高中物理动量定理及其解题技巧及练习题(含答案)

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高中物理动量定理及其解题技巧及练习题(含答案)
一、高考物理精讲专题动量定理
1.观赏“烟火”表演是某地每年“春节”庆祝活动的压轴大餐。某型“礼花”底座仅 0.2s 的发射时间,就能将质量为 m=5kg 的礼花弹竖直抛上 180m 的高空。(忽略发射底座高 度,不计空气阻力,g 取 10m/s2) (1)“礼花”发射时燃烧的火药对礼花弹的平均作用力是多少?(已知该平均作用力远大于 礼花弹自身重力)
(2)某次试射,当礼花弹到达最高点时爆炸成沿水平方向运动的两块(爆炸时炸药质量忽略 不计),测得前后两块质量之比为 1:4,且炸裂时有大小为 E=9000J 的化学能全部转化为 了动能,则两块落地点间的距离是多少?
【答案】(1)1550N;(2)900m 【解析】
【分析】 【详解】 (1)设发射时燃烧的火药对礼花弹的平均作用力为 F,设礼花弹上升时间为 t,则:
【答案】 F 2mv cos ,方向沿 y 轴正方向 t
【解析】 【详解】
小球在 x 方向的动量变化为 px mv sin mv sin 0 小球在 y 方向的动量变化为 py mv cos (mv cos ) 2mv cos 根据动量定理 F t py 解得 F 2mv cos ,方向沿 y 轴正方向
(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:
F X
1 2
mBvB'2
1 2
mAvA2 mBvB2
得:F=2.25N
(3)根据动量定理,对 A 球有 Ft mvA 0 ,得 t 3.56s
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
(1)a.根据胡克定律得: F kx ,所以 F 随 x 的变化示意图如图所示
b.小孩子有高度 H 下落过程,由机械能守恒定律: mgH 1 mv2 2
得到速度大小: v 2gH
c.以竖直向下为正方向,接触蹦床的过程中,根据动量守恒: mgt I mv mv
其中 v 2gH
可得蹦床对小孩的冲量大小为: I mgt 2m 2gH
(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) vB0 9 m s ;(2) F 2.25N ;(3) t 3.56s
【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
小球上升过程中只受重力,机械能守恒,根据机械能守恒,有:mgh= mv22
解得:
假设竖直向下为正方向,则

负号表示方向竖直向上;
(2)根据动量定理有:Ft+mgt=∆p 代入已知解得:F=-6 N “-”表示 F 的方向竖直向上; 【点睛】
3.一个质量为 60 千克的蹦床运动员从距离水平蹦床网面上 3.2 米的高处自由下落,触网 后沿竖直方向蹦回到离水平网面 5 米高处.已知运动员与网接触的时候为 1.2 秒。求运动员 和网接触的这段时间内,网对运动员的平均作用力 F(g 取 10 m/s2)。 【答案】1500N,方向竖直向上 【解析】 【详解】 设运动员从 h1 处下落,刚触网的速度为
v1 2gh1 8m s (方向向下)
运动员反弹到达高度 h2 ,离网时速度为
v2 2gh2 10 m s (方向向上)
在接触网的过程中,运动员受到向上的弹力 F 和向下的重力 mg,设向上方向为正,由动量 定理有
F mgt mv2 mv1
解得 F=1500N,方向竖直向上。
4.如图所示,两个小球 A 和 B 质量分别是 mA=2.0kg,mB=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)在一次玩耍中,某质量为 m 的小孩,从距离蹦床床面高 H 处由静止下落,将蹦床下 压到最低点后,再被弹回至空中. a.请在图丙中画出小孩接触蹦床后,所受蹦床的弹力 F 随形变量 x 变化的图线; b.求出小孩刚接触蹦床时的速度大小 v; c.若已知该小孩与蹦床接触的时间为 t,求接触蹦床过程中,蹦床对该小孩的冲量大小 I. (2)借助 F-x 图,可确定弹力做功的规律.在某次玩耍中,质量不同的两个小孩(均可视 为质点),分别在两张相同的蹦床上弹跳,请判断:这两个小孩,在蹦床上以相同形变量 由静止开始,上升的最大高度是否相同?并论证你的观点.
