2022年高中物理选修3-4课后习题和答案以及解释 .pdf
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1、高中物理选修 3-4 课后习题和答案及解释课后练习一第 1 讲冲量与动量1. 质点受两个方向相反的恒力F1、 F2 作用 . 其中 F1 的大小为4N,作用时间为20s;F2 的大小为 5N,作用时间为16s. 则质点在整个过程中受到的冲量大小为 . 答案: 0 详解: 4*20 - 5*16,减号是因为两个冲量反向。2. 如图所示,光滑水平面上有大小相同的A、 B 两球在同一直线上运动. 两球质量关系为mB=2mA,规定向右为正方向,A、B两球的动量均为6 kg?m/s,运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量增量为4 kg?m/s. 则( ) A.左方是 A球,碰撞后A 、 B两球速度大小之比
2、为25 B.左方是 A球,碰撞后A 、 B两球速度大小之比为110 C.右方是 A球,碰撞后A 、 B两球速度大小之比为25 D.右方是 A球,碰撞后A 、 B两球速度大小之比为110 答案: A 详解: 因为二者动量都是正,于是速度方向相同,要保证二者相碰,左边那个要去追右边的,于是左球速度大,因为B质量大,于是B速度小,于是右球是B. 碰后 A动量是 2 kg?m/s 据动量守恒,B动量是 10 kg?m/s. 动量除以质量得到速度比。3. 在光滑水平面上,A 和 B两小球沿同一方向做直线运动,A 以 10kg?m/s 的动量和正前方动量为 15kg?m/s 的 B球正碰 . 设原速度方向
3、为正方向, 则 A和 B动量的变化可能是( ) A.5kg?m/s 和 5kg?m/s B.-5kg?m/s和 5kg?m/s C.-5kg?m/s和 10kg?m/s D.5kg?m/s和-5kg?m/s 答案: B 详解:因为A在 B后方嘛,碰后A会减速, B会加速,于是A动量必然减小,根据动量守恒,C不可能, B才对。4. 一只小船静止在水面上, 一个人从小船的一端走到另一端, 不计水的阻力, 以下说法正确的是( ) A.人在小船上行走时, 人对船的冲量比船对人的冲量小, 所以人向前运动得快, 小船向后退得慢B.人在小船上行走时, 人的质量比船的质量小, 它们受到的冲量大小一样, 所以人
4、向前运动得快, 小船向后退得慢C.当人停止走动时, 因为小船惯性大, 所以小船要继续后退精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 11 页D.当人停止走动时, 因为总动量守恒, 所以小船也停止后退答案: BD 详解:冲量大小肯定是一样的。因为这就是作用力和反作用力的冲量。然而人质量小,于是速度改变量大,于是人走得快。D说得很明确了,就是因为动量守恒,船必停。5. 汽锤质量m=60kg,从高 h=1.28m 处自由落下 , 跟地面间碰撞的时间为t=0.1s.求地面所受到的平均作用力. 答案: 3588N 详解:先算落地速度,从1.2
5、8 米高度落地,根据自由落体公式,速度是5.0m/s (g取 9.8) 然后落地速度减为0,根据 Ft = m v,F = 3000N 。然后加上重力588N即可6. 关于冲量跟物体受力情况和运动状态的关系, 下列说法正确的是( ) A.物体受到的冲量越大,物体的速度也越大B.物体受到的冲量越大,它受到的冲力也越大C.物体受到的冲量越大,它的加速度也越大D.物体受到的冲量越大,它的动量的变化量也越大答案: D 详解:冲量表征的是动量变化量。D就是按定义判断的。A错,冲量和速度没什么关系。B错,力作用时间未知。C错,力作用时间和物体质量都未知。7. 用一根细线悬挂一个重物,把重物拿到一定高度后突
