高考物理动量定理专项训练100(附答案)及解析

高考物理动量定理专项训练100(附答案)及解析
一、高考物理精讲专题动量定理
1．如图所示，一质量m 1=0.45kg 的平顶小车静止在光滑的水平轨道上．车顶右端放一质量m 2=0.4 kg 的小物体，小物体可视为质点．现有一质量m 0=0.05 kg 的子弹以水平速度v 0=100 m/s 射中小车左端，并留在车中，已知子弹与车相互作用时间极短，小物体与车间的动摩擦因数为μ=0.5，最终小物体以5 m/s 的速度离开小车．g 取10 m/s 2．求：
（1）子弹从射入小车到相对小车静止的过程中对小车的冲量大小． （2）小车的长度．
【答案】（1）4.5N s ⋅ （2）5.5m 【解析】
①子弹进入小车的过程中，子弹与小车组成的系统动量守恒，有：
0011()o m v m m v =+，可解得110/v m s =；
对子弹由动量定理有：10I mv mv -=-， 4.5I N s =⋅ (或kgm/s)； ②三物体组成的系统动量守恒，由动量守恒定律有：
0110122()()m m v m m v m v +=++；
设小车长为L ，由能量守恒有：22220110122111()()222
m gL m m v m m v m v μ=+-+- 联立并代入数值得L ＝5.5m ；
点睛：子弹击中小车过程子弹与小车组成的系统动量守恒，由动量守恒定律可以求出小车的速度，根据动量定理可求子弹对小车的冲量；对子弹、物块、小车组成的系统动量守恒，对系统应用动量守恒定律与能量守恒定律可以求出小车的长度．
2．如图所示，一个质量为m 的物体，初速度为v 0，在水平合外力F （恒力）的作用下，经过一段时间t 后，速度变为v t 。

(1)请根据上述情境，利用牛顿第二定律推导动量定理，并写出动量定理表达式中等号两边物理量的物理意义。

(2)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。

请运用所学物理知识分析说明这样做的道理。

【答案】详情见解析 【解析】
【详解】
(1)根据牛顿第二定律F ma =,加速度定义0
i v v a t
-=
解得 0=-i Ft mv mv
即动量定理, Ft 表示物体所受合力的冲量，mv t -mv 0表示物体动量的变化 (2)快递物品在运送途中难免出现磕碰现象，根据动量定理
0=-i Ft mv mv
在动量变化相等的情况下，作用时间越长，作用力越小。

充满气体的塑料袋富有弹性，在碰撞时，容易发生形变，延缓作用过程，延长作用时间，减小作用力，从而能更好的保护快递物品。

3．一质量为m 的小球，以初速度v 0沿水平方向射出，恰好垂直地射到一倾角为30°的固定斜面上，并立即沿反方向弹回．已知反弹速度的大小是入射速度大小的3
4
.求在碰撞过程中斜面对小球的冲量的大小．
【答案】
72
mv 0 【解析】 【详解】
小球在碰撞斜面前做平抛运动，设刚要碰撞斜面时小球速度为v ，由题意知v 的方向与竖直线的夹角为30°，且水平分量仍为v 0，由此得v ＝2v 0.碰撞过程中，小球速度由v 变为反
向的
3
4
v ，碰撞时间极短，可不计重力的冲量，由动量定理，设反弹速度的方向为正方向，则斜面对小球的冲量为I ＝m 3
()4
v －m ·
(－v ) 解得I ＝7
2
mv 0.
4．如图所示,两个小球A 和B 质量分别是m A ＝2.0kg,m B ＝1.6kg,球A 静止在光滑水平面上的M 点,球B 在水平面上从远处沿两球的中心连线向着球A 运动,假设两球相距L ≤18m 时存在着恒定的斥力F ,L ＞18m 时无相互作用力.当两球相距最近时,它们间的距离为d ＝2m,此时球B 的速度是4m/s.求:
(1)球B 的初速度大小; (2)两球之间的斥力大小;
(3)两球从开始相互作用到相距最近时所经历的时间. 【答案】(1) 09B m v s
= ；(2) 2.25F N =；(3) 3.56t s =
【解析】试题分析：（1）当两球速度相等时，两球相距最近，根据动量守恒定律求出B 球的初速度；（2）在两球相距L ＞18m 时无相互作用力，B 球做匀速直线运动，两球相距L≤18m 时存在着恒定斥力F ，B 球做匀减速运动，由动能定理可得相互作用力 （3）根据动量定理得到两球从开始相互作用到相距最近时所经历的时间．
（1）设两球之间的斥力大小是F ，两球从开始相互作用到两球相距最近时所经历的时间是t 。