【点睛】
解决本题的关键知道运动员在整个过程中的运动情况,结合运动学公式、动能定理等知识
进行求解.
8.如图所示,光滑水平面上小球 A、B 分别以 3.2 m/s、2.0m/s 的速率相向运动,碰撞后 A
球静止.已知碰撞时间为 0. 05s,A、B 的质量均为 0.5kg.求: (1)碰撞后 B 球的速度大小; (2)碰撞过程 A 对 B 平均作用力的大小.
【答案】(1)1.2m/s,方向水平向右(2)32N
【解析】
【分析】
【详解】
(1)A.B 系统动量守恒,设 A 的运动方向为正方向
由动量守恒定律得
解得
mvA−mvB=0+mv´B
方向水平向右
v´B=1.2m/s,
(2)对 B,由动量定理得
解得
F△t=△pB=mv´B -(- mvB)
F=32N 【点睛】
其中

E
1 2
m1v12
1 2
m2v22
m1 1 m2 4
联立解得
m m1 m2
v1 120m/s
之后两物块做平抛运动,则 竖直方向有
水平方向有 由以上各式联立解得
v2 30m/s
h 1 gt2 2
s v1t v2t
s=900m
2.一质量为 0.5kg 的小物块放在水平地面上的 A 点,距离 A 点 5m 的位置 B 处是一面墙, 如图所示,物块以 v0=9m/s 的初速度从 A 点沿 AB 方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度 为 7m/s,碰后以 6m/s 的速度反向运动直至静止.g 取 10m/s2.
(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 vB 4 m s ,此时球 A 的速度 vA 与球 B 的速度大小相
等, vA vB 4 m s ,由动量守恒定律可 mBvB0 mA mB v 得: vB0 9 m s ;
(1)求物块与地面间的动摩擦因数 μ; (2)若碰撞时间为 0.05s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小 F.
【答案】(1) 0.32 (2)F=130N
【解析】 试题分析:(1)对 A 到墙壁过程,运用动能定理得:
, 代入数据解得:μ=0.32. (2)规定向左为正方向,对碰墙的过程运用动量定理得:F△ t=mv′﹣mv, 代入数据解得:F=130N.
t
6.2018 年诺贝尔物理学奖授于了阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)等三位科学家,以表彰他 们在激光领域的杰出成就。阿瑟·阿什金发明了光学镊子(如图),能用激光束“夹起”粒 子、原子、分子;还能夹起病毒、细菌及其他活细胞,开启了激光在新领域应用的大门。
①为了简化问题,将激光束看作是粒子流,其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动。 激光照射到物体上,会对物体产生力的作用,光镊效应就是一个实例。 现有一透明介质小球,处于非均匀的激光束中(越靠近光束中心光强越强)。小球的折射 率大于周围介质的折射率。两束相互平行且强度①>②的激光束,穿过介质小球射出时的 光路如图所示。若不考虑光的反射和吸收,请分析说明两光束因折射对小球产生的合力的 方向。 ②根据上问光束对小球产生的合力特点,试分析激光束如何“夹起”粒子的? 【答案】见解析; 【解析】 【详解】 解:①由动量定理可知:△v 的方向即为小球对光束作用力的方向
7.如图甲所示,蹦床是常见的儿童游乐项目之一,儿童从一定高度落到蹦床上,将蹦床压 下后,又被弹回到空中,如此反复,达到锻炼和玩耍的目的.如图乙所示,蹦床可以简化 为一个竖直放置的轻弹簧,弹力的大小为 kx(x 为床面下沉的距离,也叫形变量;k 为常 量),蹦床的初始形变量可视为 0,忽略空气阻力的影响.
h 1 gt2 2
解得
t 6s
对礼花弹从发射到抛到最高点,由动量定理
Ft0 mg(t t0 ) 0
其中
t0 0.2s
解得
F 1550N
(2)设在最高点爆炸后两块质量分别为 m1、m2,对应的水平速度大小分别为 v1、v2,则: 在最高点爆炸,由动量守恒定律得
由能量守恒定律得
m1v1 m2v2
题的关键.
