2019人教版选择性必修第一册第一章动量守恒定律4实验：验证动量守恒定律拔高练习

2020-2021学年度人教版（2019）选择性必修第一册1.4实验：验证动量守恒定律同步训练1（含解析）1．用如图所示的装置验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

(1)在实验中，入射小球、被碰小球的质量分别为m 1和m 2，入射小球、被碰小球的半径分别为r 1和r 2.对于m 1和m 2、r 1和r 2的大小，下列关系正确的是__________ A ．m 1=m 2，r 1=r 2 B ．m 1>m 2，r 1=r 2C ．m 1<m 2，r 1<r 2D ．m 1=m 2，r 1>r 2(2)下列关于实验的说法正确的是________A ．轨道需要光滑无摩擦且末端需要保持水平B ．通过测量小球做平抛运动的水平位移间接实现测定小球碰撞前后的速度C ．用半径尽量小的圆把小球的多次落点圈起来，圆心可视为其落点的平均位置D ．若实验结果121m OP m OM m ON =+，则两球在碰撞前后动量守恒2．用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A 和B 相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。

(1)实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A ，轻推一下滑块A ，其通过光电门a 和光电门b 的时间分别为t 1、t 2，当t 1___________t 2（填“>”、“=”、“<”），则说明气垫导轨水平；(2)滑块B 置于光电门b 的左侧，滑块A 静置于两光电门间的某一适当位置。

给B 一个向右的初速度，通过光电门b 的时间为1t ∆，B 与A 碰撞后再次通过光电门b 的时间为2t ∆，滑块A 通过光电门a 的时间为3t ∆。

为完成该实验，还必需测量的物理量有___________A ．挡光片的宽度dB ．滑块B 的总质量m 1C ．滑块A 的总质量m 2D ．光电门a 到光电门b 的间距L(3)若滑块A 和B 在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为：___________（用已知量和测量量表示）3．某同学用如图（a ）所示的实验装置研究两个小球的碰撞，他用两个质量相等、大小相同的钢球A 和B 进行实验。

动量守恒定律知识详解1．内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变，这就是动量守恒定律．2．表达式：（1）p=p′，系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p′．（2）m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．（3）△p1=-△p2，相互作用的两个物体动量的增量等大反向．（4）△p=0，系统总动量的增量为零．3．动量守恒定律的适用条件（1）不受外力或所受外力的合力为零．不能认为系统内每个物体所受的合外力都为零，更不能认为系统处于平衡状态．（2）近似适用条件：系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力．（3）如果系统在某一方向上所受外力的合力为零，则在这一方向上动量守恒．4．应用动量守恒定律的解题步骤：（1）明确研究对象（系统包括哪几个物体及研究的过程）；（2）进行受力分析，判断系统动量是否守恒（或某一方向上是否守恒）；（3）规定正方向，确定初末状态动量；（4）由动量守恒定律列式求解；（5）必要时进行讨论．5．解决动量守恒中的临界问题应把握以下两点：（1）寻找临界状态：题设情境中看是否有相互作用的两物体相距最近，避免相碰和物体开始反向运动等临界状态．（2）挖掘临界条件：在与动量相关的临界问题中，临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系，即速度相等或位移相等．一、动量守恒的判断1．关于系统动量守恒的条件，下列说法正确的是（）A．只要系统内存在摩擦力，系统动量就不可能守恒B．只要系统中有一个物体具有加速度，系统动量就不守恒C．只要系统所受的合外力为零，系统动量就守恒D．系统中所有物体的加速度为零时，系统的总动量不一定守恒2．如图所反映的物理过程说法正确的是（）A．图中子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒，能量不守恒B．图中M、N两木块放在光滑的水平面上，剪断束缚M、N两木块之间的细线，在弹簧恢复原长的过程中，M、N与弹簧组成的系统动量守恒，机械能增加C．图中细线断裂后，木球和铁球在水中运动的过程，两球组成的系统动量守恒，机械能不守恒D．图中木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑，木块和斜面组成的系统在水平方向上动量守恒，机械能一定守恒二、应用3．如图所示，长为L的木板静止在光滑水平面上，木板与木块之间有摩擦，当木块以v0冲上木板，恰好滑到木板的最右端，若将木板分成等长的两块，并排放置，木块扔以v0冲上木板，在以后的过程中（）A．在木板上的滑动时间变短B．物块最终扔将恰好滑至b的最右端C．物块最终将停在b上，但不是最右端D．物块最终将冲出b三、单一方向动量守恒4．如图所示，站在车上的人，用锤子连续敲打小车。