当两球相距最近时球B 的速度4B m v s
=，此时球A 的速度A v 与球B 的速度大小相
等， 4A B m v v s ==,由动量守恒定律可()0B B A B m v m m v =+得： 09B m v s
=;
(2)两球从开始相互作用到它们之间距离最近时，它们之间的相对位移Δx=L -d ，由功能关系可得： ()
'222
1122
B B A A B B
F X m v m v m v ∆=
-+ 得：F=2.25N (3)根据动量定理，对A 球有0A Ft mv =-,得 3.56t s =
点晴：本题综合考查了动量定理、动量守恒定律和能量守恒定律，综合性较强．知道速度相等时，两球相距最近，以及知道恒力与与相对位移的乘积等于系统动能的损失是解决本题的关键．
5．质量为m=0.2kg 的小球竖直向下以v 1=6m/s 的速度落至水平地面，再以v 2=4m/s 的速度反向弹回，小球与地面的作用时间t=0.2s ，取竖直向上为正方向，（取g=10m/s 2）．求 （1）小球与地面碰撞前后的动量变化？ （2）小球受到地面的平均作用力是多大？ 【答案】（1）2kg•m/s ，方向竖直向上；（2）12N ． 【解析】
（1）取竖直向上为正方向，碰撞地面前小球的动量11 1.2./p mv kg m s ==- 碰撞地面后小球的动量220.8./p mv kg m s ==
小球与地面碰撞前后的动量变化212./p p p kg m s ∆=-= 方向竖直向上 （2）小球与地面碰撞，小球受到重力G 和地面对小球的作用力F ， 由动量定理()F G t p -=∆ 得小球受到地面的平均作用力是F=12N
6．如图，有一个光滑轨道，其水平部分MN 段和圆形部分NPQ 平滑连接，圆形轨道的半
径R =0.5m ；质量为m 1=5kg 的A 球以v 0=6m/s 的速度沿轨道向右运动，与静止在水平轨道上质量为m 2=4kg 的B 球发生碰撞，两小球碰撞过程相互作用的时为t 0=0.02s ，碰撞后B 小球恰好越过圆形轨道最高点。

两球可视为质点，g =10m/s 2。

求：
(1)碰撞后A 小球的速度大小。

(2)碰撞过程两小球间的平均作用力大小。

【答案】(1)2m/s (2)1000N 【解析】 【详解】
(1)B 小球刚好能运动到圆形轨道的最高点：2
22v m g m R
=
设B 球碰后速度为2v ，由机械能守恒可知：
22222211222
m v m gR m v =+ A 、B 碰撞过程系统动量守恒：101122m v m v m v =+ 碰后A 速度12/v m s =
(2)A 、B 碰撞过程，对B 球：022Ft m v =
得碰撞过程两小球间的平均作用力大小 1000F N =
7．如图所示，质量均为2kg 的物块A 和物块B 静置于光滑水平血上，现让A 以v 0=6m/s 的速度向右运动，之后与墙壁碰撞，碰后以v 1=4m/s 的速度反向运动，接着与物块B 相碰并粘在一起。

g 取10m/s 2.求:
(1)物块A 与B 碰后共同速度大小v ; (2)物块A 对B 的冲量大小I B ;
(3)已知物块A 与墙壁碰撞时间为0.2s, 求墙壁对物块A 平均作用力大小F . 【答案】（1）2m/s （2）4N·s （3）100N 【解析】 【详解】
（1）以向左为正方向，根据动量守恒：1()A A B m v m m v =+ 得：2/v m s =
（2）AB 碰撞过程中，由动量定理得，B 受到冲量：I B =m B v -0
得：I B =4N·
s （3）A 与墙壁相碰后反弹，由动量定理得
10()A A Ft m v m v =--
得：100F N =
8．一垒球手水平挥动球棒，迎面打击一以速度水平飞来的垒球，垒球随后在离打击
点水平距离为
的垒球场上落地。

