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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭复习练习题
展开题组一 子弹打木块模型
1.(2024湖南长沙模拟)如图所示,一沙袋用不可伸长的轻细绳悬于O点。开始时沙袋处于静止状态,此后弹丸以水平速度击中沙袋后均未穿出。第一次弹丸的速度为v1,打入沙袋后二者共同向右摆动的最大摆角为30°。当它们第1次返回图示位置时,第2粒弹丸以水平速度v2击中沙袋,使沙袋向右摆动且最大摆角仍为30°,若弹丸质量是沙袋质量的,忽略空气阻力,则以下结论正确的是( )
A.v1∶v2=41∶42B.v1∶v2=41∶83
C.v1∶v2=1∶1D.v1∶v2=42∶41
2.(2024福建宁德高二月考)质量为m'的木块在光滑水平面上以速度v1向右运动,质量为m的子弹以速度v2水平向左射入木块,要使木块停下来,必须使发射子弹的数目为(子弹均留在木块中不穿出)( )
A.B.
C.D.
3.(2024安徽芜湖高二月考)如图所示,子弹水平射入放在光滑水平地面上静止的木块,子弹未穿透木块,此过程木块的动能增加了6 J,那么此过程产生的内能可能为( )
A.16 JB.2 JC.6 JD.4 J
4.(2024江西九江高二月考)悬绳下吊着一个质量为m'=9.99 kg的沙袋,构成一个单摆,摆长L=1 m。一颗质量m=10 g的子弹以v0=500 m/s的水平速度射入沙袋,瞬间与沙袋达到共同速度(不计悬绳质量,g取10 m/s2),则此时悬绳的拉力为( )
A.35 NB.100 N
C.102.5 ND.350 N
题组二 滑块—木板模型
5.(2024山东德州高二期末)如图所示,光滑水平面上有质量为m且足够长的木板,木板上放一质量也为m、可视为质点的木块。现分别使木块获得向右的水平初速度v0和2v0,两次运动均在木板上留下划痕,则两次划痕长度之比为( )
A.1∶4B.1∶4
C.1∶8D.1∶12
6.(多选)(2024河南南阳高二月考)如图所示,A、B两木块靠在一起放于光滑的水平面上,A、B的质量分别为mA=2.0 kg,mB=1.5 kg,一个质量为mC=0.5 kg的铁块C以v0=8 m/s的速度滑到木块A上,离开木块A后最终与木块B一起匀速运动。若木块A在铁块C滑离后的速度为vA=0.8 m/s,铁块C与木块A、B间动摩擦因数均为μ=0.4,g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A.铁块C在滑离A时的速度为2.4 m/s
B.木块B的长度至少为0.24 m
C.铁块C在木块B上滑行的时间为3.0 s
D.全过程铁块C克服摩擦力做的功为15.64 J
7.(多选)(2024湖北荆州高三月考)如图所示,将质量为m'的木板静止地放在光滑水平面上,质量为m的物块以水平初速度v0由木板左端开始向右运动,恰能滑至木板的右端与木板相对静止。已知物块与长木板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,物块可视作质点。下列判断正确的是( )
A.木板与物块的共同速度大小为v0
B.木板的长度为
C.滑动摩擦力对木板做的功为
D.物块滑动过程中产生的热量为
8.(2024河南驻马店高二月考)如图所示,在光滑水平面上有B、C两个木板,B的上表面光滑,C的上表面粗糙,B上有一个可视为质点的物块A,A、B、C的质量分别为3m、2m、m。A、B以相同的初速度v向右运动,C以速度v向左运动。B、C的上表面等高,二者发生完全非弹性碰撞但并不粘连,碰撞时间很短。A滑上C后恰好能到达C的中间位置,C的长度为L,不计空气阻力。求:
(1)木板C的最终速度大小;
(2)木板C与物块A之间的摩擦力Ff大小;
(3)物块A滑上木板C之后,在木板C上做减速运动的时间t。
B组关键能力提升练