5.用动量定理处理二维问题时,可以在相互垂直的 x、y 两个方向上分别进行研究。如图 所示,质量为 m 的小球斜射到木板上,入射的角度是 θ,碰撞后弹出的角度也是 θ,碰撞 前后的速度大小都是 v。碰撞过程中忽略小球所受重力。若小球与木板的碰撞时间为t, 求木板对小球的平均作用力的大小和方向。
与地面接触的时间为 0.55s,不计空气阻力,取 g=10m/s2。求:
(1)在与地面接触过程中,玻璃球动量变化量的大小和方向;
(2)地面对玻璃球的平均作用力的大小。
【答案】(1)
,竖直向上(2)
【解析】
【详解】
(1)小球下降过程中只受重力,机械能守恒,根据机械能守恒,有:mgH= mv12 解得:
【答案】(1)a.
b. v 2gH c. I mgt 2m 2gH (2)上升高度与
质量 m 有关,质量大的上升高度小 【解析】 【分析】 (1)a、根据胡克定律求出劲度系数,抓住弹力与形变量成正比,作出弹力 F 随 x 变化的 示意图. b、根据机械能守恒求出小孩刚接触蹦床时的速度大小; c、根据动量定理求出蹦床对该小孩的冲量大小. (2)根据图线围成的面积表示弹力做功,得出弹力做功的表达式,根据动能定理求出弹力 做功,从而求出 x1 的值. 【详解】
(1)B、C 相撞前一瞬间 B 的速度大小;
(2)绳被拉断过程中,绳对 A 的冲量 I。
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)由动量守恒定律可知: 得:
(2)由能量守恒可得: 得: 动量守恒: 冲量: 得:
10.质量为 200g 的玻璃球,从 1.8m 高处自由下落,与地面相碰后,又弹起 1.25m,若球
(2)设蹦床的压缩量为 x,小孩离开蹦床后上升了 H.从最低点处到最高点,重力做功
mg x
H
,根据
F-x
图象的面积可求出弹力做功:W弹
kx2 2
从最低点处到最高点,根据动能定理: mg H x kx2 0
2
可得: H kx2 x ,可以判断上升高度与质量 m 有关,质量大的上升高度小. 2mg
当强度①>②强度相同时,作用力 F1>F2,由平行四边形定则知,①和②光速受力合力方 向向左偏下,则由牛顿第三定律可知,两光束因折射对小球产生的合力的方向向右偏上, 如图所示
②如图所示,小球受到的合力向右偏上,此力的横向的分力 Fy,会将小球推向光束中心; 一旦小球偏离光速中心,就会受到指向中心的分力,实现光束对小球的约束,如同镊子一 样,“夹住”小球其它粒子
根据动量守恒定律求碰撞后 B 球的速度大小;对 B,利用动量定理求碰撞过程 A 对 B 平均
作用力的大小.
9.如图所示,光滑水平面上放着质量都为 m 的物块 A 和 B,A 紧靠着固定的竖直挡板, A、B 间夹一个被压缩的轻弹簧(弹簧与 A、B 均不拴接),用手挡住 B 不动,此时弹簧压
缩的弹性势能为 .在 A、B 间系一轻质细绳,细绳的长略大于弹簧的自然长度。放手 后绳在短暂时间内被拉断,之后 B 继续向右运动,一段时间后与向左匀速运动、速度为 v0 的物块 C 发生碰撞,碰后 B、C 立刻形成粘合体并停止运动,C 的质量为 2m。求:
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