高中物理动量定理解题技巧(超强)及练习题(含答案)

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物块在平板车上做匀减速直线运动,平板车做匀加速直线运动,
由匀变速运动的平均速度公式得,对物块
s1
v
v 2
t
,对平板车
s2
v 2
t

物块在平板车上滑行的距离 s s1 s2 ,解得 s 0.8m ,
要使物块在平板车上不滑下,平板车至少长 0.8m.
9.如图所示,在粗糙的水平面上 0.5a—1.5a 区间放置一探测板( a mv0 )。在水平面 qB
W
0
1 2
mvm2
解得
W=18J; (3)物体沿斜面上滑和下滑的总时间为:
重力的冲量:
t 2v0 2 6 2s a6
方向竖直向下。
IG mgt 20N s
3.如图所示,质量为 m=245g 的木块(可视为质点)放在质量为 M=0.5kg 的木板左端,足 够长的木板静止在光滑水平面上,木块与木板间的动摩擦因数为 μ= 0.4,质量为 m0 = 5g 的 子弹以速度 v0=300m/s 沿水平方向射入木块并留在其中(时间极短),子弹射入后,g 取 10m/s2,求: (1)子弹进入木块后子弹和木块一起向右滑行的最大速度 v1 (2)木板向右滑行的最大速度 v2 (3)木块在木板滑行的时间 t
低点时与物块发生弹性正碰.小球与物块均视为质点,不计空气阻力,重力加速度为 g.求:
(1)碰撞后,小球 A 反弹瞬间的速度大小; (2)物块 B 在水平面上滑行的时间 t.
【答案】(1) gh (2) 2gh
8
4 g
【解析】
(1)设小球的质量为 m,运动到最低点与物块碰撞前的速度大小为 v1 ,碰后 A、B 速度分
的上方存在水平向里,磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,磁场右边界离小孔 O 距离为 a,位于 水平面下方离子源 C 飘出质量为 m,电荷量为 q,初速度为 0 的一束负离子,这束离子经
电势差为U 2mv02 的电场加速后,从小孔 O 垂直水平面并垂直磁场射入磁场区域,t 时 9q
间内共有 N 个离子打到探测板上。
3
3
3
所以 OB OAtan600 a ,离子离开磁场后打到板的正中间。
(2) 设 板 对 离 子 的 力 为 F , 垂 直 板 向 上 为 正 方 向 , 根 据 动 量 定 理 :
Ft Nmvsin300
Nmvsin300
2 3
Nmv0
F= 2Nmv0 3t
根据牛顿第三定律,探测板受到的冲击力大小为 2Nmv0 ,方向竖直向下。 3t
高中物理动量定理解题技巧(超强)及练习题(含答案)
一、高考物理精讲专题动量定理
1.如图所示,一质量 m1=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 m2=0.4 kg 的小物体,小物体可视为质点.现有一质量 m0=0.05 kg 的子弹以水平速度 v0=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/s2.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:
m0vo (m0 m1)v1 ,可解得 v1 10m / s ;
对子弹由动量定理有: I mv1 mv0 , I 4.5N s (或 kgm/s);
【答案】(1)6.0m/s2(2)18J(3)20N·s,方向竖直向下。 【解析】 【详解】
(1)设物体运动的加速度为 a,物体所受合力等于重力沿斜面向下的分力为: F=mgsinθ
根据牛顿第二定律有: F=ma;
解得: a=6.0m/s2
(2)物体沿斜面上滑到最高点时,克服重力做功达到最大值,设最大值为 vm;对于物体 沿斜面上滑过程,根据动能定理有:
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】 【详解】 (1)弹簧压缩到最短时,A 和 B 共速,设速度大小为 v,由动量守恒定律有