9.(多选)(2024山东莱芜高二月考)小车静止在光滑水平面上,站在车上的人练习打靶,靶装在车的另一端,如图所示。已知车、人、枪和靶的总质量为m'(不含子弹),每颗子弹质量为m,共n发,打靶时,枪口到靶的距离为d,若每发子弹打入靶中,就留在靶里,且待前一发子弹打入靶中后,再打下一发。则以下说法正确的是( )
A.待打完n发子弹后,小车将以一定的速度向右匀速运动
B.待打完n发子弹后,小车应停在射击之前位置的右方
C.在每一发子弹的射击过程中,小车所发生的位移相同,大小均为
D.在每一发子弹的射击过程中,小车所发生的位移不相同
10.(多选)(2024山东济宁高二月考)如图所示,质量为m'的木块放在光滑的水平面上,质量为m的子弹以水平速度v0射中木块,并最终留在木块中与木块一起以速度v运动,已知当子弹相对木块静止时,木块前进距离L,子弹进入木块的深度为s,此过程经历的时间为t。若木块对子弹的阻力大小Ff视为恒定,则下列关系式正确的是( )
A.FfL=m'v2B.Fft=mv0-mv
C.v=D.Ffs=mv2
11.(2024湖北十堰高二月考)如图所示,光滑水平面上放一木板A,质量m'=4 kg,小铁块B(可视为质点)质量为m=1 kg,木板A和小铁块B之间的动摩擦因数μ=0.2,g取10 m/s2,小铁块B以v0=10 m/s的初速度从木板A的左端冲上木板,恰好不滑离木板。
(1)A、B的加速度分别为多少?
(2)经过多长时间A、B速度相同,相同的速度为多少?
(3)求薄木板的长度。
C组核心素养拔高练
12.(2024海南海口高二期末)如图所示,一长木板在光滑的水平面上以速度v0向右做匀速直线运动,将一滑块无初速度地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m,它们之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。
(1)滑块相对木板静止时,求它们的共同速度大小;
(2)某时刻木板速度是滑块的2倍,求此时滑块到木板最右端的距离;
(3)若滑块轻放在木板最右端的同时,给木板施加一水平向右的外力,使得木板保持匀速直线运动,直到滑块相对木板静止,求此过程中滑块的运动时间以及外力所做的功。
参考答案
分层作业8 子弹打木块模型和滑块—木板模型
1.B 解析 根据摆动过程中机械能守恒和两次沙袋摆动的角度相等可知,两次沙袋被击中后的速度相同,设为v,用m'表示沙袋的质量,m表示弹丸的质量,则m'=40m,以水平向右为正方向,由动量守恒定律,第一次有mv1=(m'+m)v,第二次有mv2-(m'+m)v=(m'+2m)v,解得v1∶v2=41∶83,B正确。
2.C 解析 设发射子弹的数目为n,选择n颗子弹和木块组成的系统为研究对象,系统在水平方向所受的合外力为零,满足动量守恒的条件。以子弹运动的方向为正方向,由动量守恒定律有nmv2-m'v1=0,得n=,所以选项C正确。
3.A 解析 设子弹的质量为m0,初速度为v0,木块的质量为m,子弹打入木块的过程中,子弹与木块组成的系统动量守恒,即m0v0=(m+m0)v,此过程产生的内能等于系统损失的动能,即ΔE=m0(m+m0)v2=mv2,而木块获得的动能Ek木=mv2=6J,则ΔE>6J,A正确。
4.C 解析 子弹打入沙袋的过程中,对子弹和沙袋组成的系统由动量守恒定律得mv0=(m+m')v,得子弹与沙袋的共同速度v=m/s=0.5m/s。对子弹和沙袋组成的系统,子弹射入沙袋瞬间,合外力提供向心力,有FT-(m+m')g=(m+m'),得悬绳的拉力FT=(m+m')g+(m+m')=102.5N,故C正确。
5.A 解析 木块从开始运动到相对木板静止的过程中,木块和木板组成的系统水平方向动量守恒,取水平向右为正方向,则有mv0=(m+m)v,解得v=;根据能量守恒定律有μmgs=(m+m)v2,解得划痕长度s=;同理,当木块的初速度为2v0时,则划痕长度s'=,故两次划痕长度之比为s∶s'=1∶4,故A正确,B、C、D错误。
