人教版 (2019)选择性必修 第一册1 动量精品当堂达标检测题
展开学习目标
02
预习导学
(一)课前阅读:
在激烈的橄榄球赛场上,一个较瘦弱的运动员携球奔跑时迎面碰上了高大结实的对方运动员,自己被碰倒在地,而对方却几乎不受影响.这说明运动物体产生的效果不仅与速度有关,而且与质量有关.碰撞是常见的现象,以宏观、微观现象为例,从生产、生活中的现象(包括实验现象)中提出研究的问题----碰撞前后是否有什么物理量保持不变?
(二)基础梳理
(三)预习作业
1.某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动.然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图所示.在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.
(1)若已得到打点纸带如下图所示,并将测得的各计数点间距离标在图上,A点是运动起始的第一点,则应选________段来计算A的碰前速度,应选_______段来计算A和B碰后的共同速度(以上两格填“AB’’或“BC"或“CD"或"DE”).
(2)已测得小车A的质量m1=0.40kg,小车B的质量m2=0.20kg,由以上测量结果可得:碰前mAvA+mBvB=_____kg·m/s;碰后mAvA’+mBvB’=______kg·m/s.并比较碰撞前后两个小车质量与速度的乘积之和是否相等.
[解析] (1)小车A碰前做匀速直线运动,打在纸带上的点应该是间距均匀的,故计算小车碰前速度应选BC段;CD段上所打的点由稀变密;可见在CD段A、B两小车相互碰撞.A、B撞后一起做匀速运动,所打出的点又应是间距均匀的.故应选DE段计算碰后速度.
(2)碰前mAvA十mBVB==0.420kg·m/s. 碰后 mAvA/十mBvB’=(mA十mB)v=0.417kg·m/s.
其中,vA=BC/Δt=1.05m/s。
vA’=vB’= DE/Δt = 0.695m/s.
通过计算可以发现,在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的mv之和是相等的.
[答案] (1)BC DE (2)0.420 0.417
2.下列说法正确的是( )
A.动量为零时,物体一定处于平衡状态
B.动能不变,物体的动量一定不变
C.物体所受合外力不变时,其动量一定不变
D.物体受到恒力作用也可能做曲线运动
解析:选D 动量为零说明物体的速度为零,但物体速度为零并不一定为平衡状态,如汽车的启动瞬时速度为零,故A错误;动能不变,说明速度的大小不变,但速度的方向是可以变化的,故动量是可能发生变化的,故B错误;物体做匀变速直线运动时,物体的合外力大小不变,但速度大小会变化,故动量的大小也会发生变化,故C错误;物体受到恒力作用时有可能做曲线运动,如平抛运动,故D正确。
03
探究提升
环节一 寻求碰撞中的不变量,认识动量
思考:1.质量不同的两个小球碰撞过程中,猜想什么物理量可能不变?
2.两小车碰撞过程中,由实验数据分析,什么物理量在误差范围内保持不变?
环节二 探究动量的特点
问题探究1:“蹦极”运动中,长弹性绳的一端固定,另一端绑在人身上,人从几十米高处跳下,将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动,从绳恰好伸直,到人第一次下降至最低点的过程中,人的动量 ,(填“先增大后减小”或者“一直增大”) 人的动能 ,(填“先增大后减小”或者“一直增大”)加速度等于零时(即绳对人的拉力等于人所受的重力时),动量和动能 (填“最大”或者“最小”).
解析:先增大后减小,先增大后减小,最大.
环节三 探究动量的变化
问题探究2:在没有空气阻力的条件下,在距地面高为h,同时以相等初速度v0分别平抛、竖直上抛、竖直下抛一质量相等的物体m,当它们从抛出到落地时,比较它们的动量的增量Δp,有( )
A.平抛过程较大 B.竖直上抛过程最大
C.竖直下抛过程较大 D.三者一样大
答案 B
问题探究3:(多选)质量为2 kg的小球自塔顶由静止开始下落,不考虑空气阻力的影响,g取10 m/s2,下列说法中正确的是( )
A.2 s末小球的动能为40 J
B.2 s末小球的动量大小为40 kg·m/s
C.2 s内小球动量的变化量大小为20 kg·m/s
D.2 s内重力的平均功率为200 W
解析:选BD 2 s末小球的速度v=gt=20 m/s,则动能为Ek=eq \f(1,2)mv2=400 J,选项A错误;2 s末小球的动量大小为p=mv=40 kg ·m/s,选项B正确;2 s内小球动量变化量大小为40 kg ·m/s,选项C错误;2 s内重力的平均功率为eq \x\t(P)=mgeq \x\t(v)=eq \f(1,2)mgv=200 W,选项D正确。
04
体系构建
碰撞中的守恒量——动量(矢量、状态量)——动量变化(过程量)
05
记忆清单
一、动量
★学习聚焦:动量的两性
①瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是针对某一时刻或位置而言的。
②相对性:动量的大小与参考系的选取有关,通常是指相对地面的动量。
二、动量与动能
★学习聚焦:动量与动能的比较
三、动量的变化
★学习聚焦:注意方向的处理
0601
强化训练
1、一个质量是0.2kg的钢球,以2m/s的速度水平向右运动,碰到一块坚硬的大理石后被弹回,沿着同一直线以2m/s的速度水平向左运动,碰撞前后钢球的动量有没有变化?变化了多少?
