人教版(2019)选择性必修 第一册第一章动量守恒定律动量定理课后作业

新人教版选择性必修一课后作业第一章动量守恒定律动量定理

一、选择题

1.下列说法中正确的是( )

,可把牛顿第二定律表述为:物体动量的变化率等于它所受的合外力

A.根据F=Δp

Δt

B.力与力的作用时间的乘积叫作力的冲量,它反映了力的作用对时间的累积效应,是一个标量

C.作用在静止的物体上的力的冲量一定为零

D.冲量的方向就是物体运动的方向

2.下面关于冲量的说法中正确的是( )

A.物体受到很大的冲力时,其冲量一定很大

B.当力与位移垂直时,该力的冲量为零

C.不管物体做什么运动,在相同时间内重力的冲量相同

D.只要力的大小恒定,其相同时间内的冲量就恒定

3.(多选)关于力的冲量,以下说法正确的是( )

A.只有作用时间很短的力才能产生冲量

B.冲量是矢量,其方向就是力的方向

C.一对作用力与反作用力的冲量一定等大且反向

D.如果一个力不等于零,则在一段时间内其冲量不可能为零

4.(多选)恒力F作用在质量为m的物体上,如图所示。由于地面对物体的摩擦力较大,物体没有被拉动,则经时间t,下列说法正确的是( )

A.拉力F对物体的冲量大小为零

B.拉力F对物体的冲量大小为Ft

C.拉力F对物体的冲量大小为Ft cos θ

D.合力对物体的冲量大小为零

5.质量为m的运动员托着质量为M的杠铃从下蹲状态(图甲)缓慢运动到站立状态(图乙),该过程中杠铃和人的肩部相对位置不变,运动员保持乙状态站立Δt时间后再将杠铃缓慢向上举,至双臂伸直(图丙),运动员从甲到乙、从乙到丙经历的时间分别为t1、t2,则在举起杠铃的整个过程中( )

A.地面对运动员的冲量为0

B.地面对运动员的冲量为(M+m)g(t1+t2)

C.运动员对杠铃的冲量为Mg(t1+t2+Δt)

D.运动员对杠铃的冲量为Mg(t1+t2)

6.央视网消息,2019年8月15日,俄罗斯“乌拉尔航空”公司一架A-321客机在莫斯科起飞后不久遭遇多只飞鸟撞击,导致两台发动机起火引擎失灵,迫降在离机场不远的一片玉米地里。假设客机撞鸟时飞行速度大约为1 080 km/h,小鸟的质量约为0.5 kg,撞机时间约为0.01 s,估算飞机受到的撞击力为( )

A.540 N

B.54 000 N

C.15 000 N

D.1.5 N

7.质量为m的物体以速度v0从地面竖直上抛(不计空气阻力),直至落回地面,在此过程中( )

A.整个过程中重力的冲量为0

B.整个过程中重力的冲量为mv0

C.上升过程重力的冲量大小为mv0,方向向下

D.上升过程和下落过程中动量的变化量大小均为mv0,但方向相反

8.质量为1 kg的物体做直线运动,其速度图像如图所示。则物体在前10 s内和后10 s内所受外力的冲量分别是( )

A.10 N·s,10 N·s

B.10 N·s,-10 N·s

C.0,10 N·s

D.0,-10 N·s

9.质量为0.2 kg的小球竖直下落,以6 m/s的速度碰触地面,再以4 m/s的速度反向弹回。取竖直向上为正方向,在小球与地面接触的时间内,关于小球动量的变化量Δp和合力的冲量I,下列说法正确的是( )

A.Δp=2 kg·m/s

B.Δp=-2 kg·m/s

C.I=0.4 kg·m/s

D.I=-0.4 kg·m/s

10. (多选)为了抗击新型冠状病毒疫情,短短十天时间,“中国速度”就建成了一座火神山医院。施工过程中,工人师傅们借助挖掘机将地面挖出一个大坑,挖出的土需用车及时运走。挖掘机将地上的土运到最高处再倒入车中,设土从地面到最高点的运动过程为Ⅰ,从最高点到车上的过程为Ⅱ,忽略空气阻力,则对这部分土来说( )

