浙江版高考物理总复习专题十四动量守恒定律教学讲练.docx

物理高考总复习专题十四　动量守恒定律探考情　悟真题【考情探究】考点考向5年考情预测热度考试要求考题示例关联考点素养要素动量定理动量和动量定理c2018.11选考,22,10分2018.04选考23,10分2017.11选考,22,10分2017.04选考,22,10分2016.10选考,23,10分2015.10选考,22,8分电磁感应、磁场、能量守恒相互作用观念★★★★★动量守恒定律动量守恒定律c2019.04选考,15,2分电磁感应、核衰变相互作用观念★★★☆☆碰撞d—模型建构★☆☆☆☆反冲运动b2016.04选考,23,10分科学本质★☆☆☆☆分析解读　　本专题在近两年的浙江选考中,动量守恒定律内容常结合磁场或电磁感应等知识,以计算题的形式进行考查,考查核心内容主要涉及动量定理和动量守恒定律,难度较大后续考试趋势预计与以往相似,学生在学习中应深刻理解动量的矢量性、动量定理、动量守恒定律,掌握动量守恒定律常见的应用真题探秘】破考点　练考向【考点集训】考点一　动量定理1.(2019浙江温州适应性测试,10)高空丢弃垃圾是极其不文明的现象,也极有可能对行人造成伤害若一个50 g的烂苹果从一居民楼的25层丢下,与地面的碰撞时间约为2 ms,则该苹果对地面产生的冲击力最接近(g=10 m/s2)(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.10 N B.100 N C.1 000 N D.10 000 N答案　C2.(2018浙江11月选考,22,10分)如图所示,在间距L=0.2 m的两光滑平行水平金属导轨间存在方向垂直于纸面(向内为正)的磁场,磁感应强度为分布沿y方向不变,沿x方向如下: B=1T　　x>0.2m5xT　　-0.2m≤x≤0.2m-1T　　x<-0.2m导轨间通过单刀双掷开关S连接恒流源和电容C=1 F的未充电的电容器,恒流源可为电路提供恒定电流I=2 A,电流方向如图所示。

有一质量m=0.1 kg的金属棒ab垂直导轨静止放置于x0=0.7 m处开关S掷向1,棒ab从静止开始运动,到达x3=-0.2 m处时,开关S掷向2已知棒ab在运动过程中始终与导轨垂直求:(提示:可以用F-x图像下的“面积”代表力F所做的功)(1)棒ab运动到x1=0.2 m时的速度v1;(2)棒ab运动到x2=-0.1 m时的速度v2;(3)电容器最终所带的电荷量Q答案　(1)2 m/s　方向沿-x方向　(2)235 m/s　方向沿-x方向　(3)27 C3.(2018浙江温州九校联考,22)如图甲所示,两条相互平行的光滑金属导轨,相距l=0.2 m,左侧轨道的倾斜角θ=30°,右侧轨道为圆弧线,轨道端点间接有电阻R=1.5 Ω,轨道中间部分水平,在MP、NQ间有宽度为d=0.8 m,方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B随时间变化如图乙所示一质量为m=10 g、导轨间电阻为r=1.0 Ω的导体棒a从t=0时刻无初速度释放,初始位置与水平轨道间的高度差H=0.8 m另一个与a棒完全相同的导体棒b静置于磁场外的水平轨道上,靠近磁场左边界PMa棒下滑后平滑进入水平轨道(转角处无机械能损失),并与b棒发生碰撞而粘合在一起,此后作为一个整体运动。

导体棒始终与导轨垂直并接触良好,轨道的电阻和电感不计求:甲乙(1)导体棒进入磁场前,流过R的电流大小;(2)导体棒刚进入磁场瞬间受到的安培力大小;(3)导体棒最终静止的位置离PM的距离;(4)全过程电阻R上产生的焦耳热答案　(1)0.1 A　(2)0.04 N　(3)0.4 m　(4)0.042 J4.(2019浙江暨阳联考,22)如图甲,MN、PQ为水平放置的足够长平行光滑导轨,导轨间距为L=0.5 m,导轨左端连接的定值电阻R=2 Ω,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为2 T将一根质量为0.2 kg、电阻也为r=2 Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨电阻不计规定水平向右为x轴正方向,在x=0处给金属棒一个向右的初速度,并对金属棒施加水平向右的拉力作用,经过2.4 m金属棒受到的安培力为0.8 N,图乙为金属棒所受的安培力F安与位移x的关系图像求:(1)金属棒运动2.4 m时瞬时速度的大小;(2)估算0~2.4 m内定值电阻R上产生的焦耳热(提示:可以用F安-x图像下的“面积”代表F安所做的功);(3)0~2.4 m内通过电阻R的电荷量;(4)0~2.4 m内水平拉力的冲量大小。

