB解析用m1表示中子質(zhì)量,m2表示某原子核質(zhì)量,v10和v1表示中子碰撞前后的速度,v20和v2表示某原子核碰撞前后的速度。當中子與靜止的原子核發(fā)生彈性碰撞時,系統(tǒng)動量守恒、能量守恒,故有12m1v102+12m2v202=12m1v12+12m2v22,m1v10+m2v20=m1v1+m2v2(v20=0),解得v1=m1-m2m1+m2v10;中子碰后,動能會損失,動能損失比率ΔEE=m9.ACD解析小球A能從P點進入圓弧軌道通過軌道的最高點N時恰好與圓管無彈力作用,有mg=mv2R,則v=gR=2m/s;小球A自P到N,由動能定理得mg·2R=12mv212mv02,可得v0=10m/s;彈簧彈開小球A,彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能,有Ep=12mv02=10J,即釋放小球A時彈簧內(nèi)儲存的彈性勢能為10J,A正確。由能量守恒可知小球從管道出來的速度仍然為v0=10m/s,然后A與B球發(fā)生彈性碰撞,有mv0=mv1+m'v2,12mv02=12mv12+12m'v22,解得v1=3105m/s,v2=2105m/s,故第一次碰后兩球的速度大小之比為v1v2=32,B錯誤。當A返回后的速度大小為v1'=3105m/s,方向向右,v2=2105m/s,因v1'>v2,則A球追上B球發(fā)生第二次彈性碰撞,有mv1'+m'v2=mv3+m'v4,12mv10.答案(1)1.2J3N,豎直向下(2)2.7J(3)s=(6n26.1)m(n=2,3,4,…)解析(1)物塊甲到達與圓心O等高的C處時剛好對管壁無擠壓,說明到達C點處速度恰好為零,從A到C由能量守恒可得Ep=mgR=1.2J從C到B過程由能量守恒可得mgR=1在B點由牛頓第二定律可得FNmg=mv解得FN=3N,由牛頓第三定律可知,物塊經(jīng)過B點時對管道壓力大小為3N,方向豎直向下。(2)從A到D過程由能量守恒可得12mvD由于彈簧的彈性勢能與壓縮量的二次方成正比,對比(1)中結(jié)論可知Ep'=4mgR碰撞過程由動量守恒可得mvD=2mv1甲物塊損失的機械能為ΔEp=1聯(lián)立解得ΔEp=2.7J。(3)從A到D過程由能量守恒可得12mvD彈簧具有的彈性勢能為Ep″=n2mgR碰撞過程滿足動量守恒mvD=2mv2設(shè)在粗糙段滑行距離為x1,由能量守恒可得12×2mv22=2滿足x1=3(n21)m(n=2,3,4,…)在光滑段滑行距離為x2=[3(n21)0.1]m(n=2,3,4,…)所以滑行的總距離為s=x1+x2=(6n26