A.过程Ⅰ动量的改变量为零

B.过程Ⅱ动量的改变量为零

C.过程Ⅰ动量的改变量等于重力的冲量

D.过程Ⅱ动量的改变量等于重力的冲量

11.为估算池中睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强,小明在雨天将一圆柱形水杯置于露台,测得1小时内杯中水位上升了45 mm。查询得知,当时雨滴竖直下落的速度约为12 m/s,据此估算该压强约为(设雨滴撞击睡莲后无反弹,不计雨滴重力,雨水的密度为1×103 kg/m3)( )

A.0.15 Pa

B.0.54 Pa

C.1.5 Pa

D.5.4 Pa

12.有些船和码头常悬挂一些老旧轮胎,主要用途是减轻船舶靠岸时码头与船体的撞击。原因是轮胎的弹性大,使得( )

A.船舶靠岸过程中动量变化量比较小

B.船舶靠岸的末动量比较小

C.船舶靠岸过程冲量比较小

D.船舶靠岸过程时间比较长

13.下面列举的装置各有一定的道理,其中不能用动量定理进行解释的是( )

A.运输玻璃器皿等易碎品时,在器皿的四周总是垫着碎纸或海绵等柔软、有弹性的垫衬物

B.建筑工人戴的安全帽内有帆布垫,把头和帽子的外壳隔开一定的空间

C.热水瓶胆做成双层,且把两层中间的空气抽去

D.跳高运动中的垫子总是十分松软

14.(多选)汽车安全性能是当今衡量汽车品质的重要指标,也是未来汽车发展的三大主题(安全、节能、环保)之一。实车碰撞试验是综合评价汽车安全性能最有效的方法,也是各国政府检验汽车安全性能的强制手段之一。试验时让汽车载着模拟乘员以48.3 km/h的国际标准碰撞速度驶向质量为80 t的国际标准碰撞试验台。由于障碍物是固定的,所以撞击使汽车的动量一下子变到0,其冲击力相

当于以约100 km/h的速度撞向非固定物体。对该试验的下列分析,正确的是( )

A.汽车前面的发动机舱用料越坚硬、发动机舱越坚固,进行碰撞试验时模拟乘员受到的伤害就越小

B.汽车发生碰撞时,弹出的安全气囊可增加模拟乘员与车接触的时间,从而起到缓冲作用,减小模拟

乘员受到的冲击力

C.相对汽车撞击固定的物体(如墙体)而言,汽车撞击非固定的物体较安全一些

D.如果不系安全带,快速膨开的气囊可能会对模拟乘员造成巨大伤害

15.超强台风“利奇马”在2019年8月10日凌晨1点45分前后在浙江温岭沿海登陆,登陆时中心

附近的最大风力16级(52米/秒),是新中国成立之后登陆我国强度排第五的超强台风,风力大,降水强度大,影响范围广,涉及10个省区市,持续时间长,也是历史上少有的超强台风,对固定建筑物破坏程度巨大。请你根据所学物理知识推算固定建筑物所受风力(空气的压力)与风速(空气流动速度)的

大小关系。假设某一建筑物垂直风速方向的受力面积为S,风速大小为v,风吹到建筑物上后速度瞬间减为零,空气密度为ρ,则风力F 与风速大小v 的关系式为( ) A.F=ρSv B.F=ρSv 2 C.F=1

2

ρSv 3

D.F =ρSv 3

16.水刀切割具有精度高、无热变形、无毛刺、无需二次加工以及节约材料等特点,得到广泛应用。某水刀切割机床如图所示,若横截面直径为d 的水流以速度v 垂直射到要切割的钢板上,碰到钢板后水的速度减为零,已知水的密度为ρ,则钢板受到水的冲击力大小为( )

