高考物理动量守恒定律的技巧及练习题及练习题(含答案)及解析

高考物理动量守恒定律的技巧及练习题及练习题(含答案)及解析
一、高考物理精讲专题动量守恒定律
1．如图所示，质量M=1kg 的半圆弧形绝缘凹槽放置在光滑的水平面上，凹槽部分嵌有cd 和ef 两个光滑半圆形导轨，c 与e 端由导线连接，一质量m=lkg 的导体棒自ce 端的正上方h=2m 处平行ce 由静止下落，并恰好从ce 端进入凹槽，整个装置处于范围足够大的竖直方向的匀强磁场中，导体棒在槽内运动过程中与导轨接触良好。

已知磁场的磁感应强度B=0.5T ，导轨的间距与导体棒的长度均为L=0.5m ，导轨的半径r=0.5m ，导体棒的电阻R=1Ω，其余电阻均不计，重力加速度g=10m/s 2，不计空气阻力。

(1)求导体棒刚进入凹槽时的速度大小；
(2)求导体棒从开始下落到最终静止的过程中系统产生的热量；
(3)若导体棒从开始下落到第一次通过导轨最低点的过程中产生的热量为16J ，求导体棒第一次通过最低点时回路中的电功率。

【答案】(1) 210/v m s = (2)25J (3)9W 4
P = 【解析】 【详解】
解：(1)根据机械能守恒定律，可得：212
mgh mv = 解得导体棒刚进入凹槽时的速度大小：210/v m s =
(2)导体棒早凹槽导轨上运动过程中发生电磁感应现象，产生感应电流，最终整个系统处于静止，圆柱体停在凹槽最低点
根据能力守恒可知，整个过程中系统产生的热量：()25Q mg h r J =+=
(3)设导体棒第一次通过最低点时速度大小为1v ，凹槽速度大小为2v ，导体棒在凹槽内运动时系统在水平方向动量守恒，故有：12mv Mv = 由能量守恒可得：
22
12111()22
mv mv mg h r Q +=+- 导体棒第一次通过最低点时感应电动势：12E BLv BLv =+
回路电功率：2
E P R
=
联立解得：94
P W =
2．如图所示，两块相同平板P 1、P 2置于光滑水平面上，质量均为m 。

P 2的右端固定一轻质弹簧，左端A 与弹簧的自由端B 相距L 。

物体P 置于P 1的最右端，质量为2m 且可以看作质点。

P 1与P 以共同速度v 0向右运动，与静止的P 2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P 1与P 2粘连在一起，P 压缩弹簧后被弹回并停在A 点（弹簧始终在弹性限度内）。

P 与P 2之间的动摩擦因数为μ，求：
（1）P 1、P 2刚碰完时的共同速度v 1和P 的最终速度v 2； （2）此过程中弹簧最大压缩量x 和相应的弹性势能E p 。

【答案】（1） 201v v =，4
302v v = （2）L g v x -=μ3220，1620
p mv E = 【解析】（1） P 1、P 2碰撞过程，动量守恒，102mv mv =，解得2
1v v =。

对P 1、P 2、P 组成的系统，由动量守恒定律 ，204)2(mv v m m =+，解得4
30
2v v =
（2）当弹簧压缩最大时，P 1、P 2、P 三者具有共同速度v 2，对P 1、P 2、P 组成的系统，从
P 1、P 2碰撞结束到P 压缩弹簧后被弹回并停在A 点，用能量守恒定律
)(2)2()2(212212212
22021x L mg u v m m m mv mv ++++=⨯+⨯ 解得L g
v x -=μ3220 对P 1、P 2、P 系统从P 1、P 2碰撞结束到弹簧压缩量最大，用能量守恒定律
p 222021))(2()2(2
1221221E x L mg u v m m m mv mv +++++=+ 最大弹性势能16
2
P mv E =
注意三个易错点：碰撞只是P 1、P 2参与；碰撞过程有热量产生；P 所受摩擦力，其正压力为2mg
【考点定位】碰撞模型、动量守恒定律、能量守恒定律、弹性势能、摩擦生热。