解:取水平向右的方向为正方向,碰撞前钢球的速度v=2m/s,碰撞前钢球的动量为P=mv=0.2×2kg·m/s=0.4kg·m/s。碰撞后钢球的速度为v′=0.2m/s,碰撞后钢球的动量为
p′=m v′=-0.2×2kg·m/s=-0.4kg·m/s。
△p= p′-P=-0.4kg·m/s-0.4kg·m/s=-0.8kg·m/s,且动量变化的方向向左。
2、一个质量是0.2kg的钢球,以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上,入射的角度是45º,碰撞后被斜着弹出,弹出的角度也是45º,速度大小仍为2m/s,用作图法求出钢球动量变化大小和方向?
解:碰撞前后钢球不在同一直线运动,据平行四边形定则,以p′和P为邻边做平行四边形,则△p就等于对解线的长度,对角线的指向就表示的方向:
△p
p′
-p
45º
45º
∴ SKIPIF 1 < 0
方向竖直向上。
3.(多选)关于动量和动能,下列说法中错误的是( )
A.做变速运动的物体,动能一定不断变化
B.做变速运动的物体,动量一定不断变化
C.合外力对物体做功为零,物体动能的增量一定为零
D.合外力对物体做功为零,物体动量的增量一定为零
答案 AD
解析 做变速运动的物体,速度大小不一定变化,动能不一定变化,故A错误;做变速运动的物体,速度发生变化,动量一定不断变化,故B正确;合外力对物体做功为零,由动能定理,物体动能的增量一定为零,故C正确、D错误.
4、判断题
(1)物体质量不变时,运动的速度变化,其动量一定变化.( )
(2)做匀速圆周运动的物体动量不变.( )
(3)动量越大的物体,其速度越大。( )
(4)物体的动量越大,其惯性也越大。( )
答案:
(1)( √ )
(2)( × )
(3)( × )
(4)( × )
5.羽毛球是速度较快的球类运动之一,运动员扣杀羽毛球的速度可达到100 m/s,假设球飞来的速度为50 m/s,运动员将球以100 m/s的速度反向击回.设羽毛球的质量为10 g,试求:
(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量;
(2)运动员击球过程中羽毛球的动能变化量.
答案 (1)1.5 kg·m/s,方向与羽毛球飞来的方向相反 (2)37.5 J
解析 (1)以羽毛球飞来的方向为正方向,则
p1=mv1=10×10-3×50 kg·m/s=0.5 kg·m/s.
p2=mv2=-10×10-3×100 kg·m/s=-1 kg·m/s
所以动量的变化量Δp=p2-p1=-1 kg·m/s-0.5 kg·m/s=-1.5 kg·m/s.
即羽毛球的动量变化量大小为1.5 kg·m/s,方向与羽毛球飞来的方向相反.
(2)羽毛球的初动能:Ek=eq \f(1,2)mv12=12.5 J,羽毛球的末动能:Ek′=eq \f(1,2)mv22=50 J.所以ΔEk=Ek′-Ek=37.5 J.
6.关于动量,以下说法正确的是( )
A.做匀速圆周运动的质点,其动量不随时间发生变化
B.悬线拉着的摆球在竖直面内摆动时,每次经过最低点时的动量均相同
C.匀速飞行的巡航导弹巡航时动量始终不变
D.平抛运动的质点在竖直方向上的动量与运动时间成正比
答案 D
解析 做匀速圆周运动的质点速度方向时刻变化,故动量时刻变化,A项错;单摆的摆球相邻两次经过最低点时动量大小相等,但方向相反,B项错;巡航导弹巡航时虽速度不变,但由于燃料不断燃烧(导弹中燃料占其总质量的一部分,不可忽略),从而使导弹总质量不断减小,导弹动量减小,C项错;平抛运动的质点在竖直方向上的分运动为自由落体运动,在竖直方向的分动量p竖=mvy=mgt,D项正确.
