2020届高三物理一轮复习 动量守恒定律课时训练 鲁科版选修3-5

2020届高三物理一轮复习 动量守恒定律课时训练 鲁科版选修3-5

‎2020届高三物理一轮复习课时训练：动量守恒定律 ‎ ‎1.（2020·新课标全国卷·T35（2））如图，A、B、C三个木块的质量均为m。置于光滑的水平面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连，将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展，以至于B、C可视为一个整体，现A以初速v沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并粘合在一起，以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A，B分离，已知C离开弹簧后的速度恰为v，求弹簧释放的势能。‎ ‎【答案】m v02‎ ‎【详解】设碰后A、B和C的共同速度大小为v，由动量守恒有，‎ ‎3mv=mv0 ①‎ 设C离开弹簧时，A、B的速度大小为v1，由动量守恒有，‎ ‎3mv=2mv1+mv0 ②‎ 设弹簧的弹性势能为Ep，从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒，有，‎ （‎3m）v2＋Ep=（‎2m）v12＋mv02 ③‎ 由①②③式得弹簧所释放的势能为 Ep=m v02‎ ‎2.（2020·北京高考·T21⑵）如图2，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。‎ ‎①实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量 （填选项前的符号），间接地解决这个问题 A. 小球开始释放高度 B. 小球抛出点距地面的高度 C. 小球做平抛运动的射程 ‎②图2中点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球 多次从斜轨上位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程，然后，把被碰小球静止于轨道的水平部分，再将入射球从斜轨上位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。‎ 接下来要完成的必要步骤是 (填选项前的符号)‎ A.用天平测量两个小球的质量、‎ B.测量小球开始释放高度h C.测量抛出点距地面的高度H D．分别找到相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程ＯＭ，ＯＮ ‎③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为　　　　　　　　　　　　　（用②中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足的表达式为　　　　　　　　　　　（用②中测量的量表示）。‎ ‎④经测定，，小球落地点的平均位置距Ｏ点的距离如图３所示。‎ 碰撞前、后m1的动量分别为p1与，则p1: ‘= ：11；若碰撞结束时m2的动量为,则 ‘: ‘=11:‎ 实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为 ‎⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为 cm.‎ ‎【答案】①C，②ADE或DAE或DEA ‎③ ‎ ‎④14 2.9 1～1.01‎ ‎⑤76.8‎ ‎【详解】①在落地高度不变的情况下，水平位移就能反映平抛初速度的大小，所以，仅测量小球做平抛运动的射程就能间接测量速度.因此选C.‎ ‎②找出平均落点的位置，测量平抛的水平位移，因此步骤中D、E是必须的，但D、E先后均可，至于用天平测质量先后均可。所以答案是ADE或DAE或DEA.‎ ‎③设落地时间为t，则，，动量守恒的表达式是，‎ 动能守恒的表达式是，所以若两球相碰前后的动量守恒，则 成立，若碰撞是弹性碰撞，动能守恒则成立.‎ ‎④碰撞前后m1动量之比，，‎ ‎⑤发生弹性碰撞时，被碰小球获得的速度最大，根据动量守恒和动能守恒，， ，联立解得，因此，最大射程为 ‎3.（2020·山东高考·T38）（1）碘131核 不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天。‎ 碘131核的衰变方程：（衰变后的元素用X表示）。‎ ‚经过________天 75%的碘131核发生了衰变。‎ ‎（2）如图所示，甲、乙两船的总质量（包括船、人和货物）分别为‎10m、‎12m，两船沿同一直线同一方向运动，速度分别为2V0、V0‎ ‎。为避免两船相撞，乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛出甲船，甲船上的人将货物接住，求抛出货物的最小速度。（不计水的阻力）‎ ‎【答案】（1） ‚16天 （2）‎ ‎【详解】（1）‚由放射性元素经历一个半衰期衰变总数的一半可知，共经历了两个半衰期即16天。‎ ‎（2）设抛出货物的最小速度为Vx,则有对乙船，其中v为后来两船同向运动的速度。由以上两式可得 ‎4.（2020·天津理综·T12）回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。‎ （1） 当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。若碳11的半衰期为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）‎ （2） 回旋加速器的原理如图，和是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为的交流电源上，位于圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速，、置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、‎ 的关系式（忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速）。‎ （1） 试推力说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差是增大、减小还是不变？‎ ‎【答案】⑴ ‎ ‎⑵‎ ‎⑶随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小 ‎【详解】⑴核反应方程为 -------------①‎ 设碳11原有质量为，经过剩余的质量为，根据半衰期定义有 ‎ ----------------------②‎ ‎⑵设质子的质量为m，电荷量为q，质子离开加速器时速度大小为，有牛顿第二定律得 ‎ ----------------------------③‎ 质子运动的回旋周期为 --------------④‎ 由回旋加速器原理可知，交流电源的频率与质子回旋频率相同，由周期T与频率的关系得 --------------------------------⑤‎ 设在t时间内离开加速器的质子数为N，则质子束从回旋加速器输出时的平均功率为 ‎ ----------------------------⑥‎ 输出时质子束的等效电流为 ---------------⑦‎ 由上述各式联立解得： -----------------⑧‎ 若以单个质子为研究对象解答过程正确的同样得分。