中档题
3．如图，质量分别为
、
的两个小球A 、B 静止在地面上方，B 球距地面的高度
h=0.8m ，A 球在B 球的正上方． 先将B 球释放，经过一段时间后再将A 球释放． 当A 球下落t=0.3s 时，刚好与B 球在地面上方的P 点处相碰，碰撞时间极短，碰后瞬间A 球的速度恰为零．已知，重力加速度大小为
，忽略空气阻力及碰撞中的动
能损失．
（i ）B 球第一次到达地面时的速度； （ii ）P 点距离地面的高度． 【答案】4/B v m s =0.75p h m = 【解析】
试题分析：（i ）B 球总地面上方静止释放后只有重力做功，根据动能定理有
21
2
B B B m gh m v =
可得B 球第一次到达地面时的速度24/B v gh m s =
（ii ）A 球下落过程，根据自由落体运动可得A 球的速度3/A v gt m s == 设B 球的速度为'B v ， 则有碰撞过程动量守恒
'''A A B B B B m v m v m v +=
碰撞过程没有动能损失则有
222111
'''222
A A
B B B B m v m v m v += 解得'1/B v m s =，''2/B v m s =
小球B 与地面碰撞后根据没有动能损失所以B 离开地面上抛时速度04/B v v m s ==
所以P 点的高度22
0'0.752B p v v h m g
-=
= 考点：动量守恒定律 能量守恒
4．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：2mV 2＝mv 1（1分） 损失的动能为：ΔE′＝12mv 21－12
×2mV 2
2（2分） 联立解得：ΔE′＝
13(1)2+×mv 2
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
5．（1）（6分）一质子束入射到静止靶核AI 27
13上，产生如下核反应：p+AI 27
13→x+n 式中p 代表质子，n 代表中子，x 代表核反应产生的新核。

由反应式可知，新核x 的质子数为 ，中子数为 。

（2）（9分）在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A 和B ，两者相距为d 。

现给A 一初速度，使A 与B 发生弹性正碰，碰撞时间极短：当两木块都停止运动后，相距仍然为d 。

已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为μ，B 的质量为A 的2倍，重力加速度大小为
g 。

求A 的初速度的大小。

【答案】（1）14 13 （2 5.6gd μ【解析】（1）由127271
113140H Al X n +→+，由质量数守恒定律和电荷数守恒可得，新核的
质子数为14，中子数为13。

（2）设物块A 的初速度为0v ，运动距离d 的速度为v ，A 、B 碰后的速度分别为v 1、v 2，运动的距离分别为x 1、x 2，由于A 、B 发生弹性正碰,时间极短,所以碰撞墙后动量守恒，动能守恒，有
12A A B m v m v m v =+ ①
22212111
222
A A
B m v m v m v =+ ② ①②联立解得113A
B A B m m v v v m m -==-+ ③ 222
3
A A
B m v v v m m ==+ ④ A 、B 与地面的动摩擦因数均为μ，有动能定理得2
11102
A m gx mv μ-=-
⑤ 2
22
102
B m gx mv μ-=- ⑥ 由题意知12x x d += ⑦
再由22
1122
A A A m gd m v m v μ-=
- ⑧
联立③至⑧式解得0v =
=⑨ 另解：由牛顿第二定律得mg ma μ=,⑤ 所以A 、B 的加速度均为a g μ= ⑥
A 、
B 均做匀减速直线运动
对A 物体有：碰前22
02v v ad =- ⑦
碰后:A 物体反向匀减速运动：2
1102v ax =- ⑧
对B 物体有2
2202v ax =- ⑨
由题意知12x x d += ⑩
②③⑤⑦⑧⑨联立解得v =
(11)
将上式带入⑥解得0v =
= 【考点定位】动量守恒定律、弹性正碰、匀减速直线运动规律、动能定理、牛顿第二定律。

6．一列火车总质量为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
'=
-；
7．（20分）如下图所示，光滑水平面MN 左端挡板处有一弹射装置P ，右端N 与处于同一高度的水平传送带之间的距离可忽略，传送带水平部分NQ 的长度L=8m ，皮带轮逆时针转动带动传送带以v = 2m/s 的速度匀速转动。

MN 上放置两个质量都为m = 1 kg 的小物块A 、B ，它们与传送带间的动摩擦因数μ = 0.4。

开始时A 、B 静止，A 、B 间压缩一轻质弹簧，其弹性势能E p = 16 J 。

现解除锁定，弹开A 、B ，并迅速移走弹簧。

取g=10m/s 2。

（1）求物块B 被弹开时速度的大小；
（2）求物块B 在传送带上向右滑行的最远距离及返回水平面MN 时的速度v B ′； （3）A 与P 相碰后静止。

当物块B 返回水平面MN 后，A 被P 弹出，A 、B 相碰后粘接在一起向右滑动，要使A 、B 连接体恰好能到达Q 端，求P 对A 做的功。

【答案】（1） 4.0/B v m s =（2）'2/B v m s =（3）162 W J ＝ 【解析】
试题分析：（1）（6分）解除锁定弹开AB 过程中，系统机械能守恒：
2
B 2A p 2
121mv mv E +=
……2分 设向右为正方向，由动量守恒 0B A mv mv -= ……2分 解得 4.0/B A v v m s == ①……2分
（2）（6分）B 滑上传送带做匀减速运动，当速度减为零时，滑动的距离最远。

