高考物理动量守恒定律的基本方法技巧及练习题及练习题(含答案)

高考物理动量守恒定律的基本方法技巧及练习题及练习题(含答案)
一、高考物理精讲专题动量守恒定律
1．水平放置长为L=4.5m 的传送带顺时针转动，速度为v =3m/s ，质量为m 2=3kg 的小球被长为1l m =的轻质细线悬挂在O 点，球的左边缘恰于传送带右端B 对齐；质量为m 1=1kg 的物块自传送带上的左端A 点以初速度v 0=5m/s 的速度水平向右运动，运动至B 点与球m 2发生碰撞，在极短的时间内以碰撞前速率的
1
2
反弹，小球向右摆动一个小角度即被取走。

已知物块与传送带间的滑动摩擦因数为μ=0.1，取重力加速度2
10m/s g =。

求：
（1）碰撞后瞬间，小球受到的拉力是多大？
（2）物块在传送带上运动的整个过程中，与传送带间摩擦而产生的内能是多少？ 【答案】（1）42N （2）13.5J 【解析】 【详解】
解：设滑块m1与小球碰撞前一直做匀减速运动，根据动能定理：
22
1111011=22
m gL m v m v μ--
解之可得：1=4m/s v 因为1v v <，说明假设合理
滑块与小球碰撞，由动量守恒定律：21111221
=+2
m v m v m v - 解之得：2=2m/s v
碰后，对小球，根据牛顿第二定律：2
22
2m v F m g l
-=
小球受到的拉力：42N F =
（2）设滑块与小球碰撞前的运动时间为1t ，则()0111
2
L v v t =+ 解之得：11s t =
在这过程中，传送带运行距离为：113S vt m == 滑块与传送带的相对路程为：11 1.5X L X m ∆=-=
设滑块与小球碰撞后不能回到传送带左端，向左运动最大时间为2t 则根据动量定理：121112m gt m v μ⎛⎫-=-⋅
⎪⎝⎭
解之得：22s t =
滑块向左运动最大位移：121122
m x v t ⎛⎫
=
⋅⋅ ⎪⎝⎭=2m 因为m x L <，说明假设成立，即滑块最终从传送带的右端离开传送带 再考虑到滑块与小球碰后的速度
11
2
v <v ， 说明滑块与小球碰后在传送带上的总时间为22t
在滑块与传送带碰撞后的时间内，传送带与滑块间的相对路程
22212X vt m ∆==
因此，整个过程中，因摩擦而产生的内能是
()112Q m g x x μ=∆+∆=13.5J
2．两个质量分别为0.3A m kg =、0.1B m kg =的小滑块A 、B 和一根轻质短弹簧，弹簧的一端与小滑块A 粘连，另一端与小滑块B 接触而不粘连.现使小滑块A 和B 之间夹着被压缩的轻质弹簧，处于锁定状态，一起以速度03/v m s =在水平面上做匀速直线运动，如题8图所示.一段时间后，突然解除锁定（解除锁定没有机械能损失），两滑块仍沿水平面做直线运动，两滑块在水平面分离后，小滑块B 冲上斜面的高度为 1.5h m =.斜面倾角
o 37θ=，小滑块与斜面间的动摩擦因数为0.15μ=，水平面与斜面圆滑连接.重力加速度
g 取210/m s .求：（提示：o sin 370.6=，o cos370.8=）
（1）A 、B 滑块分离时，B 滑块的速度大小. （2）解除锁定前弹簧的弹性势能.
【答案】（1）6/B v m s = （2）0.6P E J = 【解析】
试题分析：（1）设分离时A 、B 的速度分别为A v 、B v ， 小滑块B 冲上斜面轨道过程中，由动能定理有：2
cos 1sin 2
B B B B
m gh m gh m v θμθ+⋅= ① （3分）
代入已知数据解得：6/B v m s = ② （2分）
（2）由动量守恒定律得：0()A B A A B B m m v m v m v +=+ ③ （3分） 解得：2/A v m s = （2分）
由能量守恒得：
222
0111()222
A B P A A B B
m m v E m v m v ++=+ ④ （4分） 解得：0.6P E J = ⑤ （2分）
