专题6 动量 动量守恒定律 专项提升练 -2024届高考物理三轮复习情境试题习题+答案

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随着国家教育政策和考试评价体系的不断变化，情境化试题已成为高考物理命题的必然趋势.情境化试题通过创设真实的生产生活、科技创新、体育运动等情境，提出实际问题，让学生在实际问题的解决过程中展现自己的核心素养，既为高校选拔出具有发展潜能的高素质人才，也为知识取向教学转向素养导向教学、落实立德树人教育根本任务指引了方向.
科技情境类试题频繁出现在高考物理试题和一些省市的模拟试题中，这类试题以科技领域的真实情境为测试载体，以物理学科核心素养为测试宗旨，聚焦关键能力、学科素养和思维品质的考查，能较好地契合新课程改革理念及新高考评价体系的要求，也能反映科技领域最新的研究成果，从而引导考生树立民族自信心与自豪感。
一．动量 冲量
（多选）1．（2024•鲤城区校级模拟）2023年7月，中国跳水队在福冈世界游泳锦标赛上取得了优异的成绩。我国的奥运冠军王宗源在此次比赛勇夺3米板金牌。如图为王宗源在比赛中的3D特效分析图像，b为最高点。将王宗源视为质点，假设运动员在竖直面内运动，不计空气阻力和其他动作对轨迹的影响，则王宗源在空中运动过程中（ ）
A．上升过程与下落过程中运动员所受合外力的冲量方向相同
B．运动员的运动是匀变速曲线运动
C．运动员上升过程中一直处于超重状态
D．运动员在a点时重力的功率小于b点时重力的功率
二．动量定理
2．（2024•仓山区校级模拟）如图所示，浙江运动员李玲在参加杭州亚运会女子撑杆跳高比赛时，以4.63m的成绩夺得金牌，并再度刷新亚运会赛事纪录。其完整的撑杆跳高过程可简化为三个阶段——持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落着地。下落时，人杆分离，最后落在软垫上速度减为零。不计空气阻力，则（ ）
A．研究其越杆过程的技术动作可将李玲视作质点
B．李玲在最高点时加速度一定为零
C．李玲在整个跳高过程中机械能守恒
D．李玲落在软垫上的运动过程中，软垫对她的冲量大小等于她对软垫的冲量大小
3．（2024•包头二模）扇车在我国西汉时期就已广泛被用来清选谷物。谷物从扇车上端的进谷口进入分离仓，分离仓右端有一鼓风机提供稳定气流，从而将谷物中的秕粒a（秕粒为不饱满的谷粒，质量较轻）和饱粒b分开。若所有谷粒进入分离仓时，在水平方向获得的动量相同。之后所有谷粒受到气流的水平作用力可视为相同。图中虚线分别表示b谷粒的轨迹。Fa、Fb为相应谷粒所受的合力。下列四幅图中可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
4．（2024•湛江一模）在我国汉代，劳动人民就已经发明了辘轳，如图所示，可转动的把手边缘上a点到转轴的距离为4R，辘轳边缘上b点到转轴的距离为R，忽略空气阻力。在水桶离开水面后加速上升的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．a点与b点的角速度之比为4：1
B．a点的线速度大小与水桶上升的速度大小之比为1：4
C．a点与b点的向心加速度大小之比为4：1
D．绳的拉力对水桶（含桶内的水）的冲量大小等于重力对水桶（含桶内的水）的冲量大小
