2016-2017学年高二物理人教版选修3-5（第04课时 碰撞） Word版含解析

2016-2017学年高二物理人教版选修3-5（第04课时 碰撞） Word版含解析

绝密★启用前 人教版选修3-5 第十六章 动量守恒定律 第04课时 碰撞 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1．在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球，它们的动能相等，已知甲球的质量大于乙球的质量，它们正碰后可能发生的情况是(　　)‎ A．甲、乙两球都沿乙球的运动方向 B．甲球反向运动，乙球停下 C．甲、乙两球都反向运动 D．甲、乙两球都反向运动，且动能仍相等 ‎2.科学家试图模拟宇宙大爆炸初的情境，他们使两个带正电的不同重粒子加速后，沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞。为了使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，关键是设法使这两个重粒子在碰撞前的瞬间具有相同大小的(　　)‎ A.速率　　　B.质量　　　C.动量　　　D.动能 ‎3.如图所示，在光滑水平面上停放质量为m装有弧形槽的小车．现有一质量也为m的小球以v0的水平速度沿切线水平的槽口向小车滑去(不计摩擦)，到达某一高度后，小球又返回小车右端，则(　　)‎ A．小球在小车上到达最高点时的速度大小为 B．小球离车后，对地将向右做平抛运动 C．小球离车后，对地将做自由落体运动 D．此过程中小球对车做的功为 ‎4.如图所示，质量相等的A、B两个球，原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动，A球的速度是6 m/s，B球的速度是－2 m/s，不久A、B两球发生了对心碰撞．对于该碰撞之后的A、B两球的速度可能值，某实验小组的同学们做了很多种猜测，下面的猜测结果一定无法实现的是(　　)‎ A．vA′＝－2 m/s，vB′＝6 m/s B．vA′＝2 m/s，vB′＝2 m/s C．vA′＝1 m/s，vB′＝3 m/s D．vA′＝－3 m/s，vB′＝7 m/s ‎5.如图所示，木块A和B质量均为2 kg，置于光滑水平面上，B与一轻质弹簧一端相连，弹簧另一端固定在竖直挡板上，当A以4 m/s的速度向B撞击时，由于有橡皮泥而粘在一起运动，那么弹簧被压缩到最短时，具有的弹簧势能大小为(　　)‎ A．4 J　　　　B．8 J　　　　C．16 J　　　　D．32 J ‎6.如图所示，有两个质量相同的小球A和B(大小不计)，A球用细绳吊起，细绳长度等于悬点距地面的高度，B球静止放于悬点正下方的地面上．现将A球拉到距地面高度为h处由静止释放，摆动到最低点与B球碰撞后粘在一起共同上摆，则它们升起的最大高度为(　　)‎ A. B．h C. D.‎ ‎7.质量分别是m和m'的两球发生正碰前后的位移跟时间t的关系如图所示，由此可知，两球的质量之比m∶m'为(　　)‎ A.1∶3 B.3∶1‎ C.1∶1 D.1∶2‎ ‎8.三个质量分别为m1、m2、m3的小球，半径相同，并排悬挂在长度相同的三根竖直绳上，彼此恰好相互接触。现把质量为m1的小球拉开一些，如图中虚线所示，然后释放，经球1与球2、球2与球3相碰之后，三个球的动量相等。若各球间碰撞时均为弹性碰撞，且碰撞时间极短，不计空气阻力，则ml :m2 :m3为 （ ）‎ A．6:3:1 B．2:3:1 ‎ C．2:1:1 D．3:2:1‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．质量为M的气球下吊一架轻的绳梯，梯上站着质量为m的人，气球以v0速度匀速上升，如果人加速向上爬，当他相对于梯的速度达到v时，气球的速度将变为 ‎________．‎ ‎10.一质量为m1的入射粒子与一质量为m2的静止粒子发生正碰，实验中测出了碰撞后第二个粒子的速度为v2，求第一个粒子原来速度v0大小的可能范围为________。‎ ‎11.质量分别为300 g和200 g的两个物体在无摩擦的水平面上相向运动，速度分别为50 cm/s和100 cm/s.‎ ‎(1)如果两物体碰撞并粘合在一起，求它们共同的速度大小；‎ ‎(2)求碰撞后损失的动能；‎ ‎(3)如果碰撞是弹性碰撞，求两物体碰撞后的速度大小．‎ ‎12．在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A和B，两者相距为d.现给A一初速度，使A与B发生弹性正碰，碰撞时间极短．当两木块都停止运动后，相距仍然为d.已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为μ，B的质量为A的2倍，重力加速度大小为g.求A的初速度的大小．‎ 人教版选修3-5 第十六章 动量守恒定律 第04课时 碰撞 参考答案及解析 一、选择题 ‎【答案】‎ ‎1.C ‎【解析】由p2＝2mEk知，甲球的动量大于乙球的动量，所以总动量的方向应为甲球的初动量的方向，可以判断C正确．