由动能定理得 2
B M 2
10mv mgs -
=-μ ……2分 解得2
22B M v S m g
μ=
= ……1分 ② 物块B 在传送带上速度减为零后，受传送带给它的摩擦力，向左加速，若一直加速，则受力和位移相同时，物块B 滑回水平面MN 时的速度'4/B v m s = ，高于传送带速度，说明B 滑回过程先加速到与传送带共速，后以2/m s 的速度做匀速直线运动。

……1分 物块B 滑回水平面MN 的速度'2/B v v m s == ……2分
③
（3）（8分）弹射装置将A 弹出后与B 碰撞，设碰撞前A 的速度为A
v '，碰撞后A 、B 共同的速度为V ，根据动量守恒定律，mV v m v m 2B A ='-'
……2分
④
A 、
B 恰好滑出平台Q 端，由能量关系有
mgL mV 222
1
2⋅=⨯μ ……2分⑤ 设弹射装置对A 做功为W ，2
A
2
1v m W '＝ ……2分 ⑥ 由④⑤⑥ 解得162 W J ＝ ……2分 考点：相对运动 动能定理 动量守恒
8．如图所示，用气垫导轨做“验证动量守恒”实验中，完成如下操作步骤：
A．调节天平，称出两个碰撞端分别贴有尼龙扣滑块的质量m1和m2．
B．安装好A、B光电门，使光电门之间的距离为50cm．导轨通气后，调节导轨水平，使滑块能够作_________运动．
C．在碰撞前，将一个质量为m2滑块放在两光电门中间，使它静止，将另一个质量为m1滑块放在导轨的左端，向右轻推以下m1，记录挡光片通过A光电门的时间t1．
D．两滑块相碰后，它们粘在一起向右运动，记录挡光片通过_______________的时间t2．E．得到验证实验的表达式__________________________．
【答案】匀速直线运动小车经过光电门的时间()
12
1
12
m m
m
t t
+
=
【解析】
【详解】
为了让物块在水平方向上不受外力，因此当导轨通气后，调节导轨水平，使滑块能够作匀速直线运动；
根据实验原理可知，题中通过光电门来测量速度，因此应测量小车经过光电门的时间
设光电门的宽度为l，则有：经过光电门的速度为1
1
l
v
t
=
整体经过光电门的速度为：2
2
l
v
t
=
由动量守恒定律可知，11122
(+)
m v m m v
=
代入解得：
112
12
()
m m m
t t
+
=。

