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

專題分層突破練6動(dòng)量和能量觀點(diǎn)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(guò)程可簡(jiǎn)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(shí)間內(nèi)發(fā)生碰撞,并以共同速度下降一段距離后停下來(lái)。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(guò)程中,重錘和預(yù)制樁的總機(jī)械能保持不變D.整個(gè)過(guò)程中,重錘和預(yù)制樁的總動(dòng)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(yùn)動(dòng)距離l后與靜止的B車發(fā)生正碰,碰后兩車一起運(yùn)動(dòng)距離l后停下。已知兩車質(zhì)量均為m,運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力為車重力的k倍,重力加速度為g,碰撞時(shí)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(guò)程中的動(dòng)能損失為4kmgl3.(2021遼寧丹東高三一模)2022年冬奧會(huì)將在北京舉行,滑雪是冬奧會(huì)的比賽項(xiàng)目之一,如圖所示,某運(yùn)動(dòng)員(視為質(zhì)點(diǎn))從雪坡上先后以v0和2v0沿水平方向飛出,不計(jì)空氣阻力,則運(yùn)動(dòng)員從飛出到落到雪坡上的整個(gè)過(guò)程中()A.空中飛行的時(shí)間相同B.落在雪坡上的位置相同C.動(dòng)量的變化量之比為1∶2D.動(dòng)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(gè)靜止的木塊,高速飛行的子彈水平穿過(guò)木塊,若子彈穿過(guò)木塊過(guò)程中受到的摩擦力大小不變,則()A.若木塊固定,則子彈對(duì)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(dòng)能大于木塊增加的動(dòng)能C.不論木塊是否固定,兩種情況下木塊對(duì)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(yáng)高三二模)如圖所示,質(zhì)量均為2kg的三個(gè)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(shí)刻物塊A突然以v0=3m/s的速度向左運(yùn)動(dòng),已知當(dāng)A、B速度相等時(shí),B與C恰好發(fā)生完全非彈性碰撞,碰撞過(guò)程時(shí)間極短,然后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。若B、C碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能為ΔE,B、C碰撞后運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中彈簧的最大彈性勢(shì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力Ff=0.3mg,玻璃管內(nèi)其余部分光滑,g取10m/s2。現(xiàn)給玻璃管水平向右的初速度v0=6.0m/s,求:(1)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到小球與玻璃管共速,玻璃管對(duì)小球的沖量I的大小;(2)小球第一次通過(guò)玻璃管中A點(diǎn)時(shí)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(dòng)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(diǎn)時(shí)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(diǎn)時(shí)小球的速度大小v2;(3)小球第一次沖出曲面體軌道的B點(diǎn)至再次落回B點(diǎn)的時(shí)間t。B組8.(多選)(2021陜西高三二模)在一個(gè)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(rèn)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(shí)可供參考:①一個(gè)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(gè)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(shì)有()A.每一次碰撞的減速效果明顯B.達(dá)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(duì)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(duì)簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)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(diǎn),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(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道,通過(guò)軌道的最高點(diǎn)N時(shí)恰好與圓管無(wú)彈力作用,之后從Q點(diǎn)返回水平軌道,水平軌道足夠長(zhǎng),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(jì)一切摩擦和空氣阻力,g取10m/s2。則()A.釋放小球A時(shí)彈簧內(nèi)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)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(yùn)動(dòng)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(jìn)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(zhǎng)度均為l=0.1m。在第一個(gè)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(guò)彈射裝置獲得初動(dòng)能。兩物塊與各粗糙段間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.1,彈簧的彈性勢(shì)能與壓縮量的二次方成正比,當(dāng)彈射器中的彈簧壓縮量為d時(shí),物塊甲到達(dá)與圓心O等高的C處時(shí)剛好對(duì)管壁無(wú)擠壓。管道內(nèi)徑遠(yuǎn)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(diǎn),空氣阻力忽略不計(jì),g取10m/s2。(1)求彈射器釋放的彈性勢(shì)能Ep和物塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)對(duì)管道的壓力F。(2)當(dāng)彈射器中的彈簧壓縮量為2d時(shí),物塊甲與物塊乙在P處發(fā)生碰撞(碰撞時(shí)間極短),碰后粘在一起運(yùn)動(dòng),求因碰撞甲物塊損失的機(jī)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(shí)間極短),碰后粘在一起運(yùn)動(dòng),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(yuǎn)'=0.4m的水平臺(tái)面,臺(tái)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(xì)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(diǎn),軌道DEF的半徑R=0.2m、圓心在O2點(diǎn),O1、D、O2和F點(diǎn)均處在同一水平線上。