7.质量为0.5 kg的物体,运动速度为3 m/s,它在一个变力作用下速度变为7 m/s,方向和原来方向相反,则这段时间内动量的变化量为( )
A.5 kg·m/s,方向与原运动方向相反
B.5 kg·m/s,方向与原运动方向相同
C.2 kg·m/s,方向与原运动方向相反
D.2 kg·m/s,方向与原运动方向相同
答案 A
解析 以原来的运动方向为正方向,由Δp=mv′-mv得Δp=(-7×0.5-3×0.5) kg·m/s=-5 kg·m/s,负号表示Δp的方向与原运动方向相反.
课程标准
学习目标
理解动量,体会自然界的和谐与统一。
1.利用实验寻求碰撞中的不变量。
2.理解动量及其变化,区分动能与动量。
3.渗透物理学方法的教育, 体会科学探究的要素。
一、寻求碰撞中的不变量
(一)质量不同的两小球碰撞
1、速度之和?
2、动能之和?
3、速度与质量的乘积之和?
(二)两小车碰撞
1、速度之和不相等
2、动能之和并不相等
3、速度与质量的乘积之和
【概念衔接】速度、动能、速度与质量的乘积
【拓展补充】为何要引入动量这个概念?
【即学即练】某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验;气垫导轨装置如图(a)所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通人压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,如图(b)所示,这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。
(1)下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平; ②向气垫导轨通人压缩空气;③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;④滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑤把滑块2放在气垫导轨的中间;⑥先____,然后_______,让滑块1带动纸带一起运动;⑦取下纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如下图所示:⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g;试完善实验步骤⑥的内容。
(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,计算可知,两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为 kg·m/s;两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为______kg·m/s(保留三位有效数字)。
(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是___________________________。
答案:先 接通打点计时器的电源 ,然后 放开滑块1 0.620 0.618 纸带与打点计时器的限位孔有摩擦
【微点拨】误差分为偶然误差与系统误差
二、动量
1.定义:物体的 与 的乘积.
2.表达式: 。
3.单位: ;符号: 。
4.特征:动量是 量(填“状态量”或者“过程量”),是 (填“标量”或者“矢量”),其方向和 的方向相同.
答案:
1.质量 速度
2.p=mv.
3.千克·米/秒 kg·m/s.
4.状态,矢量,速度。
【概念衔接】速度、动能、动量
【拓展补充】区分动能与动量
【即学即练】高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动.在启动阶段,列车的动能( )
A.与它所经历的时间成正比
B.与它的位移成正比
C.与它的速度成正比
D.与它的动量成正比
答案 B
解析 列车启动的过程中加速度恒定,由匀变速直线运动的速度与时间关系可知v=at,且列车的动能为Ek=eq \f(1,2)mv2,由以上整理得Ek=eq \f(1,2)ma2t2,动能与时间的平方成正比,动能与速度的平方成正比,A、C错误;将x=eq \f(1,2)at2代入上式得Ek=max,则列车的动能与位移成正比,B正确;由动能与动量的关系式Ek=eq \f(p2,2m)可知,列车的动能与动量的平方成正比,D错误.
【微点拨】动能是标量,动量是矢量
三、动量的变化
1.动量的变化量Δp是 ,其方向与速度的改变量Δv的方向 .
2.动量的变化量Δp,也称为动量的增量.即Δp= 。
答案:
1. 矢量,相同
2. p′-p.
【概念衔接】动量变化、速度变化都是矢量
【拓展补充】注意方向的处理
【即学即练】2018年俄罗斯世界杯足球比赛中,一足球运动员踢一个质量为0.4 kg的足球。
甲
(1)若开始时足球的速度是4 m/s,方向向右,踢球后,球的速度变为10 m/s,方向仍向右(如图甲所示),则足球的初动量p= ,方向 ,足球的末动量p'= ,方向 ;在这一过程中足球动量的改变量Δp= ,方向 。
乙
(2)若足球以10 m/s的速度撞向球门门柱,然后以3 m/s的速度反向弹回(如图乙所示),则这一过程中足球的动量改变量是 ,方向 。
【微点拨】一维问题,一般规定正方向,用正负号表示方向。
答案:(1)1.6 kg·m/s 向右 4 kg·m/s 向右
2.4 kg·m/s 向右
(2)5.2 kg·m/s 向左
动量
动能
物理意义
描述机械运动状态的物理量
定义式
p=mv
Ek=eq \f(1,2)mv2
标矢性
矢量
标量
变化因素
物体所受合力的冲量
外力所做的功
大小关系
p=eq \r(2mEk)
Ek=eq \f(p2,2m)
对于给定的物体,若动能发生了变化,动量一定也发生了变化;而动量发生变化,动能不一定发生变化。它们都是相对量,均与参考系的选取有关,高中阶段通常选取地面为参考系
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