考点：本题考查了动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律.
3．如图所示,在倾角30°的斜面上放置一个凹撸B,B 与斜面间的动摩擦因数3
μ=
；槽内靠近右侧壁处有一小物块A(可视为质点),它到凹槽左侧壁的距离d =0.1m ，A 、B 的质量都为m=2kg ，B 与斜面间的最大静摩擦力可认为等于滑动摩摞力,不计A 、B 之间的摩擦,斜面足够长．现同时由静止释放A 、B,经过一段时间,A 与B 的侧壁发生碰撞,碰撞过程不计机械能损失,碰撞时间极短,g 取210/m s .求：
(1)释放后物块A 和凹槽B 的加速度分别是多大?
(2)物块A 与凹槽B 的左侧壁第一次碰撞后瞬间A 、B 的速度大小；
(3)从初始位置到物块A 与凹糟B 的左侧壁发生第三次碰撞时B 的位移大小． 【答案】（1）（2）v An =(n-1)m∙s -1，v Bn ="n" m∙s -1（3）x n 总=0.2n 2m 【解析】 【分析】 【详解】
（1）设物块A 的加速度为a 1，则有m A gsin θ=ma 1， 解得a 1=5m/s 2
凹槽B 运动时受到的摩擦力f=μ×3mgcos θ=mg 方向沿斜面向上； 凹槽B 所受重力沿斜面的分力G 1=2mgsin θ=mg 方向沿斜面向下； 因为G 1=f ，则凹槽B 受力平衡，保持静止，凹槽B 的加速度为a 2=0 （2）设A 与B 的左壁第一次碰撞前的速度为v A0，根据运动公式：v 2A0=2a 1d 解得v A0=3m/s ；
AB 发生弹性碰撞，设A 与B 第一次碰撞后瞬间A 的速度大小为v A1，B 的速度为v B1，则由动量守恒定律：0112A A B mv mv mv =+ ；
由能量关系：
2220111112222
A A
B mv mv mv =+⨯ 解得v A1=-1m/s(负号表示方向)，v B1=2m/s
4．如图所示，一小车置于光滑水平面上，轻质弹簧右端固定，左端栓连物块b ,小车质量M =3kg ，AO 部分粗糙且长L =2m ，动摩擦因数μ=0.3，OB 部分光滑．另一小物块a ．放在车
的最左端，和车一起以v0=4m/s的速度向右匀速运动，车撞到固定挡板后瞬间速度变为零，但不与挡板粘连．已知车OB部分的长度大于弹簧的自然长度，弹簧始终处于弹性限度内．a、b两物块视为质点质量均为m=1kg，碰撞时间极短且不粘连，碰后一起向右运动．（取g=10m/s2）求：
(1)物块a与b碰后的速度大小；
(2)当物块a相对小车静止时小车右端B到挡板的距离；
(3)当物块a相对小车静止时在小车上的位置到O点的距离．
【答案】(1)1m/s (2) (3) x=0.125m
【解析】
试题分析：（1）对物块a，由动能定理得：
代入数据解得a与b碰前速度：；
a、b碰撞过程系统动量守恒，以a的初速度方向为正方向，
由动量守恒定律得：，代入数据解得：；
（2）当弹簧恢复到原长时两物块分离，a以在小车上向左滑动，当与车同速时，以向左为正方向，由动量守恒定律得：，
代入数据解得：，
对小车，由动能定理得：，
代入数据解得，同速时车B端距挡板的距离：；
（3）由能量守恒得：，
解得滑块a与车相对静止时与O点距离：；
考点：动量守恒定律、动能定理。

【名师点睛】本题考查了求速度、距离问题，分析清楚运动过程、应用动量守恒定律、动能定理、能量守恒定律即可正确解题。

5．如图所示，一辆质量M=3 kg的小车A静止在光滑的水平面上，小车上有一质量m=l kg 的光滑小球B，将一轻质弹簧压缩并锁定，此时弹簧的弹性势能为E p=6J，小球与小车右壁距离为L=0.4m，解除锁定，小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层碰撞并被粘住，求：
①小球脱离弹簧时的速度大小；
②在整个过程中，小车移动的距离。