A.πρd 2v

B.πρd 2v 2

C.14

πρd 2v

D.14

πρd 2v 2

二、非选择题

17.2019年女排世界杯9月14日至29日在日本举行,中国女排取得十一连胜的优异成绩,成功卫冕世界杯冠军,为祖国和人民赢得了荣誉,为新中国成立70周年献上大礼。若某次运动员近网处扣球后排球垂直球网水平飞出,击球前瞬间球的速度可视为零,击球点距离地面h=2.45 m,击球过程中手与球的接触时间t=0.2 s 。已知排球的质量m=280 g,排球场相关数据为:长L=18 m,宽D=9 m 。重力加速度g 取10 m/s 2,空气阻力不计,求:

(1)为使球不被扣出底线,球被击出时的最大速度;

(2)为使球不被扣出底线,击球过程中手对排球的最大平均作用力。

答案

一、选择题

1.A 牛顿第二定律的另一种表达形式为F=Δp ,其中Δp

表示动量的变化率,A 正确;冲量是矢量,B 错误;冲量反映了力对时间的累积效应,只要有力作用一段时间,就有冲量,与物体的运动状态无关,C 错误;冲量的方向与力的方向相同,而力的方向与物体运动的方向却不一定相同,D 错误。

2.C 冲量是力与时间的乘积,力大,冲量不一定大,A 错误;当力与位移垂直时,只要力作用一段时间,该力的冲量就不为零,B 错误;重力和作用时间均相同,则重力的冲量相同,与物体的运动状态无关,C 正确;力的大小恒定,但方向却不一定相同,其相同时间内的冲量不一定相同,D 错误。

3.BCD 只要有力及作用时间,力就会产生冲量,A 错误;冲量是矢量,其方向与力的方向相同,B 正确;作用力与反作用力大小相等,方向相反,同时产生,同时消失,故二力的冲量一定大小相等,方向相反,C 正确;若一个力不等于零,则在一段时间内其冲量一定不为零,D 正确。

4.BD 恒力F 对物体的冲量就是F 与F 的作用时间的乘积,所以B 正确,A 、C 错误;由于物体静止,所受合力为零,故所受合力的冲量也为零,D 正确。

5.C 因缓慢运动,运动员和杠铃均可视为处于平衡状态,则地面对运动员的支持力大小为(M+m)g,作用时间为(t 1+t 2+Δt),故冲量为I=(M+m)g(t 1+t 2+Δt),A、B 均错误;运动员对杠铃的力的大小为Mg,其冲量为I'=Mg(t 1+t 2+Δt),C 正确,D 错误。

6.C 本题为估算题,可以认为撞击前小鸟的速度为零,撞击后小鸟与飞机的速度相等,飞机的速度为

v=1 080 km/h=300 m/s,撞击过程对小鸟分析,由动量定理得Ft=mv-0,解得F=mv t =0.5×300

0.01

N=1.5×104 N,由牛顿第三定律可知飞机受到的撞击力为1.5×104 N,故选C 。

7.C 物体从抛出到落回地面所用的时间为t=2v 0g ,所以整个过程中重力的冲量为I=mg×2v 0g

=2mv 0,故A 、B 错误;物体从抛出至到达最高点所用的时间为t'=v 0g ,上升过程中重力的冲量I'=mg×v 0g =mv 0,方向与重力的方向相同,即竖直向下,故C 正确;由于上升的时间和下落的时间相等,由冲量的定义式I=Ft,可得上升过程和下落过程中动量的变化量大小均为mv 0,且方向都与重力方向相同,即竖直向下,故D 错误。

8.D 由图像可知,在前10 s 内物体的初、末状态的动量相等,p 1=p 2=5 kg ·m/s,由动量定理知I 1=0;在后10 s 内物体的末动量p 3=-5 kg ·m/s,I 2=p 3-p 2=-10 N ·s,故选D 。

9.A 取竖直向上为正方向,则小球与地面碰撞过程中动量的变化量为Δp=mv 2-(-mv 1)=0.2×(6+4) kg ·m/s=2 kg ·m/s,方向竖直向上,A 正确,B 错误;根据动量定理可知,合力的冲量等于动量的变化量,则有I=Δp=2 kg·m/s,C 、D 均错误。