5．（2024•邵阳一模）如图所示为高速磁悬浮列车在水平长直轨道上的模拟运行图，8节质量均为m的车厢编组运行，其中1号和8号车厢为动力车厢，且额定功率均为P。列车由静止开始以额定功率2P运行，经过一段时间达到最大速度。列车向左运动过程中，1号车厢会受到前方空气的阻力，假设车厢碰到空气前空气的速度为0，碰到空气后空气的速度立刻与列车速度相同，已知空气密度为ρ，1号车厢的迎风面积（垂直运动方向上的投影面积）为S。不计其它阻力，忽略其它车厢受到的空气阻力。当列车以额定功率2P向左运行到速度为最大速度的一半时，2号车厢对3号车厢的作用力大小为（ ）
A．211034P2ρSB．51634P2ρS
C．21203P2ρSD．353P2ρS
6．（2024•北京一模）航天器离子发动机原理如图所示，电子枪发射出的高速电子将中性推进剂离子化（即电离出正离子），正离子被正负极栅板间的电场加速后从喷口喷出，从而使航天器获得推进或调整姿态的反冲力。已知单个正离子的质量为m，电荷量为q，正、负栅板间加速电压为U，从喷口喷出的正离子所形成的电流为I，忽略离子间的相互作用力及离子喷射对航天器质量的影响。该发动机产生的平均推力F的大小为（ ）
A．I2mUqB．ImUqC．ImU2qD．2ImUq
（多选）7．（2024•顺德区二模）如图所示，我国排球主攻手朱婷在某次垫球训练中将下落的排球从垫击面上垫出后，排球竖直向上运动，之后又落回到原位置，假设整个运动过程中排球所受空气阻力大小不变，下列说法正确的是（ ）
A．球上升阶段处于超重状态
B．球上升阶段重力做的功多于下降阶段重力做的功
C．球上升阶段动量的变化率大于下降阶段动量的变化率
D．球从接触手臂到离开手臂的时间内，手臂对排球的冲量不为零
（多选）8．（2024•长沙模拟）如图是链球比赛的场景，运动员双手握住柄环，经过预摆和3～4圈连续加速旋转后用力将链球掷出，将链球整个运动过程简化为加速圆周运动和斜抛运动。若某运动员从空间同一位置将同一链球斜向上抛出，链球在空中运动时可视为质点，两次抛出的初速度方向与水平方向的夹角不同，但链球落地时的位置相同。不计空气阻力，链球两次在空中的运动过程中（ ）
A．均做匀变速曲线运动
B．上升的最大高度可能相等
C．最小速度不相等
D．动量的变化量相等
9．（2023•市中区校级二模）2019年10月1日，在国庆70周年盛大阅兵式上，大国重器东风﹣17高超音速战略导弹震撼曝光!有限的资料显示，东风17高超音速导弹最大速度在6～25马赫之间，射程约为2000公里左右，其战斗部为十分前沿的带翼面承波体结构，通过弹体助推至大气层边缘，并以“打水漂”一样的方式进行滑跃飞行，突防能力极强。值得一提的是，这种“助推﹣滑翔”弹道由我国著名科学家钱学森在上个世纪末40年代首次推出，因此该弹道亦称“钱学森弹道”。已知东风﹣17质量为m，在一次试射机动变轨过程中，东风﹣17正在大气层边缘向东水平高速飞行，速度大小为12马赫（1马赫就是一倍音速，设为v），突然蛇形机动变轨，转成水平向东偏下37°角飞行，速度大小为15马赫。此次机动变轨过程中（ ）
A．合力对东风﹣17做功为81mv2
B．合力对东风﹣17做功为4.5mv2
C．合力对东风﹣17的冲量大小为9mv，方向竖直向下
D．合力对东风﹣17的冲量大小为3mv，方向向东偏下37°
10．（2023•绵阳模拟）如图所示，是某汽车公司设计的能垂直起飞的飞行汽车，该车通过固定在车上的两个单旋翼的高速转动对空气施加向下的力，利用空气的反作用力使汽车上升。已知该汽车空车质量560kg，单旋翼的半径2m。某次试飞时，试飞员的质量60kg，试飞员让汽车起飞后悬停在空中。已知空气的密度1.20kg/m3，重力加速度取10m/s2。则此时旋翼使其下方空气获得的速度约为（ ）