【答案】（1）3m/s （2）0.1m 【解析】
试题分析：（1）除锁定后弹簧的弹性势能转化为系统动能，根据动量守恒和能量守恒列出等式得 mv 1-Mv 2=0
22121122
P E mv Mv =
+ 代入数据解得：v 1=3m/s v 2=1m/s （2）根据动量守恒和各自位移关系得12x x
m M t t
=，x 1+x 2=L 代入数据联立解得：24
L
x =
=0.1m 考点：动量守恒定律；能量守恒定律.
6．如图所示，在光滑的水平面上放置一个质量为2m 的木板B ，B 的左端放置一个质量为m 的物块A ，已知A 、B 之间的动摩擦因数为μ，现有质量为m 的小球以水平速度0υ飞来与A 物块碰撞后立即粘住，在整个运动过程中物块A 始终未滑离木板B ，且物块A 和小球均可视为质点(重力加速度g)．求：
①物块A 相对B 静止后的速度大小； ②木板B 至少多长．
【答案】①0.25v 0．②20
16v L g
μ=
【解析】
试题分析：（1）设小球和物体A 碰撞后二者的速度为v 1，三者相对静止后速度为v 2，规定向右为正方向，根据动量守恒得， mv 0=2mv 1，① （2分） 2mv 1=4mv 2② （2分）
联立①②得，v 2=0.25v 0． （1分）
（2）当A 在木板B 上滑动时，系统的动能转化为摩擦热，设木板B 的长度为L ，假设A 刚好滑到B 的右端时共速，则由能量守恒得，
③ （2分）
联立①②③得，L=
考点：动量守恒，能量守恒．
【名师点睛】小球与 A碰撞过程中动量守恒，三者组成的系统动量也守恒，结合动量守恒定律求出物块A相对B静止后的速度大小；对子弹和A共速后到三种共速的过程，运用能量守恒定律求出木板的至少长度．
7．装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击．通过对一下简化模型的计算可以粗略说明其原因．质量为2m、厚度为2d的钢板静止在水平光滑桌面上．质量为m的子弹以某一速度垂直射向该钢板，刚好能将钢板射穿．现把钢板分成厚度均为d、质量均为m的相同两块，间隔一段距离水平放置，如图所示．若子弹以相同的速度垂直射向第一块钢板，穿出后再射向第二块钢板，求子弹射入第二块钢板的深度．设子弹在钢板中受到的阻力为恒力，且两块钢板不会发生碰撞不计重力影
响．
【答案】
【解析】
设子弹初速度为v0，射入厚度为2d的钢板后，由动量守恒得：mv0=(2m＋m)V（2分）
此过程中动能损失为：ΔE损＝f·2d=1
2
mv20－
1
2
×3mV2（2分）
解得ΔE＝1
3
mv20
分成两块钢板后，设子弹穿过第一块钢板时两者的速度分别为v1和V1：mv1＋mV1＝mv0（2分）
因为子弹在射穿第一块钢板的动能损失为ΔE损1＝f·d=mv2
（1分），
由能量守恒得：
1 2mv21＋
1
2
mV21＝
1
2
mv20－ΔE损1（2分）
且考虑到v1必须大于V1，
解得：v1＝
13
(
26
v0
设子弹射入第二块钢板并留在其中后两者的共同速度为V2，
由动量守恒得：2mV2＝mv1（1分）
损失的动能为：ΔE′＝1
2
mv2
1
－
1
2
×2mV2
2
（2分）
联立解得：ΔE′＝13
(1)
2
×mv20
因为ΔE′＝f·x（1分），
可解得射入第二钢板的深度x为：（2分）
子弹打木块系统能量损失完全转化为了热量，相互作用力乘以相对位移为产生的热量，以系统为研究对象由能量守恒列式求解
8．如图所示，质量为m的由绝缘材料制成的球与质量为M=19m的金属球并排悬挂．现将绝缘球拉至与竖直方向成θ=600的位置自由释放，下摆后在最低点与金属球发生弹性碰撞．在平衡位置附近存在垂直于纸面的磁场．已知由于磁场的阻尼作用，金属球将于再次碰撞前停在最低点处．求经过几次碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大角度将小于
450．
【答案】最多碰撞3次
【解析】
解：设小球m的摆线长度为l
小球m在下落过程中与M相碰之前满足机械能守恒：①
m和M碰撞过程是弹性碰撞，故满足：
mv0=MV M+mv1 ②
③
联立②③得：④
说明小球被反弹，且v1与v0成正比，而后小球又以反弹速度和小球M再次发生弹性碰撞，满足：
mv1=MV M1+mv2 ⑤
⑥
解得：
⑦
整理得：
⑧
故可以得到发生n 次碰撞后的速度：
⑨
而偏离方向为450的临界速度满足：
⑩
联立①⑨⑩代入数据解得，当n=2时，v 2＞v 临界 当n=3时，v 3＜v 临界
即发生3次碰撞后小球返回到最高点时与竖直方向的夹角将小于45°． 考点：动量守恒定律；机械能守恒定律． 专题：压轴题．
分析：先根据机械能守恒定律求出小球返回最低点的速度，然后根据动量守恒定律和机械能守恒定律求出碰撞后小球的速度，对速度表达式分析，求出碰撞n 次后的速度表达式，再根据机械能守恒定律求出碰撞n 次后反弹的最大角度，结合题意讨论即可．
点评：本题关键求出第一次反弹后的速度和反弹后细线与悬挂点的连线与竖直方向的最大角度，然后对结果表达式进行讨论，得到第n 次反弹后的速度和最大角度，再结合题意求解．
9．（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108
K 时，可以发生“氦燃烧”。