6、然释放,重物可将线拉断,如果在细线上端拴一段橡皮筋,再从同样高度释放重物,细线不再被拉断,这是因为拴上橡皮筋后在细线绷直时与不拴橡皮筋相比较()A重物的动量减小 B重物动量改变量减小C重物所受冲量减小 D重物动量的变化率减小答案: D 详解:重物动量改变量不少,但是动量改变的时间大大延长了。不拉皮筋,动量瞬间变为0,有了皮筋,动量要过一会儿才减为0. 动量改变量不少,也就是受到的冲量不变。这么看,只有 D对。8. 把一个乒乓球竖直向上抛出, 若空气阻力大小不变, 则乒乓球上升到最高点和从最高点返回到抛出点的过程相比较( ) A.重力在上升过程的冲量大B.合外力在上升过程的冲量大C.重力的冲量在
7、两个过程中的方向相反D.空气阻力的冲量在两个过程中的方向相反答案: BD 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 11 页详解:二者位移一样,然而上升过程阻力和重力都同向,下降过程阻力和重力反向,于是上升过程加速度大,时间短,重力冲量小。比较速度改变量,因为回到抛出点速度必然小于初速度,于是上升过程改变量大,上升过程合外力冲量大。C 项,重力方向不变,重力冲量方向也不变,都是竖直向下。D项空气阻力反向,于是冲量方向也是反向。第 2 讲 动量守恒定律及其应用1. 一个人坐在光滑冰面上静止的小车中,人与车总质量为M 70kg, 当他
8、接到一个质量m = 20kg,以速度v5.0m/s 迎面滑来的木箱后立即以相对于地面为v 5.0m/s 的速度逆着木箱原来滑行的方向将木箱推出,则小车获得的速度大小是多少?( 保留一位小数 ) 答案: 2.9m/s 详解,由系统动量守恒得:MV0 - m v = mv 于是 V0可以算出是2.9m/s 2. 如图所示的装置中,木块B与水平桌面间的接触是光滑的,子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短。把子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象,则此系统在子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中( ) A动量守恒、机械能守恒 B动量不守恒、机械能守恒 C动量守恒、机械能不守恒 D动
9、量不守恒、机械能不守恒答案: D 详解:机械能必然不守恒,因为子弹和木块之间的作用摩擦生热。动量也不守恒,因为水平方向系统是受到墙壁的作用力的。3. 分析下列情况中系统的动量是否守恒()A如图 2 所示,小车停在光滑水平面上,车上的人在车上走动时,对人与车组成的系统B子弹射入放在光滑水平面上的木块中对子弹与木块组成的系统( 如图 3) C子弹射入紧靠墙角的木块中,对子弹与木块组成的系统D斜向上抛出的手榴弹在空中炸开时答案: ABD 详解: AB严格符合动量守恒的条件。C 不行,因为系统水平方向受到墙的作用力。D可以,爆炸瞬间作用力极大,这一瞬间可以忽略其他比较小的力(比如重力) ,动量爆炸瞬间
10、动量守恒。4. 如图甲所示, 一轻质弹簧的两端与质量分别为m1和 m2的两物块 A、B相连接, 并静止在光滑的水平面上.现使 A 瞬时获得水平向右的速度3m/s,以此刻为计时起点,两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示,从图象信息可得( ) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 11 页A.在 t1 、t3 时刻两物块达到共同速度1m/s,且弹簧都是处于压缩状态B.从 t3 到 t4 时刻弹簧由压缩状态恢复到原长C.两物体的质量之比为m1:m2=1:2 D.在 t2 时刻 A和 B的动能之比为Ek1: Ek2=1:8 答案:
11、CD 详解: t1 时刻弹簧压缩,这点很明显,t3 时刻之前, B速度大于A速度,因此这段时间B和A之间的距离越拉越大,t3 时刻弹簧是拉伸的。AB不对。至于质量比,因为t1 时刻二者速度都是1m/s。于是可以根据动量守恒和初始条件,轻松求得 C对。质量比由C项求出, t2 时刻速度比由图得出,于是动能比好算了,D正确。5. 木块 a 和 b 用一根轻弹簧连接起来,放在光滑水平面上,a 紧靠在墙壁上,在b 上施加向左的水平力使弹簧压缩,如图1 所示,当撤去外力后,下列说法中正确的是()Aa 尚未离开墙壁前,a 和 b 系统的动量守恒Ba 尚未离开墙壁前,a 与 b 系统的动量不守恒Ca 离开墙