A．7m/sB．10m/sC．14m/sD．20m/s
11．（2023•青羊区校级模拟）在2022年北京冬奥会短道速滑项目男子1000米决赛中，中国选手任子威夺得冠军。如图所示，A、B、A'、B'在同一直线上，O'为AA'的中点，运动员由直线AB经弯道到达直线A'B'，若有如图所示的①②两条路线可选择，其中路线①中的半圆以O为圆心，半径为8m，路线②是以O'为圆心，半径为15m的半圆。若运动员在沿两圆弧路线运动的过程中，冰面与冰刀之间的径向作用力的最大值相等，某一运动员均以不打滑的最大速率通过两条路线中的弯道（所选路线内运动员的速率不变），则下列说法正确的是（ ）
A．在①②两条路线上，运动员的向心加速度大小不相等
B．沿①②两条路线运动时，运动员的速度大小相等
C．选择路线①，运动员所受合外力冲量小
D．选择路线②，运动员所受合外力冲量小
12．（2023•鲤城区校级一模）水刀（如图所示），即以水为刀，本名高压水射流切割技术，以其冷切割不会改变材料的物理化学性质而备受青睐。目前在中国，“水刀”的最大压强已经做到了420MPa。“水刀”在工作过程中，将水从细喷嘴高速喷出，直接打在被切割材料的表面上，假设高速水流垂直打在材料表面上后，立刻沿材料表面散开没有反弹，已知水的密度为ρ＝1.0×103kg/m3，试估算要达到我国目前的“水刀”压强，则该“水刀”喷出的水流速度约为（ ）
A．600m/sB．650m/sC．700m/sD．750m/s
13．（2023•桃城区校级模拟）生活中，有一种叫“弹珠抽奖游戏”的骗局，如图甲所示。为破解该骗局，某研究小组作了深入研究，将装置放置在水平桌面，调整装置前后高度，使得发射端离桌面的竖直高度略低于挡板端离桌面的竖直高度，且装置底板所在平面与水平面的夹角为α，侧视图如图乙。图丙所示的曲线MON为该研究小组某一次实验中弹珠发射后的部分运动轨迹，其中MO为圆周运动的一部分，ON为匀变速曲线运动。不计一切摩擦，重力加速度为g，关于弹珠的运动，下列说法正确的是（ ）
A．从M到N，弹珠的速度时刻在变化，故该过程弹珠的机械能不守恒
B．在ON过程中，弹珠动量的变化量与运动时间成正比，方向不变
C．弹珠在ON过程的加速度为gcsα
D．弹珠从M到O，受到挡板边沿的支持力先增大后逐渐减小至0
14．（2023•温州三模）太阳帆飞船是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器．光压是指光照射到物体上对物体表面产生的压力，从而使航天器获得加速度。假设光子打到帆面上全部反射，地球上太阳光光强（单位时间垂直照射到单位面积上的光能）为I0，地球轨道半径为r0，光在真空中传播速度为c，则在离太阳距离为r的地方，正对太阳的单位面积上的光压为（ ）
A．I0c(r0r)2B．2I0c(r0r)2
C．I0c(r02r)2D．I0c(2r0r)2
三．动量守恒定律
15．（2024•齐齐哈尔一模）如图所示为杂技表演“胸口碎大石”，其原理可解释为：当大石块获得的速度较小时，下面的人感受到的振动就会较小，人的安全性就较强，若大石块的质量是铁锤的150倍，则撞击后大石块的速度可能为铁锤碰撞前速度的（ ）
A．150B．1150C．1250D．1350
16．（2024•碑林区校级模拟）2023年9月21日下午，“天宫课堂”第四课在中国空间站梦天实验舱开讲。航天员演示了球形火焰实验、奇妙“乒乓球”实验、动量守恒实验以及陀螺实验等趣味实验。下列说法正确的是（ ）