（2019新教材）人教版高中物理选择性必修第一册：第一章《动量守恒定律》思维导图知识点及练习题动量守恒定律[自我校对]①质量②速度③m v④v⑤动量的变化⑥p′－p＝I⑦p1＋p2＝p1′＋p2′⑧机械能守恒定律⑨有损失⑩损失最多(1)恒力的冲量：公式I＝Ft适用于计算恒力的冲量．(2)变力的冲量：①通常利用动量定理I＝Δp求解．②可用图象法计算．在F-t图象中阴影部分(如图)的面积就表示力在时间Δt＝t2－t1内的冲量．2．动量定理Ft＝m v2－m v1的应用(1)它说明的是力对时间的累积效应．应用动量定理解题时，只考虑物体的初、末状态的动量，而不必考虑中间的运动过程．(2)应用动量定理求解的问题①求解曲线运动的动量变化量．②求变力的冲量问题及平均力问题．③求相互作用时间．④利用动量定理定性分析现象．【例1】一个铁球，从静止状态由10 m高处自由下落，然后陷入泥潭中，从进入泥潭到静止用时0.4 s，该铁球的质量为336 g，求：(1)从开始下落到进入泥潭前，重力对小球的冲量为多少？(2)从进入泥潭到静止，泥潭对小球的冲量为多少？(3)泥潭对小球的平均作用力为多少？(保留两位小数，g取10 m/s2)解析：(1)小球自由下落10 m所用的时间是t1＝2hg＝2×1010s＝ 2 s，重力的冲量I G＝mgt1＝0.336×10× 2 N·s≈4.75 N·s，方向竖直向下．(2)设向下为正方向，对小球从静止开始运动至停在泥潭中的全过程运用动量定理得mg (t 1＋t 2)－Ft 2＝0泥潭的阻力F 对小球的冲量Ft 2＝mg (t 1＋t 2)＝0.336×10×(2＋0.4) N ·s ≈6.10 N ·s ，方向竖直向上．(3)由Ft 2＝6.10 N ·s 得F ＝15.25 N. 答案：(1)4.75 N ·s (2)6.10 N·s (3)15.25 N1.寻找临界状态题设情景中看是否有相互作用的两物体相距最近、恰好滑离、避免相碰和物体开始反向运动等临界状态．2.挖掘临界条件在与动量相关的临界问题中，临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系．3.常见类型(1)涉及弹簧类的临界问题对于由弹簧组成的系统，在物体间发生相互作用的过程中，当弹簧被压缩到最短或拉伸到最长时，弹簧两端的两个物体的速度必然相等．(2)涉及相互作用边界的临界问题在物体滑上斜面(斜面放在光滑水平面上)的过程中，由于物体间弹力的作用，斜面在水平方向上将做加速运动，物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平方向具有共同的速度，物体到达斜面顶端时，在竖直方向上的分速度等于零．(3)子弹打木块类的临界问题：子弹刚好击穿木块的临界条件为子弹穿出时的速度与木块的速度相同，子弹位移为木块位移与木块厚度之和．【例2】如图所示，甲车质量m 1＝m ，在车上有质量为M ＝2m 的人，甲车(连同车上的人)从足够长的斜坡上高h 处由静止滑下，到水平面上后继续向前滑动，此时质量m 2＝2m 的乙车正以v 0的速度迎面滑来，已知h ＝2v 20g ，为了使两车不可能发生碰撞，当两车相距适当距离时，人从甲车跳上乙车，试求人跳离甲车的水平速度(相对地面)应满足什么条件？不计地面和斜坡的摩擦，小车和人均可看作质点．解析：设甲车(包括人)滑下斜坡后速度为v1，由机械能守恒定律得12(m1＋M)v21＝(m1＋M)gh得：v1＝2gh＝2v0设人跳离甲车的水平速度(相对地面)为v，在人跳离甲车和人跳上乙车过程中各自动量守恒，设人跳离甲车和跳上乙车后，两车的速度分别为v1′和v2′，则人跳离甲车时：(M＋m1)v1＝M v＋m1v1′即(2m＋m)v1＝2m v＋m v1′①人跳上乙车时：M v－m2v0＝(M＋m2)v2′即2m v－2m v0＝(2m＋2m)v2′②解得v1′＝6v0－2v ③v2′＝12v－12v0 ④两车不可能发生碰撞的临界条件是v1′＝±v2′当v1′＝v2′时，由③④解得v＝13 5v0当v1′＝－v2′时，由③④解得v＝11 3v0故v的取值范围为135v0≤v≤113v0.答案：135v0≤v≤113v0动量守恒定律，机械能守恒定律，能量守恒定律，功能关系等．2．解决该类问题的基本思路(1)认真审题，明确题目所述的物理情景，确定研究对象．(2)如果物体间涉及多过程，要把整个过程分解为几个小的过程．(3)对所选取的对象进行受力分析，判定系统是否符合动量守恒的条件．(4)对所选系统进行能量转化的分析，比如：系统是否满足机械能守恒，如果系统内有摩擦则机械能不守恒，有机械能转化为内能．(5)选取所需要的方程列式并求解．【例3】如图所示，AOB 是光滑水平轨道，BC 是半径为R 的光滑的14固定圆弧轨道，两轨道恰好相切于B 点．质量为M 的小木块静止在O 点，一颗质量为m 的子弹以某一初速度水平向右射入小木块内，并留在其中和小木块一起运动，且恰能到达圆弧轨道的最高点C (木块和子弹均看成质点)．(1)求子弹射入木块前的速度．(2)若每当小木块返回到O 点或停止在O 点时，立即有一颗相同的子弹射入小木块，并留在其中，则当第9颗子弹射入小木块后，小木块沿圆弧轨道能上升的最大高度为多少？解析：(1)第一颗子弹射入木块的过程，系统动量守恒，以子弹的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m v 0＝(m ＋M )v 1 系统由O 到C 的运动过程中机械能守恒，由机械能守恒定律得：12(m ＋M )v 21＝(m ＋M )gR 由以上两式解得：v 0＝m ＋M m 2gR .(2)由动量守恒定律可知，第2、4、6…颗子弹射入木块后，木块的速度为0，第1、3、5…颗子弹射入后，木块运动．当第9颗子弹射入木块时，以子弹初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m v 0＝(9m ＋M )v 9设此后木块沿圆弧上升的最大高度为H ，由机械能守恒得： 12(9m ＋M )v 29＝(9m ＋M )gH 由以上各式可得：H ＝?M ＋m M ＋9m 2R .