6.ABD 解析 铁块C在滑离A的瞬间,由动量守恒定律mCv0=(mA+mB)vA+mCvC,代入数据解得vC=2.4m/s,所以A正确;铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度,铁块C和B作用过程中动量守恒、能量守恒,有mCvC+mBvA=(mC+mB)vB,(mC+mB)+μmCgx1=mCmB,因铁块C没有从木块B上掉下来,所以木块B的长度L≥x1,联立以上方程代入数据,解得L≥0.24m,即木块B的长度至少为0.24m,所以B正确;由B选项分析,可得C与B共速的速度为vB=1.2m/s,C滑上B后做匀减速运动,加速度为aC=μg=4m/s2,则铁块C在木块B上滑行的时间为t==0.3s,所以C错误;C刚滑上A时,C做匀减速运动,A做匀加速运动,则C的总位移为x2==7.82m,则全过程铁块C克服摩擦力做的功为Wf=Ffx2=15.64J,所以D正确。
7.BD 解析 根据动量守恒mv0=(m'+m)v,解得v=v0,故A错误;根据能量守恒(m'+m)v2=μmgL,解得L=,故B正确;滑动摩擦力对木板做的功为W=ΔEk=m'v2=,故C错误;物块滑动过程中产生的热量为Q=(m'+m)v2=,故D正确。
8.解析 (1)设水平向右为正方向,B、C碰撞过程中动量守恒有2mv-mv=(2m+m)v1
解得v1=
A滑到C上,A、C动量守恒有3mv+mv1=(3m+m)v2
解得v2=v。
(2)根据能量关系可知,在A、C相互作用过程中,木板C与物块A之间因摩擦产生的热量为Q=×3mv2+(3m+m)
Q=Ff·
联立解得Ff=。
(3)在A、C相互作用过程中,以C为研究对象,由动量定理得Fft=mv2-mv1
解得t=。
答案 (1)v (2) (3)
9.BC 解析 车、人、枪、靶和n颗子弹组成的系统动量守恒,系统初动量为0,故末动量也为0,子弹打完后,车子不可能向右匀速运动;每射击一次,车子都会右移,所以子弹打完后,车子停在射击之前位置的右方,故A错误,B正确。每发子弹打入靶中,就留在靶里,且待前一发打入靶中后,再打下一发,因此每次射击,以一颗子弹和车、人、枪、靶、(n-1)颗子弹为研究对象,根据动量守恒有0=m-[m'+(n-1)m]×,由位移关系有x车+x子=d,解得x车=,故C正确,D错误。
10.AB 解析 由动能定理,对木块可得FfL=m'v2,故A正确;以向右为正方向,由动量定理,对子弹可得-Fft=mv-mv0,故B正确;对木块、子弹整体,根据动量守恒定律得mv0=(m'+m)v,解得v=,故C错误;根据能量守恒定律得Ffs=(m'+m)v2,故D错误。
11.解析 (1)对小铁块B受力分析,由牛顿第二定律有μmg=maB,即aB=μg=2m/s2
对木板A受力分析,由牛顿第二定律有
μmg=m'aA,即aA==0.5m/s2。
(2)由于A、B组成的系统所受合外力为零,则A、B组成的系统动量守恒,有
mv0=(m+m')v共
代入数据解得v共=2m/s
由于木板A做匀加速直线运动,则v共=aAt
代入数据解得t=4s。
(3)设薄木板的长度为L,则对A、B整体由动能定理有
-μmgL=(m+m')
代入数据解得L=20m。
答案 (1)0.5 m/s2 2 m/s2 (2)4 s 2 m/s (3)20 m
12.解析 (1)由于地面光滑,则木板与滑块组成的系统动量守恒,有2mv0=(m+2m)v共
解得v共=。
(2)由于木板速度是滑块的2倍,则有
v木=2v滑
根据动量守恒定律有2mv0=2mv木+mv滑
联立得v滑=v0,v木=v0
再根据功能关系有
-μmgx=×2m×2m
解得x=。
(3)对滑块进行受力分析,并根据牛顿第二定律有μmg=ma滑
滑块相对木板静止时有v0=a滑t
解得t=
由于木板保持匀速直线运动,则有
F=μmg
整个过程中木板滑动的距离为x'=v0t=
则外力所做的功为W=Fx'=m。
答案 (1) (2) (3) m
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