图甲图乙答案　(1)由图乙可知金属棒在运动到x=2.4 m时受到的安培力F安2=BIL,I=E/(R+r)E=BLv2得v2=3.2 m/s(2)面积法“数格子”:在0~2.4 m内F-x图像中线与坐标轴所围成的“面积”约为72格,每格对应安培力做的功为0.02 JQ总=1.44 J则定值电阻R上产生的焦耳热QR=12Q总=0.72 J(0.68~0.76 J均可)(3)0~2.4 m内通过R的电荷量q=IΔtI=ER+rE=ΔΦΔt=BΔSΔt=BLxΔtq=BLxR+r得q=0.6 C(4)金属棒在整个运动过程中,由动量定理得IF-∑F安t=mv2-mv1由图可知,x=0时,F安1=0.25 N初速度v1=F安1(R+r)B2L2=1 m/sIF=BqL+mv2-mv1=1.04 N·s考点二　动量守恒定律1.(2019浙江名校协作体联考,22)如图所示,水平放置的平行光滑导轨,固定在桌面上,宽度为L,处在磁感应强度为B、竖直向下的匀强磁场中桌子离开地面的高度为H初始时刻,质量为m的杆ab与导轨垂直且处于静止,与导轨边缘的距离为d质量同为m的杆cd与导轨垂直,以初速度v0进入磁场区域。

最终发现两杆先后落在地面上已知两杆的电阻均为R,导轨电阻不计,两杆落地点之间的距离为s,重力加速度为g求:(1)ab杆从磁场边缘射出时的速度大小;(2)ab杆射出时,cd杆运动的距离;(3)在两根杆相互作用的过程中,回路中产生的电能答案　(1)v02-s2g2H　(2)d+2RmB2L2(v02-s2g2H)(3)14mv02-mgs28H2.(2019浙江重点中学期末联考,23)如图所示,两根间距为L的光滑金属导轨CM1M2P1P2、DN1N2Q1Q2固定放置,M1N1左侧导轨向上弯曲,右侧导轨水平水平导轨左端有宽度为d、方向竖直向上的匀强磁场区域Ⅰ,右端有另一磁场区域Ⅱ,其宽度也为d,但方向竖直向下,两磁场的磁感应强度大小均为B,相隔的距离也为d有两根电阻均为R的金属棒a和b与导轨垂直放置,金属棒a质量为m,金属棒b质量为3m,b棒置于磁场Ⅱ的中间位置EF处,并用绝缘细线系住,细线能承受的最大拉力为F0现将a棒从弯曲导轨上某一高度h0处由静止释放并沿导轨运动,当a棒刚进入磁场区域Ⅰ时细线刚好被拉断1)当a棒在磁场Ⅰ中运动时,若要使b棒在导轨上保持静止,则a棒刚释放时的高度应小于某一值h0,求h0的大小;(2)若将a棒从弯曲导轨上高度为小于h0处的位置由静止释放,使其以速度v1(v1为已知量)进入磁场区域Ⅰ。