10.AD 在地面时,土的速度为零,被挖掘机运至最高点释放瞬间速度也为零,因此,过程Ⅰ中这部分土的动量改变量为零,A 正确;土在最高点时速度为零,落至车上瞬间速度不为零,因此,过程Ⅱ中这部分土的动量改变量不为零,B 错误;过程Ⅰ中,土不仅受自身重力的作用,还受挖掘机对其的作用力,故此过程中动量的改变量等于重力与挖掘机作用力的合力的冲量,C 错误;过程Ⅱ中,土只受自身重力的作用,故动量的改变量等于重力的冲量,D 正确。

11.A 设雨滴受到支持面的平均作用力为F,在Δt 时间内有质量为Δm 的雨水的速度由v=12 m/s 减为零。以向上为正方向,对这部分雨水应用动量定理有FΔt=0-(-Δmv)=Δmv,得到F=Δm Δt v 。设水杯横截面积为S,对水杯里的雨水,在Δt 时间内水面上升Δh,则有Δm=ρSΔh,得F=ρSv Δ?Δt ,压强p=F

=ρv Δ?=1×103

×12×

45×10-3 Pa=0.15 Pa 。

12.D 在船和码头上装老旧轮胎,是为了在船靠岸时延长作用时间,从而减小船和码头间的作用力。在船和码头上装老旧轮胎并不会改变船舶靠岸过程中动量的变化量,也不会影响船舶靠岸的末动量,选D 。

13.C 运输玻璃器皿等易碎品时,在器皿的四周总是垫着碎纸或海绵等柔软、有弹性的垫衬物,是为了延长作用时间,从而减小冲击力,即可以用动量定理解释;建筑工人戴的安全帽内有帆布垫,把头和帽子的外壳隔开一定的空间,是为了延长作用时间,从而减小冲击力,即可以用动量定理解释;热水瓶胆做成双层,且把两层中间的空气抽去是为了保温,不是为了减小冲击力,不能用动量定理解释;跳高运动中的垫子总是十分松软,是为了延长作用时间,从而减小冲击力,即可以用动量定理解释。本题要求选不能用动量定理解释的,故选C 。

14.BCD 汽车前面的发动机舱用料越坚硬、发动机舱越坚固,进行碰撞试验时汽车与障碍物碰撞的时间越短,根据动量定理FΔt=mΔv,可知F 越大,模拟乘员受到的伤害就越大,A 错误;汽车发生碰撞时,在模拟乘员动量变化相同的情况下,弹出的安全气囊可增加模拟乘员与车接触的时间,从而起到缓冲作用,减小模拟乘员受到的冲击力,B 正确;相对汽车撞击固定的物体(如墙体)而言,汽车撞击非固定的物体时,作用的时间较长,则冲击力较小,驾驶员就较安全一些,C 正确;如果不系安全带,快速膨开的气囊会对模拟乘员产生很大的冲击力,可能会对模拟乘员造成巨大伤害,D 正确。

15.B 设t 时间内吹到建筑物上的空气质量为m,则有m=ρSvt,根据动量定理可得-Ft=0-mv=0-ρSv 2t,解得风力F 与风速大小v 的关系式为F=ρSv 2,故选B 。

16.D 设t 时间内有V 体积的水打在钢板上,则这些水的质量为m=ρV=ρSvt=14

πd 2

ρvt,以这部分水为研究对象,它受到钢板的作用力为F,以水运动的方向为正方向,由动量定理有Ft=0-mv,解得F=-mv t

=-14πd 2ρv 2,则由牛顿第三定律得钢板受到水的冲击力大小为1

4

πd 2ρv 2,选D 。 二、非选择题

17.答案 (1)12.86 m/s (2)18 N

解析 排球恰好落在底线处,球被击出时的速度最大,击球过程中手对排球的平均作用力最大。

(1)排球在空中做平抛运动,

竖直方向:h=12g t 1

2

水平方向:L 2=v m t 1

联立解得v m ≈12.86 m/s

(2)击球过程中,由动量定理有FΔt=mv m-0 代入数据解得F=18 N