设垒球质量为0.81kg ，打击点离地面高度为2.2m ，球
棒与垒球的作用时间为0.010s ，重力加速度为，求球棒对垒球的平均作用力的大
小。

【答案】900N 【解析】 【详解】
由题意可知，垒球被击后做平抛运动，竖直方向：h=gt 2
所以：
水平方向：x=vt
所以球被击后的速度：
选取球被击出后的速度方向为正方向，则：v 0=-5m/s
设平均作用力为F ，则：Ft 0=mv-mv 0 代入数据得：F=900N 【点睛】
此题主要考查平抛运动与动量定理的应用，其中正确判断出垒球被击后做平抛运动是解答的关键；应用动量定理解题时注意正方向．
9．如图所示，质量为M=5.0kg 的小车在光滑水平面上以速度向右运动，一人背
靠竖直墙壁为避免小车撞向自己，拿起水枪以
的水平速度将一股水流自右向左
射向小车后壁，射到车壁的水全部流入车厢内，忽略空气阻力，已知水枪的水流流量恒为
（单位时间内流过横截面的水流体积），水的密度为。

求：
（1）经多长时间可使小车速度减为零；
（2）小车速度减为零之后，此人继续持水枪冲击小车，若要维持小车速度为零，需提供多大的水平作用力。

【答案】（1）50s （2）0.2N
【解析】解：（1）取水平向右为正方向，
由于水平面光滑，经t 时间，流入车内的水的质量为，
① 对车和水流，在水平方向没有外力，动量守恒 ②
由①②可得t=50s
（2）设时间内，水的体积为
，质量为
，则
③ 设小车队水流的水平作用力为，根据动量定理 ④
由③④可得
根据牛顿第三定律，水流对小车的平均作用力为
，由于小车匀速，根据平衡条件
10．飞机场有一架战斗机，质量3510m =⨯Kg ，发动机的额定功率900P =kW ．在战备状态下，一开始启动，发动机就处于额定功率状态，在跑道上经过时间t =15s 运动，速度恰好达到最大速度m 60v =m/s 离开跑道．飞机在跑道上运动过程中，受到的阻力不断增大．求：
（1）飞机速度达到最大时，所受到的阻力大小；
（2）飞机从启动到最大速度的过程中，飞机所受合外力的冲量的大小； （3）飞机从启动到离开跑道，飞机克服阻力所做的功．
【答案】（1）1.5×104N （2）5
310I N s =⨯⋅合（3）4.5×106J
【解析】
(1)飞机速度达到最大时，设飞机的牵引力为F ，受到的阻力是f ，则 F f =
P Fv =
解得f ＝1.5×104 N
(2)对飞机由动量定理有 0I mv =-合
解得5
310I =⨯合N.s
(3)从开始到离开跑道，设克服阻力做功是W ，则
212
Pt W mv -=
解得W ＝4.5×106 J
【点睛】本题考查功及冲量的计算，要注意明确当飞机达最大速度时，牵引力等于阻力．
11．如图，一质量为M =1.5kg 的物块静止在光滑桌面边缘，桌面离水平面的高度为h =1.25m ．一质量为m =0.5kg 的木块以水平速度v 0=4m/s 与物块相碰并粘在一起，碰撞时间极短，重力加速度为g =10m/s 2．不及空气阻力，求：
（1）碰撞过程中系统损失的机械能； （2）此后物块落地点离桌面边缘的水平距离． 【答案】（1）3J （2）0.5m 【解析】
试题分析：（1）对m 与M 组成的系统，碰撞过程中动量守恒，设碰后共同速度为v ，有 mν0=（m+M ）ν 解得v=1m/s
碰撞后系统损失的机械能22011
()22
E mv m M v ∆=-+ 解得△E=3J
（2）物块离开桌面后做平抛运动，设落地点离桌面边缘的水平距离为x ，有 竖直方向作自由落体：212
h gt = 解得t=0．5s
水平方向匀速直线： x=vt=0．5m
考点：动量守恒定律；机械能守恒定律；平抛运动
【名师点睛】本题采用程序法按时间顺序进行分析处理，是动量守恒定律与平抛运动简单的综合，比较容易．
12．有一水龙头以每秒800g 水的流量竖直注入盆中,盆放在磅秤上,如图所示．盆中原来无水，盆的质量500g ，注至5s 末时，磅秤的读数为57N ，重力加速度g 取10m/s 2，则此时注入盆中的水流的速度约为多大?
【答案】15m/s 【解析】
5s 时，杯子及水的总质量m=0.5+0.8×5=4.5kg ；
设注入水流的速度为t ，取竖直向下为正方向，△t 时间内注入杯中的水的质量△m=0.8△t 对杯子和杯子中的水进行分析，根据动量定理可知： (mg+△mg −F)△t=0−△mv 由题意可知，F=57N ；而△mg<<F 所以上式可变式为：
mg−F=−0.7v
代入数据，解得v=15m/s．
点睛：取极短时间内注入杯中的水为研究对象，根据动量定理列式，可求得注入水流的速度．。