①完成“氦燃烧”的核反应方程：γBe ___He 8
442+→+。

②Be 84是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10-16
s 。

一定质量的Be 8
4，经7.8×10-16
s
后所剩下的Be 8
4占开始时的 。

（2）如图所示，光滑水平轨道上放置长木板A （上表面粗糙）和滑块C ，滑块B 置于A 的左端，三者质量分别为kg 2=A m 、kg 1=B m 、kg 2=C m 。

开始时C 静止，A 、B 一起以
s /m 5=0v 的速度匀速向右运动，A 与C 发生碰撞（时间极短）后C 向右运动，经过一段
时间，A 、B 再次达到共同速度一起向右运动，且恰好不再与C 碰撞。

求A 与C 发生碰撞后瞬间A 的速度大小。

【答案】（1）①4
2He （或α） ②1
8
（或12.5%） （2）2m/s
【解析】（1）①由题意结合核反应方程满足质量数和电荷数守恒可得答案。

②由题意可知经过3个半衰期，剩余的8
4Be 的质量30011
()28
m m m ==。

（2）设碰后A 的速度为A v ，C 的速度为C v ,由动量守恒可得0A A A C C m v m v m v =+, 碰后A 、B 满足动量守恒，设A 、B 的共同速度为1v ，则01()A A B A B m v m v m m v +=+ 由于A 、B 整体恰好不再与C 碰撞，故1C v v = 联立以上三式可得A v =2m/s 。