求a棒通过磁场Ⅰ的过程中,a棒产生的焦耳热;(3)若将a棒从高度大于h0的某处由静止释放,使其以速度v2(v2为已知量)进入磁场区域Ⅰ,记为t=0时刻;经过时间t0后从区域Ⅰ穿出,穿出时a棒的速度为12v2求t0时刻b棒的速度大小vb答案　(1)2R2F02gB4L4　(2)B2L2d8R(2v1-B2L2d2mR)　(3)16v23.(2019浙江温州二模,23)如图所示,两根相同的平行金属导轨固定在水平面内,左端用导线相连,在导轨的某位置建立与导轨平面共面的直角坐标系xOy,x轴紧靠导轨,y轴垂直导轨在y轴的右侧分布着垂直导轨平面向外的有界磁场,左边界Ⅱ与y轴重合,右边界Ⅰ与y轴平行,磁感应强度的大小沿y轴均匀分布,沿x轴按B2=B02(2+kx)规律分布(式中k>0,B0、k均为定值且为已知量)在边界Ⅰ的右侧某位置垂直导轨放置一质量为m的金属棒,现给金属棒一水平向左的瞬时冲量,使其向左运动,同时在金属棒上施加一水平向右的恒力F0,金属棒穿过磁场后继续向左运动,然后再返回磁场,并能从边界Ⅰ穿出已知:金属棒向左运动经过边界Ⅰ、Ⅱ的速度及向右返回经过边界Ⅱ的速度大小分别为v、v2、v4(v是未知量);金属棒向左运动离开边界Ⅱ的最大距离是磁场两边界间距的n倍(n>13);棒向右运动穿过磁场区域的过程中速度不变。

导轨单位长度的阻值是恒定的,导线及金属棒电阻不计,金属棒与导轨间的摩擦力大小恒定,求:(1)金属棒与导轨间摩擦力大小Ff;(2)金属棒左、右两次穿越磁场的过程中产生的电热之比Q1Q2;(3)导线到边界Ⅱ的距离d;(4)金属棒左、右两次穿越磁场的过程中所用的时间之比t1t2答案　设导轨间距为L,两边界间距为x1,导轨单位长度的电阻为r(1)在金属棒从边界Ⅱ向左运动到最大距离的过程中,由动能定理可得:-(F0+Ff)nx1=-12m(v2)2①金属棒从最大距离向右运动返回边界Ⅱ的过程中:(F0-Ff)nx1=12m(v4)2②联立①②可得Ff=0.6F0(2)12mv2=(F0+Ff)(x1+nx1)+W1③12m(v4)2=(F0-Ff)(x1+nx1)-W2④联立②③④可得Q1Q2=W1W2=4(3n-1)(n>13)(3)金属棒向右穿过磁场速度不变,即做匀速直线运动,安培力不变则F安=BIL=B2l2R·v4=25F0金属棒自磁场边界Ⅱ进入时,B2=2B02,在磁场边界Ⅰ出来时,B2=B02(2+kx1),则有:2B02L2v42dr=B02(2+kx1)L2v42(d+x1)r⑤得d=2k(4)金属棒向左运动,由动量守恒定律有:mv2-mv=-(F0+f)t1-Ft1⑥在任意位置处:F=B2L2vx2(d+x)r=B02L2(2+kx)vx2(2k+x)r=kB02L22rvx即Ft1=kB02L22rvt1=kB02L2x12r⑦向右匀速穿过磁场:F0-Ff=2B02L2v42dr⑧联立①(或②)⑥⑦⑧得:t1=(4n-1)x1v金属棒向右运动:t2=4x1v得:t1∶t2=4n-14(n>13)炼技法　提能力【方法集训】方法1　动量定理在电磁感应中的应用1.(2017浙江11月选考,22,10分)如图所示,匝数N=100、截面积S=1.0×10-2 m2、电阻r=0.15 Ω的线圈内有方向垂直于线圈平面向上的随时间均匀增加的匀强磁场B1,其变化率k=0.80 T/s。

线圈通过开关S连接两根相互平行、间距d=0.20 m的竖直导轨,下端连接阻值R=0.50 Ω的电阻一根阻值也为0.50 Ω、质量m=1.0×10-2 kg的导体棒ab搁置在等高的挡条上在竖直导轨间的区域仅有垂直纸面的不随时间变化的匀强磁场B2接通开关S后,棒对挡条的压力恰好为零假设棒始终与导轨垂直,且与导轨接触良好,不计摩擦阻力和导轨电阻1)求磁感应强度B2的大小,并指出磁场方向;(2)断开开关S后撤去挡条,棒开始下滑,经t=0.25 s后下降了h=0.29 m,求此过程棒上产生的热量答案　(1)线圈的感应电动势为E=NΔΦΔt=NSΔB1Δt流过导体棒的电流Iab=E2(r+R2)导体棒对挡条的压力为。