‎ ‎【答案】‎ ‎2.C ‎【解析】碰撞后尽可能多的动能转化为内能，也就是在碰撞过程中损失的机械能尽可能多，在完全非弹性碰撞中，碰撞后两粒子粘在一起时，粒子损失的机械能最多．而在碰撞过程中遵循动量守恒定律可知，碰撞前系统的总动量为零则碰撞后系统的总动量亦为零，所以本题关键是设法使这两个重离子在碰撞前瞬间具有大小相等方向相反的动量，这样可以保证碰撞后粒子的动能最小，C正确．‎ ‎【答案】‎ ‎3.ACD ‎【解析】当小球与小车的水平速度相等时，小球弧形槽上升到最大高度，设该高度为 h，则：mv0=2m•v，得：v=，A正确；设小球离开小车时，小球的速度为v1，小 车的速度为v2，整个过程中动量守恒，得：mv0=mv1+mv2①，由动能守恒得：‎ ‎=②，联立①②，解得：v1=0，v2=v0，即小球与小车分离后二者交换速度；所以小球与小车分离后做自由落体运动，故B错误，C正确．对小车运用动能定理得，小球对小车做功：W=-0=，故D正确．小球到达最高点时，小车和小球相对静止，且水平方向总动量守恒，小球离开车时类似完全弹性碰撞，两者速度完成互换，故选项A、C、D都是正确的．‎ ‎【答案】‎ ‎4.D ‎【解析】两球碰撞前后应满足动量守恒定律及碰后两球的动能之和不大于碰前两球的动能之和．即mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′①，mA＋mB≥mA＋‎ mB②，答案D中满足①式，但不满足②式，所以D选项错误．‎ ‎【答案】‎ ‎5.B ‎【解析】A与B碰撞过程动量守恒，有 mAvA＝(mA＋mB)vAB，所以vAB＝＝2 m/s.‎ 当弹簧被压缩到最短时，A、B的动能完全转化成弹簧的弹性势能，‎ 所以Ep＝(mA＋mB)＝8 J，B正确.‎ ‎【答案】‎ ‎6.C ‎【解析】本题中的物理过程比较复杂，所以应将过程细化、分段处理．A球由释放到最低点的过程做的是圆周运动，应用动能定理可求出末速度，mgh＝，所以 v1＝，A球对B球碰撞满足动量守恒mv1＝(m＋m)v2，所以v2＝v1＝；‎ 对A、B粘在一起共同上摆的过程应用机械能守恒，＝(m＋m)gh′，整理得 h′＝，C正确.‎ ‎【答案】‎ ‎7.A ‎【解析】从x-t图可知m、m'碰撞前速度分别为v1=4 m/s，v2=0，m、m'碰撞后的速度相同，v1'=v2'=v=1 m/s。根据动量守恒列式:mv1+m'v2=(m+m')v，即4m=(m+m')×1，得m∶m'=1∶3，选项A正确。‎ ‎【答案】‎ ‎8.A ‎ ‎【解析】因为各球间发生的碰撞是弹性碰撞，则碰撞过程机械能守恒，动量守恒。因碰撞后三个小球的动量相等，设其为p，则总动量为3p。由机械能守恒得 ‎，即，满足该条件的只有选项A。‎ 二、非选择题 ‎【答案】‎ ‎9.‎ v0－v ‎【解析】系统遵守动量守恒定律，设气球的速度为u，人的速度为(v＋u)，则有 ‎(M＋m)v0＝m(u＋v)＋Mu，解得：u＝v0－v.‎ ‎【答案】‎ ‎10.‎ ‎≤v0≤‎ ‎【解析】设碰后第一个粒子的速度为v1，由动量守恒定律得 m1v0=m1v1+m2v2①‎ 因碰撞过程系统的动能不会增加，故 ‎≥＋②‎ 碰撞后，由于我们设定v1的方向仍沿原方向，为使题述物理现象不仅能够发生，而且符合实际，碰后第一个粒子的速度v1与第二个粒子的速度v2需要满足关系式 v1≤v2③‎ 联立①②③式解得 ‎≤v0≤。‎ ‎【答案】‎ ‎11.‎ ‎(1)0.1 m/s　(2)0.135 J ‎(3)0.7 m/s　0.8 m/s ‎【解析】(1)令v1＝50 cm/s＝0.5 m/s，‎ v2＝－100 cm/s＝－1 m/s，‎ 设两物体碰撞后粘合在一起的共同速度为v，‎ 由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v，‎ 代入数据解得v＝－0.1 m/s，负号表示方向与v1的方向相反．‎ ‎(2)碰撞后两物体损失的动能为 ΔEk＝＋－(m1＋m2)v2＝×0.3×0.52＋×0.2×(－1)2－×(0.3＋0.2)×(－0.1)2] J＝0.135 J.‎ ‎(3)如果碰撞是弹性碰撞，设碰后两物体的速度分别为v1′、v2′，由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，‎ 由机械能守恒定律得＋＝＋，‎ 代入数据得v1′＝－0.7 m/s，v2′＝0.8 m/s.‎ ‎【答案】‎ ‎12.‎ ‎【解析】设在发生碰撞前的瞬间，木块A的速度大小为v；在碰撞后的瞬间，A和B的速度分别为v1和v2.在碰撞过程中，由能量和动量守恒定律，得 mv2＝m＋(2m)①‎ mv＝mv1＋(2m)v2②‎ 式中，以碰撞前木块A的速度方向为正．由①②式得 v1＝－③‎ 设碰撞后A和B运动的距离分别为d1和d2，由动能定理得 μmgd1＝m④‎ μ(2m)gd2＝(2m)⑤‎ 按题意有d＝d1＋d2⑥‎ 设A的初速度大小为v0，由动能定理得 μmgd＝m－mv2⑦‎ 联立②至⑦式，得 v0＝⑧‎