【考点定位】（1）核反应方程，半衰期。

（2）动量守恒定律。

10．如图，水平面上相距为L=5m 的P 、Q 两点分别固定一竖直挡板，一质量为M=2kg 的小物块B 静止在O 点，OP 段光滑，OQ 段粗糙且长度为d=3m ．一质量为m=1kg 的小物块A 以v 0=6m/s 的初速度从OP 段的某点向右运动，并与B 发生弹性碰撞．两物块与OQ 段的动摩擦因数均为μ=0．2，两物块与挡板的碰撞时间极短且均不损失机械能．重力加速度g=10m/s 2，求
（1）A 与B 在O 点碰后瞬间各自的速度； （2）两物块各自停止运动时的时间间隔． 【答案】（1），方向向左；
，方向向右．（2）1s
【解析】
试题分析：（1）设A 、B 在O 点碰后的速度分别为v 1和v 2，以向右为正方向 由动量守恒：
碰撞前后动能相等：
解得：
方向向左，
方向向右）
（2）碰后，两物块在OQ 段减速时加速度大小均为：
B 经过t 1时间与Q 处挡板碰，由运动学公式：得：
（
舍去）
与挡板碰后，B 的速度大小，反弹后减速时间
反弹后经过位移
，B 停止运动．
物块A 与P 处挡板碰后，以v 4=2m/s 的速度滑上O 点，经过
停止．
所以最终A 、B 的距离s=d-s 1-s 2=1m ，两者不会碰第二次．
在AB 碰后，A 运动总时间
， 整体法得B 运动总时间，则时间间隔． 考点：弹性碰撞、匀变速直线运动
11．一列火车总质量为M ，在平直轨道上以速度v 匀速行驶，突然最后一节质量为m 的车厢脱钩，假设火车所受的阻力与质量成正比，牵引力不变，当最后一节车厢刚好静止时，前面火车的速度大小为多少？
【答案】Mv/(M-m)
【解析】
【详解】
因整车匀速运动，故整体合外力为零；脱钩后合外力仍为零，系统的动量守恒． 取列车原来速度方向为正方向．由动量守恒定律，可得()0Mv M m v m =-'+⨯ 解得，前面列车的速度为Mv v M m
'=-；
12．如图所示，装置的左边是足够长的光滑水平台面，一轻质弹簧左端固定，右端连接着质量M=1kg 的小物块A ．装置的中间是水平传送带，它与左、右两边的台面等高，并能平滑对接．传送带始终以v=1m/s 的速率逆时针转动，装置的右边是一光滑曲面，质量m=0.5kg 的小物块B 从其上距水平台面高h=0.8m 处由静止释放．已知物块B 与传送带之间的动摩擦因数0.35μ=，l=1.0m ．设物块A 、B 间发生的是对心弹性碰撞，第一次碰撞前物块A 处于静止状态．取g=10m/s 2．
(1)求物块B 与物块A 第一次碰撞前的速度大小；
(2)物块A 、B 间发生碰撞过程中，物块B 受到的冲量；
(3)通过计算说明物块B 与物块A 第一次碰撞后能否运动到右边的曲面上？
(4)如果物块A 、B 每次碰撞后，弹簧恢复原长时都会立即被锁定，而当它们再次碰撞前锁定被解除，试求出物块B 第n 次碰撞后的运动速度大小．
【答案】(1)3m/s ；(2)2kgm/s ；(3)17l <，所以不能；(4)113n m s
-⎛⎫ ⎪⎝⎭
【解析】
【分析】
物块B 沿光滑曲面下滑到水平位置由机械能守恒列出等式，物块B 在传送带上滑动根据牛顿第二定律和运动学公式求解；物块A 、B 第一次碰撞前后运用动量守恒，能量守恒列出等式求解；当物块B 在传送带上向右运动的速度为零时，将会沿传送带向左加速．可以判断，物块B 运动到左边台面是的速度大小为v 1，继而与物块A 发生第二次碰撞．物块B 与物块A 第三次碰撞、第四次碰撞…，根据对于的规律求出n 次碰撞后的运动速度大小．
【详解】
(1) 设物块B 沿光滑曲面下滑到水平位置时的速度大小为v 0，由机械能守恒定律可得： 2012
mgh mv = 解得：04m v s
= 设物块B 在传送带上滑动过程中因受摩擦力所产生的加速度大小为a ，则有：μmg=ma ， 设物块B 通过传送带后运动速度大小为v ，有：v 12-v 02=-2al ，
解得：v 1=3m/s ＞v=1m/s ，则物块B 与物块A 第一次碰撞前的速度大小为3m/s ；
(2)设物体A 、B 第一次碰撞后的速度分别为A v 、B v ，取向右为正方向
由动量守恒定律得：1A B mv Mv mv -=+ 由机械能守恒定律得：2221111222
B A mv mv Mv =+ 解得：v A =-2m/s ，v B =1m/s ，（v A =0m/s ，v B =-3m/s 不符合题意，舍去）
12?B m I P mv mv kg s
=∆=-= ，方向水平向右； (3) 碰撞后物块B 在水平台面向右匀速运动，设物块B 在传送带上向右运动的最大位移为l'，则有：
0-v B 2=-2al′， 解得：17
l l '=< 所以物块B 不能通过传送带运动到右边的曲面上；
(4) 当物块B 在传送带上向右运动的速度为零时，将会沿传送带向左加速．可以判断，物块B 运动到左边台面是的速度大小为v B ，继而与物块A 发生第二次碰撞
由（2）可知，v B =113
v 同理可得：第二次碰撞后B 的速度：v B1=211
1()33B v v =
第n 次碰撞后B 的速度为：v B （n-1）=1111()()
33n n m v s
-= 【点睛】
本题是多过程问题，分析滑块经历的过程，运用动量守恒，能量守恒、牛顿第二定律和运动学公式结合按时间顺序分析和计算，难度较大．。