答案：(1)m ＋M m 2gR (2)?M ＋mM ＋9m 2R(1)两物体不发生相撞的临界条件是两物体的速度同向同速．(2)子弹进入木块的过程中因摩擦而损失的机械能转化为系统的内能．1．如图所示，方盒A 静止在光滑的水平面上，盒内有一小滑块B ，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v开始向左运动，与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞，滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则此时盒的速度大小为________，滑块相对于盒运动的路程为________．解析：由于水平面光滑，则滑块与盒碰撞时动量守恒，故有：m v ＝(M ＋m )v 1，且M ＝2m相对静止时的共同速度v 1＝m v M ＋m ＝v3由功能关系知：μmgs ＝12m v 2－12(M ＋m )v 21 解得滑块相对盒的路程s ＝v 23μg .答案：v 3 v 23μg2．两滑块a 、b 沿水平面上同一条直线运动，并发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后，从光滑路段进入粗糙路段．两者的位置x 随时间t 变化的图像如图所示．求：(1)滑块a、b的质量之比；(2)整个运动过程中，两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比．解析：(1)设a、b的质量分别为m1、m2，a、b碰撞前的速度为v1、v2.由题给图像得v1＝－2 m/s ①v2＝1 m/s ②a、b发生完全非弹性碰撞，碰撞后两滑块的共同速度为v.由题给图像得v＝23m/s ③由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v ④联立①②③④式得m1∶m2＝1∶8. ⑤(2)由能量守恒得，两滑块因碰撞而损失的机械能为ΔE＝12m1v21＋12m2v22－12(m1＋m2)v2 ⑥由图像可知，两滑块最后停止运动．由动能定理得，两滑块克服摩擦力所做的功为W＝12(m1＋m2)v2 ⑦联立⑥⑦式，并代入题给数据得W∶ΔE＝1∶2. ⑧答案：(1)1∶8(2)1∶23．如图所示，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上．某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h＝0.3 m(h小于斜面体的高度)．已知小孩与滑板的总质量为m1＝30 kg，冰块的质量为m2＝10 kg，小孩与滑板始终无相对运动．取重力加速度的大小g ＝10 m/s2.(1)求斜面体的质量；(2)通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？解析：(1)规定向右为速度正方向．冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得m2v20＝(m2＋m3)v ①12m2v220＝12(m2＋m3)v2＋m2gh ②式中v20＝－3 m/s为冰块推出时的速度．联立①②式并代入题给数据得m3＝20 kg. ③(2)设小孩推出冰块后的速度为v1，由动量守恒定律有m1v1＋m2v20＝0 ④代入数据得v1＝1 m/s ⑤设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3，由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20＝m2v2＋m3v3 ⑥12m2v220＝12m2v22＋12m3v23⑦联立③⑥⑦式并代入数据得v2＝1 m/s ⑧由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩．答案：(1)20 kg(2)见解析4．某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中．为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S 的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开．忽略空气阻力．已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g.求：(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度．解析：(1)设Δt时间内，从喷口喷出的水的体积为ΔV，质量为Δm，则Δm＝ρΔV ①ΔV＝v0SΔt ②由①②式得，单位时间内从喷口喷出的水的质量为ΔmΔt＝ρv0S. ③(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v.对于Δt时间内喷出的水，由能量守恒得1 2(Δm)v2＋(Δm)gh＝12(Δm)v20④在h高度处，Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为Δp＝(Δm)v ⑤设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有FΔt＝Δp ⑥由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得F＝Mg ⑦联立③④⑤⑥⑦式得h＝v202g－M2g2ρ2v20S2. ⑧答案：(1)ρv0S(2) v202g－M2g2ρ2v20S2。

