高中物理动量定理综合题

一质量为m=2000 kg的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶。行驶过程中，司机忽然发现前方100 m处有一警示牌。立即刹车。刹车过程中，汽车所受阻力大小随时间变化可简化为图（a）中的图线。图（a）中，0~t ₁时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间（这段时间内汽车所受阻力已忽略，汽车仍保持匀速行驶），t ₁=0.8 s；t ₁~t ₂时间段为刹车系统的启动时间，t ₂=1.3 s；从t ₂时刻开始汽车的刹车系统稳定工作，直至汽车停止，已知从t ₂时刻开始，汽车第1 s内的位移为24 m，第4 s内的位移为1 m。

（1）在图（b）中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的 v- t图线；    

（2）求 t ₂时刻汽车的速度大小及此后的加速度大小；    

（3）求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及 t ₁~ t ₂时间内汽车克服阻力做的功；司机发现警示牌到汽车停止，汽车行驶的距离约为多少（以 t ₁~ t ₂时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度）？

导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识。如图所示，固定于水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中，金属直导线在与其垂直的水平恒力的作用下，在导线框上以速度做匀速运动，速度与恒力方向相同，导线始终与导线框形成闭合电路，已知导线电阻为，其长度，恰好等于平行轨道间距，磁场的磁感应强度为，忽略摩擦阻力和导线框的电阻。

（1）通过公式推导验证：在时间内，也等于导线中产生的焦耳热。
（2）若导线的质量=8.0，长度=0.1，感应电流=1.0，假设一个原子贡献1个自由电子，计算导线中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率（下表中列出了一些你可能用到的数据）。

（3）经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动自由电子和金属离子（金属原子失去电子后剩余部分）的碰撞，展开你想象的翅膀，给出一个合理的自由电子运动模型：在此基础上，求出导线中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力的表达式。

在光滑水平面上，有A、B两个小球在一条直线上相向运动.已知A球质量m_a="2" kg，以速度v_a="1" m/s向右运动；B球质量m_b="4" kg，以速度v_b="5" m/s向左运动，碰后A反向，以7 m/s的速度运动.求碰撞后B球的速度.

自动称米机已被许多大粮店广泛使用，买者认为：因为米流落到容器中时有向下的冲力而不划算；卖者则认为：当预定米的质量数满足时，自动装置即刻切断米流时，此刻尚有一些米仍在空中，这些米是多给买者的，因而双方争执起来，究竟哪方说得对而划算呢？（原理如图16-9）

图16-9

在弹性海绵垫的正上方h₁高处，将重为G的小球以速率v₀竖直下抛，落垫后反弹的高度为h₂.设球与海绵垫第一次接触的时间为t,求在此时间内球对海绵垫的平均作用力的大小.(空气阻力不计，重力加速度为g)
吴仑同学给出了如下解答：设在时间t内海绵垫对球的平均作用力大小为F，球第一次刚接触海绵垫时的速率为v₁、刚离开海绵垫时的速率为v₂,则由动量定理得
Ft="Δp                                                          " ①
Δp=mv₂-mv₁                                                     ②
由机械能守恒定律得
mv₀²+mgh₁=mv₁²                                             ③
mv₂²=mgh₂                                                    ④
由①②③④式求得F=.                    ⑤
(解题过程到此结束)
试指出上述解答过程中是否有不妥之处，若有，请指出其不妥之处，并给出正确的解答.

光滑水平桌面上有一根长0.4 m的细绳l，一端固定在桌上的O点，另一端系一质量为20 g的小球(如图1-6)，小球在A点受到与绳相垂直的0.04 N·s的冲量后做圆周运动.试求：

图1-6
(1)小球受到冲量后绳的拉力.
(2)小球从A点运动半周后，绳碰到一枚钉子B,OB="0.3" m,此时绳对球拉力是多大？

如图所示，质量为阴的小球以初速度v₀。做平抛运动，经过一段时间t后，速度方向与水平方向的

夹角是45°。求：
(1)t秒末物体的动量大小与方向；
(2)在这一过程中，小球动量的改变量。

我国的“神舟”五号载人飞船顺利地绕地球飞行14圈后胜利返回地面，做到人船安全着陆，这是我国航天史上的一个“里程碑”.其实飞船在飞行过程中有很多技术问题需要解决，其中之一就是当飞船进入宇宙微粒尘区时如何保持飞船速度不变的问题，我国科学家将这一问题早已解决，才使得“神舟”五号载人飞船得以飞行成功.假如有一宇宙飞船，它的正面面积为S="0.98" m²,以v=2×10³ m/s的速度进入宇宙微粒尘区，尘区每1 m³空间有一微粒，每一微粒平均质量m=2×10^-4 g,若要使飞船速度保持不变，飞船的牵引力应增加多少？（设微粒尘与飞船相碰后附着于飞船上）

一挺机枪每分钟能发射216颗子弹，每颗子弹质量为50 g，子弹出口时的速度为1 000 m/s，则机枪手抵住机枪的作用力为多大？

一个300 g的垒球，以20 m/s的速度飞来，运动员以棒击之，球以30 m/s的速度反方向飞回.设击球时间为0.02 s，求棒对球的平均作用力.

质量为M的金属块和质量为m的木块通过细线系在一起，从静止开始以加速度a在水中下沉，经过时间t线断了，金属块和木块分开，再经过时间t′,木块停下来.此时金属块的速度多大？（设此时金属块还没有碰到底面）

长1.8 m的细绳悬挂着质量为2 kg的小球，绳的另一端系在离地高3.6 m的天花板上.现将小球从贴着天花板开始自由下落，在细绳被拉直的瞬间绳断裂，接着小球竖直下落到地面上，全过程历时1.2 s.已知小球刚着地时的速度大小为6.5 m/s,不计空气阻力，取g="10" m/s².求：
（1）细绳刚断裂时小球的速度；
（2）在细绳被拉断的瞬间，绳子受到的平均拉力.

质量m="4" kg的物体静止在水平面上的A点，在F="5" N的水平恒力作用下开始运动，经过一段时间后撤去F，物体运动到B点静止，如图8-2-6所示.已知A、B间距离s="10" m，物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.1,求恒力作用在物体上的时间.

图8-2-6

某消防队员从一平台上跳下，下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0.5 m.在着地过程中地面对他双脚的平均作用力估计为其自身重力的多少倍？

一根质量不计、长为1 m、能承受最大拉力为14 N的绳子，一端固定在天花板上，另一端系一质量为1 kg的小球，整个装置处于静止状态，如图所示.若要将绳子拉断，则作用在小球上的水平冲量至少应为多少？(g取10 m/s²)