9．图中两根足够长的平行光滑导轨，相距1m水平放置，磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向上穿过整个导轨所在的空间．金属棒ab、cd质量分别为0.1kg和0.2kg，电阻分别为0.4Ω和0.2Ω，并排垂直横跨在导轨上．若两棒以相同的初速度3m/s向相反方向分开，不计导轨电阻，求：
(1)金属棒运动达到稳定后的ab棒的速度大小；
(2)金属棒运动达到稳定的过程中，回路上释放出的焦耳热；
(3)金属棒运动达到稳定后，两棒间距离增加多少？
【答案】（1）1m/s
（2）1．2J
（3）1．5m
【解析】
【详解】
解：(1)ab、cd棒组成的系统动量守恒，最终具有共同速度v ，以水平向右为正方向，则
解得稳定后的ab棒的速度大小：
(2)根据能量转化与守恒定律，产生的焦耳热为：
(3)对cd棒根据动量定理有：
即：
又
两棒间距离增加：
10．在竖直平面内有一个半圆形轨道ABC，半径为R，如图所示，A、C两点的连线水平，B点为轨道最低点.其中AB部分是光滑的，BC部分是粗糙的.有一个质量为m的乙物体静止在B处，另一个质量为2m的甲物体从A点无初速度释放，甲物体运动到轨道最低点与乙物体发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后结合成一个整体，甲乙构成的整体滑上BC轨道，最高运动到D点，OD与OB连线的夹角θ60.
=o甲、乙两物体可以看作质点，重力加速度为g，求：
(1)甲物与乙物体碰撞过程中，甲物体受到的冲量．
(2)甲物体与乙物体碰撞后的瞬间，甲乙构成的整体对轨道最低点的压力．
(3)甲乙构成的整体从B运动到D的过程中，摩擦力对其做的功．
【答案】(1)2
2
3
m gR(2)压力大小为：
17
3
mg，方向竖直向
下．(3)W f=
1
6
mgR -．
【解析】
【分析】
(1)先研究甲物体从A点下滑到B点的过程，根据机械能守恒定律求出A刚下滑到B点时的
速度，再由动量守恒定律求出碰撞后甲乙的共同速度，即可对甲，运用动量定理求甲物与乙物体碰撞过程中，甲物体受到的冲量．
(2)甲物体与乙物体碰撞后的瞬间，对于甲乙构成的整体，由牛顿第二定律求出轨道对整体的支持力，再由牛顿第三定律求得整体对轨道最低点的压力．
(3)甲乙构成的整体从B 运动到D 的过程中，运用动量定理求摩擦力对其做的功．
【详解】
()1甲物体从A 点下滑到B 点的过程， 根据机械能守恒定律得：2012mgR 2mv 2
=
⋅，
解得：0v =
甲乙碰撞过程系统动量守恒，取向左方向为正，根据动量守恒定律得： ()02mv m 2m mv =+，
解得：v =
甲物与乙物体碰撞过程，对甲，由动量定理得：02I 2mv 2mv 3=-=-
甲向：水平向右；
()2甲物体与乙物体碰撞后的瞬间，对甲乙构成的整体，
由牛顿第二定律得：()()2
v F m 2m g m 2m R
-+=+， 解得：17F mg 3
=， 根据牛顿第三定律，对轨道的压力17F'F mg 3
==，方向：竖直向下； ()3对整体，从B 到D 过程，由动能定理得：()2f 13mgR 1cos60W 03mv 2--+=-⋅o 解得，摩擦力对整体做的功为：f 1W mgR 6=-
； 【点睛】
解决本题的关键按时间顺序分析清楚物体的运动情况，把握每个过程的物理规律，知道碰撞的基本规律是动量守恒定律.摩擦力是阻力，运用动能定理是求变力做功常用的方法．
11．如图所示，小球A 质量为m ，系在细线的一端，线的另一端固定在O 点，O 点到水平面的距离为h ．物块B 质量是小球的5倍，置于粗糙的水平面上且位于O 点正下方，物块与水平面间的动摩擦因数为μ．现拉动小球使线水平伸直，小球由静止开始释放，运动到最低点时与物块发生正碰(碰撞时间极短)，反弹后上升至最高点时到水平面的距离为16
h ．小球与物块均视为质点，不计空气阻力，重力加速度为g ，求碰撞过程物块获得的冲
量及物块在地面上滑行的距离．
【答案】16h μ
【解析】
【分析】
对小球下落过程由机械能守恒定律可求得小球与物块碰撞前的速度；对小球由机械能守恒可求得反弹的速度，再由动量守恒定律可求得物块的速度；对物块的碰撞过程根据动量定理列式求解获得的冲量；对物块滑行过程由动能定理可求得其滑行的距离．
【详解】
小球的质量为m,设运动到最低点与物块相撞前的速度大小为v 1,取小球运动到最低点时的重力势能为零,根据机械能守恒定律有：mgh=
12mv 12 解得：v 12gh 设碰撞后小球反弹的速度大小为v′1,同理有：'211162h mg mv ⋅
= 解得：v′18
gh 设碰撞后物块的速度大小为v 2,取水平向右为正方向,由动量守恒定律有：
mv 1=-mv′1+5mv 2
解得：v 28
gh 由动量定理可得,碰撞过程滑块获得的冲量为I=5mv 2=
524
m gh 物块在水平面上滑行所受摩擦力的大小为F=5μmg
设物块在水平面上滑行的时间为t,由动能定理有： 221052
Fs mv -=-⋅ 解得：16h s μ
=
【点睛】
本题综合考查动量守恒定律、机械能守恒定律及动能定理，要注意正确分析物理过程，选择合适的物理规律求解．
12．如图所示，物块质量m=4kg，以速度v=2m/s水平滑上一静止的平板车上，平板车质量M=16kg，物块与平板车之间的动摩擦因数μ=0.2，其他摩擦不计（g=10m/s2），求：
（1）物块相对平板车静止时，物块的速度；
（2）物块在平板车上滑行的时间；
（3）物块在平板车上滑行的距离，要使物块在平板车上不滑下，平板车至少多长？
【答案】（1）0.4m/s（2）（3）
【解析】
解：物块滑下平板车后，在车对它的摩擦力作用下开始减速，车在物块对它的摩擦力作用下开始加速，当二者速度相等时，物块相对平板车静止，不再发生相对滑动。

（1）物块滑上平板车的过程中，二者组成的系统动量守恒，取v 的方向为正方向。

mv=
（M+m）v′，，即物块相对平板车静止时，物块速度为0.4m/s。

（2）由动量定理，
（3）物块在平板车上滑行时，二者都做匀变速直线运动，且运动时间相同，因此，对物块
，对板车，物块在板车上滑行的距离，要
使物块在平板车上不滑下，平板车至少长0.8m。

本题考查的是对动量守恒定律和动量定理问题的应用，根据动量守恒定律可求出物块相对平板车静止时的速度，再由动量定理得到时间；由匀变速直线运动的特点，可得结果。