A．梦天实验舱中火焰实验的火焰因不受重力而呈现球形
B．梦天实验舱中发生弹性正碰的两钢球组成的系统合力为0
C．梦天实验舱在低于中国空间站的轨道加速后与空间站对接
D．已知中国空间站所在的近似圆轨道的轨道半径、运行周期和引力常量，可以求出地球的密度
17．（2024•青羊区校级模拟）如图甲所示，水平桌面上有一算盘。算珠可穿在固定的杆上滑动，算珠与杆之间的动摩擦因数为μ（未知）。使用时发现某一根杆上有A、B两颗算珠未在归零位。A、B相隔s1＝3.5cm，B与上边框相隔s2＝2cm。现用手指将A以某一初速度拨出，在方格纸中作出A、B运动的v﹣t图像如图乙所示（实线代表A，虚线代表B）。忽略A、B碰撞的时间，g取10m/s2，则（ ）
A．算珠A在碰撞前运动了0.2s
B．算珠与杆之间的动摩擦因数为μ＝0.2
C．算珠A与算珠B在碰撞过程无机械能损失
D．算珠B碰撞后恰好能到达归零位置
（多选）18．（2024•重庆模拟）老鹰俯冲捕猎时的速度可达200km/h，图1是老鹰成功捕获鲤鱼的图片，图2为某同学估算所画的捕获示意图。一质量为2kg的老鹰捕猎前、后的一小段运动近似为半径R＝100m的圆周运动，捕猎前瞬时的水平速度大小v0＝180km/h，鲤鱼质量为0.5kg，老鹰和鱼均可视为质点，忽略鱼的初速度以及捕猎过程中水的作用力，重力加速度g取10m/s2，则（ ）
A．捕猎前、后瞬时，老鹰处于非平衡状态
B．捕猎前、后瞬时，老鹰的加速度大小不变
C．捕猎后瞬时，老鹰的速度大小为40km/h
D．捕猎后瞬时老鹰所受空气作用力比捕猎前瞬时减少5N
19．（2024•南充模拟）图甲为罗马杆滑环窗帘，假设窗帘质量均匀分布在每一个环上，简化为图乙所示模型。水平固定的长杆上有3个相同的滑环，滑环均近似看成质点。若窗帘完全拉开，相邻两环间距离为L＝0.2m。开始时滑环均位于长杆右侧边缘处，彼此接触但不挤压。现给1号滑环一个向左的初速度v10＝2m/s，已知滑环与杆之间的动摩擦因数为μ＝0.1。假设前、后两滑环之间的窗帘绷紧瞬间，两滑环立即获得相同速度，窗帘绷紧用时极短，可忽略不计，不计空气阻力，整个过程中1号滑环未与杆左侧相撞，重力加速度g取10m/s2，求：
（1）2号滑环获得的初速度v20的大小；
（2）1号滑环滑行的总距离d。
20．（2023•山东模拟）在空间技术发展过程中，喷气背包曾经作为宇航员舱外活动的主要动力装置，它能让宇航员保持较高的机动性。如图所示，宇航员在距离空间站舱门为d的位置与空间站保持相对静止，启动喷气背包，压缩气体通过横截面积为S的喷口以速度v1持续喷出，宇航员到达舱门时的速度为v2。若宇航员连同整套舱外太空服的质量为M，不计喷出气体后宇航员和装备质量的变化，忽略宇航员的速度对喷气速度的影响以及喷气过程中压缩气体密度的变化，则喷出压缩气体的密度为（ ）
A．2Mv12Sdv22B．Mv122Sdv22
C．2Mv22Sdv12D．Mv222Sdv12
21．（2023•张家界模拟）已知一滴雨珠的重力可达蚊子体重的几十倍，但是下雨时蚊子却可以在“雨中漫步”。为研究蚊子不会被雨滴砸死的诀窍，科学家用高速相机拍摄并记录蚊子的运动情况，研究发现蚊子被雨滴击中时并不抵挡雨滴，而是与雨滴融为一体，顺应雨滴的趋势落下，随后迅速侧向微调与雨滴分离。已知蚊子的质量为m，初速度为零；雨滴质量为50m，击中蚊子前竖直匀速下落的速度为v，蚊子与雨滴的作用时间为t，以竖直向下为正方向。假设雨滴和蚊子组成的系统所受合外力为零。则（ ）