‎ ‎⑶方法一：设k（）为同一盒中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为、（），，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为、，、之间的电压为U，由动能定理知 --------⑨‎ 由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知，则 ‎ 整理得 ----------⑩‎ 因U、q、m、B均为定值，令,由上式得 ‎ 相邻轨道半径、之差 ，同理得 ‎ 因为，比较、得 ---------------⑾‎ 说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小 方法二：设k（）为同一盒中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为、（），，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为、，、之间的电压为U。‎ 由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知，故 ------⑿‎ 由动能定理知，质子每加速一次，其动能增量------------------⒀‎ 以质子在盒中运动为例，第k次进入时，被电场加速次，速度大小为 ‎ ---------------------------⒁‎ 同理，质子第次进入时，速度大小为 综合上述各式得， ‎ ‎ ‎ 同理，对于相邻轨道半径、， ，整理后有 由于，比较、得------⒂‎ 说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小。用同样的方法也可得到质子在盒中运动时具有相同的结论。‎ ‎5.（2020·海南物理·T19）（1）2020年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_______和__________（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和_______.‎ A.X1→ B.X2→‎ C.X3→ D.X4→‎ ‎（2）（8分）一质量为‎2m的物体P静止于光滑水平地面上，其截面如图所示。图中ab为粗糙的水平面，长度为L；bc为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接。现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动，在斜面上上升的最大高度为h，返回后在到达a点前与物体P相对静止。重力加速度为g。求：‎ ‎（i）木块在ab段受到的摩擦力f；‎ ‎（ii）木块最后距a点的距离s。‎ ‎【答案】（1）BC 78 82 （2）， ‎ ‎【详解】（1）根据衰变过程电荷数守恒、质量数守恒，可知是Ba，是I，‎ 是Cs，是Cs，所以能分别反映I、Cs的衰变过程的是分别是BC。I原子核中 的中子数是，Cs原子核中的中子数是。‎ ‎（2）（i）木块向右滑到最高点时，系统有共同速度，‎ 动量守恒： ①（1分）‎ ‎ ②（2分）‎ 联立①②两式解得： ③（1分）‎ ‎（ii）整个过程，由功能关系得： ④（2分）‎ 木块最后距a点的距离 ⑤（1分）‎ 联立①③④⑤解得：（1分）‎ ‎6.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，则 。（填选项前的字母）‎ 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 答案：B ‎7．如图，若x轴表示时间，y轴表示位置，则该图像反映了某质点做匀速直线运动时，位置与时间的关系。若令x轴和y轴分别表示其它的物理量，则该图像又可以反映在某种情况下，相应的物理量之间的关系。下列说法中正确的是 A.若x轴表示时间,y轴表示动能，则该图像可以反映某物体受恒定合外力作用做直线运动过程中，物体动能与时间的关系 B.若x轴表示频率，y轴表示动能，则该图像可以反映光电效应中，光电子最大初动能与入射光频率之间的关系 C.若x轴表示时间，y轴表示动量，则该图像可以反映某物在沿运动方向的恒定合外力作用下，物体动量与时间的关系 D.若x轴表示时间，y轴表示感应电动势，则该图像可以反映静置于磁场中的某闭合回路，当磁感应强度随时间均匀增大时，增长合回路的感应电动势与时间的关系 ‎【答案】C ‎【解析】根据动量定理，说明动量和时间是线性关系，纵截距为初动量，C正确。结合得，说明动能和时间的图像是抛物线，A错误。根据光电效应方程，说明最大初动能和时间是线性关系，但纵截距为负值，B错误。当磁感应强度随时间均匀增大时，增长合回路内的磁通量均匀增大，根据法拉第电磁感应定律增长合回路的感应电动势等于磁通量的变化率，是一个定值不 随时间变化，D错误。‎ ‎8.如图所示，小球A系在细线的一端，线的另一端固定在O点，O 点到水平面的距离为h。物块B质量是小球的5倍，置于粗糙的水平面上且位于O点的正下方，物块与水平面间的动摩擦因数为μ。现拉动小球使线水平伸直，小球由静止开始释放，运动到最低点时与物块发生正碰（碰撞时间极短），反弹后上升至最高点时到水平面的距离为。小球与物块均视为质点，不计空气阻力，重力加速度为g，求物块在水平面上滑行的时间t。‎ 解析：设小球的质量为m，运动到最低点与物块碰撞前的速度大小为，取小球运动到最低点重力势能为零，根据机械能守恒定律，有 ‎ ①‎ 得 ‎ 设碰撞后小球反弹的速度大小为，同理有 ‎ ②‎ 得 ‎ 设碰撞后物块的速度大小为，取水平向右为正方向，根据动量守恒定律，有 ‎ ③‎ 得 ④‎ 物块在水平面上滑行所受摩擦力的大小 ‎ ⑤‎ 设物块在水平面上滑行的时间为，根据动量定理，有 ‎ ⑥‎ 得 ⑦‎ ‎9.如图所示，光滑的水平地面上有一木板，其左端放有一重物，右方有一竖直的墙.重物质量为木板质量的2倍，重物与木板间的动摩擦因数为.使木板与重物以共同的速度向右运动，某时刻木板与墙发生弹性碰撞，碰撞时间极短.求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间.设木板足够长，重物始终在木板上.重力加速度为g.‎ 解析：木板第一次与墙碰撞后，向左匀减速直线运动，直到静止，再反向向右匀加速直线运动直到与重物有共同速度，再往后是匀速直线运动，直到第二次撞墙。‎ 木板第一次与墙碰撞后，重物与木板相互作用直到有共同速度，动量守恒，有：‎ ‎，解得：‎ 木板在第一个过程中，用动量定理，有：‎ 用动能定理，有：‎ 木板在第二个过程中，匀速直线运动，有：‎ 木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间t=t1+t2=+=‎ ‎10.小球A和B的质量分别为mA 和 mB 且mA＞＞mB 在某高度处将A和B先后从静止释放。小球A与水平地面碰撞后向上弹回，在释放处的下方与释放出距离为H的地方恰好与正在下落的小球B发生正幢，设所有碰撞都是弹性的，碰撞事件极短。求小球A、B碰撞后B上升的最大高度。‎ 连立①④⑤化简得 ‎ ⑥‎