动量守恒定律 检测试题班别 姓名 成绩 （本试题满分120分，共20道题，时间90分钟。

）一、选择题：每小题至少有一个正确答案，请将所选答案的字母代号填入相应的表格内。

每小题5分，共12个小题合计60分。

全部选对得5分，选对但不全得2分，不选或有错选不得分。

1、关于物体动量和动能的下列说法中，正确的是：A 、一物体的动量不变，其动能一定不变；B 、一物体的动能不变，其动量一定不变；C 、两物体的动量相等，其动能一定相等；D 、两物体的动能相等，其动量一定相等。

2.质量为5kg 的小球以5m ／s 的速度竖直落到地板上，随后以3m ／s 的速度反向弹回，若取竖直向下的方向为正方向，则此过程小球所受合外力的冲量为：A ．10kg ·m ／sB ．－10kg ·m ／sC ．40kg ·m ／sD ．－40kg ·m ／s3.质量为5kg 的小球，从距地面高为20m 处水平抛出，初速度为10m ／s ，g ＝10m ／s 2，从抛出到落地过程中，小球动量的变化大小是：A ．60N ·sB ．80N ·sC ．100N ·sD ．120N ·s4.把重物G 压在纸带上，用一水平力缓缓拉动纸带，重物跟着物体一起运动，若迅速拉动纸带，纸带将会从重物下抽出，解释这些现象的正确说法是：A 在缓慢拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力大；B 在迅速拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力小；C 在缓慢拉动纸带时，纸带给重物的冲量大；D 在迅速拉动纸带时，纸带给重物的冲量小． 5.从水平地面上方同一高度处，使a 球竖直上抛，使b 球平抛，且两球质量相等，初速度大小相同，最后落于同一水平地面上。

空气阻力不计。

下述说法中正确的是： A 、两球着地时的动量相同； B 、两球着地时的动能相同； C 、重力对两球的冲量相同； D 、重力对两球所做的功相同。

6.若质量为m 的小球从h 高度自由落下，与地面碰撞时间为Δt ，地面对小球的平均作用力大小为F ，则在碰撞过程中（取向上的方向为正）对小球来说:A 、重力的冲量为mg 【Δt+(2h/g)1/2】 B 、地面对小球的冲量为F Δt C 、合力的冲量为(mg+F)Δt D 、合力的冲量为(mg-F)Δt 7.平板小车C 放在光滑的水平地面上，车上表面粗糙，车上有A 、B 两个木块，中间有一轻细弹簧，弹簧压缩，m A ;m B =3;2突然释放弹簧，则:A ．若A 、B 与平板车上表面的动摩擦因数相同，A 、B 、C 系统动量守恒．B ．若A 、B 与平板车上表面的动摩擦因数不相同，A 、B 、C 组成的系统动量不守恒． C ．若A 、B 所受摩擦力大小相等，A 、B 组成的系统动量守恒．D ．若A 、B 所受摩擦力大小不相等，A 、B 组成的系统动量守恒．8.质量为2m 的物体A ，以一定的速度沿光滑水平面运动，与一静止的物体B 碰撞后粘为一体继续运动，它们共同的速度为碰撞前A 的速度的2／3，则物体B 的质量为: A ．m B ．2m C ．3m D ．2m/3 9.如图所示，用细线挂一质量为M 的木块，有一质量为m 的子弹自左向右水平射穿此木块，穿透前后子弹的速度分别为0v 和v （设子弹穿过木块的时间和空气阻力不计），木块的速度大小为:A．Mmvmv/)(+B．Mmvmv/)(-C．)/()(mMmvmv++D．)/()(mMmvmv+-10.两个质量不同的物体，以相同的初动量开始沿同一水平面滑动，设它们与水平面间的动摩擦因数相同，则它们滑行的距离大小关系是：A、质量大的物体滑行距离较大；B、质量小的物体滑行距离较大；C、两物体滑行距离一样大；D、条件不足，无法比较。