A．蚊子与雨滴融为一体后，整体的的速度大小为151v
B．蚊子与雨滴融为一体的过程中，雨滴的动量变化量为5051mv
C．蚊子与雨滴融为一体的过程中，蚊子受到的平均作用力为50mv51t
D．若雨滴直接砸在静止的蚊子上，蚊子受到的平均作用力将变小
四．动量与能量的其他综合应用
22．（2024•湖南模拟）超市里用的购物车为顾客提供了购物方便，又便于收纳，收纳时一般采用完全非弹性碰撞的方式把购物车收到一起，如图甲所示。某兴趣小组在超市对同款购物车（以下简称“车”）的碰撞进行了研究，分析时将购物车简化为可视为质点的小物块，已知车的净质量为m＝15kg，g＝10m/s2。
（1）首先测车与超市地面间的动摩擦因数：取一辆车停在水平地面上，现给它向前的水平初速度v0＝2m/s，测得该车能沿直线滑行x0＝2m，求车与超市地面间的动摩擦因数μ；
（2）取编号为A、B的车，B车装上m0＝15kg的货物后停在超市水平地面上，空车A的前端装上轻弹簧，将A车停在B车的正后方且相距x＝5.5m处。现给A车施加向前的水平推力F0＝75N，作用时间t0＝1s后撤除。设A车与B车间的碰撞为弹性正碰（忽略相互作用时间），两车所在直线上没有其他车，求在A车运动的全过程中A车与地面间产生的摩擦热；
（3）如图乙所示，某同学把n（n＞2）辆空车等间距摆在超市水平地面上的一条直线上，相邻两车间距为d＝1m，用向前的水平恒力F＝300N一直作用在1车上，推着1与正前方的车依次做完全非弹性正碰（碰撞时间极短），通过计算判断，他最多能推动多少辆车？[已知nk−1 k（k+1）=n(n+1)(n+2)3，ni−1 k2=n(n+1)(2n+1)6]
23．（2024•顺德区二模）台球是深受大众喜爱的娱乐健身活动。如图，运动员采用“点杆”击球法（当球杆杆头接触母球的瞬间，迅速将杆抽回，母球离杆后与目标球发生对心正碰，视为弹性碰撞）击打母球，使得目标球被碰撞后经CD边反弹进入球洞A，这种进球方式被称为“翻袋”进球法。已知两球质量均为0.2kg，且可视为质点，球间距离为0.9m，目标球与CD挡壁间虚线距离为0.3m，目标球被CD挡壁反弹后向A球洞运动方向与AC挡壁间夹角为30°，AC=332m，球与桌面间阻力为重力的13，球与挡壁碰撞过程中损失34的动能，重力加速度g＝10m/s2。
（1）求母球在桌面做直线运动时的加速度大小；
（2）若某次击打后母球获得的初速度为1m/s，且杆头与母球的接触时间为0.05s，求母球受到杆头的平均冲击力大小；
（3）若击打后母球获得速度v0＝5m/s，求目标球被碰撞后的速度大小；
（4）若能到达球洞上方且速率小于6m/s的球均可进洞，为使目标球能进洞，求母球初速度需要满足的条件。（计算结果都可以用根号表示）
五．验证动量守恒定律
24．（2024•长春一模）2023年9月21日下午，“天宫课堂”第四课中神舟十六号三位宇航员景海鹏、朱杨柱、桂海潮通过精彩的实验面向全国青少年进行太空科普授课。其中一个情境为动量守恒演示实验：质量为500g的大钢球A静止悬浮在空中，宇航员用手推出质量为100g的小钢球B，使它以一定的初速度水平向左撞向大钢球A，撞后小钢球B水平向右运动，大钢球A水平向左运动，如图所示。已知后面的背景板上小方格的边长为10cm，为了验证两球组成的系统在碰撞中动量守恒，除了以上给出的实验数据外，还需要测量的物理量是（ ）
A．两个钢球的直径
B．两个钢球的碰撞时间
C．手对小钢球B推力的冲量
D．两钢球碰撞前后各自运动的距离和对应时间