小滑塊從軌道AB上距臺(tái)面高為h的P點(diǎn)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(diǎn)豎直向下運(yùn)動(dòng),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(diǎn),已知小滑塊與軌道AB間的動(dòng)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(dá)B點(diǎn)時(shí)速度v0的大小。(2)若小球能完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程,求h的最小值hmin。(3)若小球恰好能過(guò)最高點(diǎn)E,且三棱柱G的位置上下可調(diào),求落地點(diǎn)Q與F點(diǎn)的水平距離x的最大值xmax。參考答案專題分層突破練6動(dòng)量和能量觀點(diǎn)的應(yīng)用1.B解析重錘下落過(guò)程中做自由落體運(yùn)動(dòng),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(wú)關(guān),只與下落的高度有關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤。重錘撞擊預(yù)制樁的瞬間動(dòng)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(xiàng)B正確。碰撞過(guò)程中,系統(tǒng)產(chǎn)生內(nèi)能,重錘和預(yù)制樁的總機(jī)械能減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。整個(gè)過(guò)程中,重錘和預(yù)制樁在以共同速度下降的過(guò)程中,受合外力不為零,總動(dòng)量減小,選項(xiàng)D2.C解析兩車運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng),由v2=2al,得兩車碰撞后瞬間的速度大小為v=2al=2kgl,A錯(cuò)誤。由于碰撞時(shí)間極短,兩車相碰由動(dòng)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(cuò)誤。對(duì)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(guò)程中的動(dòng)能損失為3.C解析運(yùn)動(dòng)員從飛出到落到雪坡上的整個(gè)過(guò)程中,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得tanθ=yx=12gt2v0t=gt2v0,解得t=2v0tanθg,所以兩次在空中飛行的時(shí)間不相同,所以A錯(cuò)誤。根據(jù)x=v0t,y=12gt2,由于時(shí)間不同,所以落在雪坡上的位置不相同,則B錯(cuò)誤。根據(jù)動(dòng)量定理可得Δp=mgt=2mv0tanθ,則兩次運(yùn)動(dòng)動(dòng)量的變化量之比為1∶2,所以C正確。根據(jù)動(dòng)能定理可得ΔEk=mgy=mg×14.BD解析木塊固定,子彈對(duì)木塊的摩擦力的沖量不為零,A錯(cuò)誤。木塊不固定時(shí),因?yàn)樽訌椗c木塊間有內(nèi)能增加,由能量守恒定律可知,子彈減小的動(dòng)能大于木塊增加的動(dòng)能,B正確。由I=Fft可知,摩擦力大小不變時(shí),由于兩種情況下子彈與木塊的作用時(shí)間不同,因此兩種情況下木塊對(duì)子彈的摩擦力的沖量大小不相等,C錯(cuò)誤。根據(jù)Q=Ffl相對(duì),由于摩擦力大小不變,并且兩種情況下子彈與木塊的相對(duì)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(duì)A、B整體由動(dòng)量守恒有mv0=2mv1,對(duì)B、C整體由動(dòng)量守恒有mv1=2mv2,解得v2=v04,對(duì)A、B、C整體由動(dòng)量守恒有mv0=3mv3,B、C碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能為ΔE=12mv12-12×2mv22=1.125J,B、C碰撞后運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中彈簧的最大彈性勢(shì)能為Ep=12mv026.答案(1)4kg·m/s(2)6m/s解析(1)由動(dòng)量守恒得m'v0=(m+m')v玻璃管對(duì)小球的沖量I的大小I=mv解得I=4kg·m/s。(2)由動(dòng)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(shí)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(dòng)能表達(dá)式可知Ek0=1設(shè)小球第一次沖出曲面體B點(diǎn)時(shí)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(yùn)動(dòng)過(guò)程,球和曲面體水平方向動(dòng)量守恒,mv0=(m+m')v1解得v0=10m/s,v1=2m/s。(2)從小球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到B過(guò)程中,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,有12mv解得v2=217m/s=8.25m/s。(3)小球離開(kāi)曲面體后,在豎直方向上做豎直上拋運(yùn)動(dòng),則落回B點(diǎn)有vy=v22-v所以從離開(kāi)到回到B點(diǎn),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(dāng)中子與靜止的原子核發(fā)生彈性碰撞時(shí),系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)能會(huì)損失,動(dòng)能損失比率ΔEE=m9.ACD解析小球A能從P點(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道通過(guò)軌道的最高點(diǎn)N時(shí)恰好與圓管無(wú)彈力作用,有mg=mv2R,則v=gR=2m/s;小球A自P到N,由動(dòng)能定理得mg·2R=12mv212mv02,可得v0=10m/s;彈簧彈開(kāi)小球A,彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,有Ep=12mv02=10J,即釋放小球A時(shí)彈簧內(nèi)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能為10J,A正確。由能量守恒可知小球從管道出來(lái)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(cuò)誤。當(dāng)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(dá)與圓心O等高的C處時(shí)剛好對(duì)管壁無(wú)擠壓,說(shuō)明到達(dá)C點(diǎn)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(guò)程由能量守恒可得mgR=1在B點(diǎn)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(guò)B點(diǎn)時(shí)對(duì)管道壓力大小為3N,方向豎直向下。(2)從A到D過(guò)程由能量守恒可得12mvD由于彈簧的彈性勢(shì)能與壓縮量的二次方成正比,對(duì)比(1)中結(jié)論可知Ep'=4mgR碰撞過(guò)程由動(dòng)量守恒可得mvD=2mv1甲物塊損失的機(jī)械能為ΔEp=1聯(lián)立解得ΔEp=2.7J。(3)從A到D過(guò)程由能量守恒可得12mvD彈簧具有的彈性勢(shì)能為Ep″=n2mgR碰撞過(guò)程滿足動(dòng)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