12、后, a、b 系统动量守恒Da 离开墙后, a、b 系统动量不守恒答案: BC 详解: a 未离开墙壁时,系统受到墙壁的水平力作用,动量不守恒。A离开墙后,系统水平方向不受外力,动量守恒很显然。6. 一列车沿平直轨道以速度v0 匀速前进, 途中最后一节质量为m的车厢突然脱钩, 若前部列车的质量为M ,脱钩后牵引力不变,且每一部分所受摩擦力均正比于它的重力,则当最后一节车厢滑行停止的时刻,前部列车的速度为( ) 答案: B 详解:列车原来做匀速直线运动,牵引力 F 等于摩擦力f ,f=k(m M)g(k 为比例系数 ) ,因此,整个列车所受的合外力等于零尾部车厢脱钩后,每一部分所受摩擦力仍正比于
13、它们的重力因此,如果把整个列车作为研究对象,脱钩前后所受合外力始终为零,在尾部车厢停止前的任何一个瞬间,整个列车 ( 前部 +尾部 ) 的动量应该守恒 考虑刚脱钩和尾部车厢刚停止这两个瞬间,由(m+M)v0=0+Mv得此时前部列车的速度为7. 在光滑水平面上有两辆车,上面分别站着A、B两个人, 人与车的质量总和相等,在 A的手中拿有一个球,两车均保持静止状态,当A将手中球抛给B,B接到后,又抛给A,如此反复多次,最后球落在B的手中,则关于A、B速率大小是()精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 11 页AA、B两车速率相等 B
14、A车速率大CA车速率小 D两车均保持静止状态答案: B 详解:全部的车和人,以及那个球,是一个系统,动量守恒。现在系统分成了两部分,A车和人, B车和人和球。现在两部分速度方向相反,在相互远离。明显前者质量小,于是根据动量守恒,前者速率大。第 3 讲 相互作用过程中的能量转化1. 一个质量为0.3kg 的弹性小球, 在光滑水平面上以6m/s 的速度垂直撞到墙上,碰撞后小球沿相反方向运动, 反弹后的速度大小与碰撞前相同。则碰撞前后小球速度变化量的大小为v和碰撞过程中墙对小球做功的大小W为()Av=0 Bv=12m/s CW=0 D W=10.8J 答案: BC 详解: B明显对,速度变化量就是6
15、 - (-6 ) = 12m/s 。小球动能不变,因此W是 0. 2. 在原子核物理中,研究核子与核子关联的最有效途径是双电荷交换反应 ,这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似,如图3,两个小球A和 B 用轻质弹簧相连,在光滑的水平直轨道上处于静止状态,在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P ,右边有一小球C沿轨道以速度 v0 射向 B球,如图所示。C与 B发生碰撞并立即结成一个整体D,在它们继续向左运动的过程中,当弹簧长度变到最短时,长度突然被锁定,不再改变,然后,A 球与挡板P 发生碰撞,碰后,A、D都静止不动, A与 P接触而不粘连过一段时间,突然解除锁定(锁定及解除锁定均无机械能损失)
16、。已知 A、B、 C三球的质量均为m 。(1)求弹簧长度刚被锁定后A球的速度?(2)求在 A球离开挡板P之后的运动过程中,弹簧的最大弹性势能?答案: (1)(2)详解: (1) 设 C球与 B球碰撞结成D时,D 的速度为v1,mv0=2mv1 当弹簧压至最低时,D 与 A有共同速度 , 设此速度为v2,2mv1=3mv2 两式联立求得A的速度 v2= v0 (2) 设弹簧长度被锁定后, 储存在弹簧中的弹性势能为Ep,Ep= ?2mv12- ?3mv22 撞击 P后 ,A、D均静止 . 解除锁定后, 当弹簧刚恢复到原长时,弹性势能全部转为D球的动能,设此时 D的速度为v3 ?2mv32=Ep 以
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