(2)对 A、B 和弹簧组成的系统,由功能关系有



(3)对 A 由动量定理得 ⑤

Baidu Nhomakorabea

5.如图所示,质量为 m=0.5kg 的木块,以 v0=3.0m/s 的速度滑上原来静止在光滑水平面上 的足够长的平板车,平板车的质量 M=2.0kg。若木块和平板车表面间的动摩擦因数 μ=0.3,重力加速度 g=10m/s2,求:
【答案】(1) v1= 6m/s (2) v2=2m/s (3) t=1s 【解析】
【详解】
(1)子弹打入木块过程,由动量守恒定律可得:
解得:
m0v0=(m0+m)v1
v1= 6m/s (2)木块在木板上滑动过程,由动量守恒定律可得:
解得:
(m0+m)v1=(m0+m+M)v2
v2=2m/s
(3)对子弹木块整体,由动量定理得: ﹣μ(m0+m)gt=(m0+m)(v2﹣v1)
3t
3t
【解析】(1)在加速电场中加速时据动能定理: qU 1 mv2 , 2
代入数据得 v
2 3
v0
在磁场中洛仑兹力提供向心力: qvB m v2 ,所以半径 r mv 2mv0 2 a
r
qB 3qB 3
轨迹如图:
OO 1 a , OOA 300 , OA 2 acos300 3 a
6.在水平地面的右端 B 处有一面墙,一小物块放在水平地面上的 A 点,质量 m=0.5 kg, AB 间距离 s=5 m,如图所示.小物块以初速度 v0=8 m/s 从 A 向 B 运动,刚要与墙壁碰撞 时的速度 v1=7 m/s,碰撞后以速度 v2=6 m/s 反向弹回.重力加速度 g 取 10 m/s2.求: (1) 小物块与地面间的动摩擦因数 μ; (2) 若碰撞时间 t=0.05 s,碰撞过程中墙面对小物块平均作用力 F 的大小.
设物块在水平面上滑行的时间为 t,根据动量定量,有:
Ft 0 2mv2
解得: t 2 2gh . 3 g
点睛:本题综合考查动量守恒定律、机械能守恒定律及动量定理,要注意正确分析物理过 程,选择合适的物理规律求解,要明确碰撞的基本规律是系统的动量守恒.
F2t2 f (t2 t3 ) 0
设在 1s~3s 内物体的加速度大小为 a,则由牛顿第二定律有
第 2s 末物体的速度为
F2 f ma
第 2s 末拉力 F 的功率为
v at2
联立以上方程可求出
P F2v
P 50W
11.如图所示,小球 A 系在细线的一端,细线的另一端固定在 0 点,0 点到水平面的距离 为 h.物块 B 的质量是小球 A 的 2 倍,置于粗糙的水平面上且位于 0 点的正下方,物块与水 平面之间的动摩擦因数为 μ.现拉动小球使细线水平伸直,小球由静止开始释放,运动到最
【答案】(1)0.4m/s (2)0.8m 【解析】
(1)物块与平板车组成的系统动量守恒,以物块与普遍车组成的系统为研究对象,以物块
的速度方向为正方向,
由动量守恒定律得 mv M mv ,解得 v 0.4m / s ;
(2)对物块由动量定理得 mgt mv mv ,解得 t 0.8s ;
解得:物块相对于木板滑行的时间
t v2 v1 1s g
4.如图,一轻质弹簧两端连着物体 A 和 B,放在光滑的水平面上,某时刻物体 A 获得一大 小为 的水平初速度开始向右运动。已知物体 A 的质量为 m,物体 B 的质量为 2m,求:
(1)弹簧压缩到最短时物体 B 的速度大小; (2)弹簧压缩到最短时的弹性势能; (3)从 A 开始运动到弹簧压缩到最短的过程中,弹簧对 A 的冲量大小。
【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
别为 v1 和 v2 ,碰撞前后的动量和机械都守恒,则有:
mgh
1 2
mv12
mv1 mv1 2mv2
1 2
mv12
1 2
mv12
1 2
2mv22
解得: v1
2gh 3

v2
2
2gh , 3
所以碰后 A 反弹瞬间速度大小为 2gh ; 3
(2)物块在水平面上滑行所受摩擦力的大小 F 2mg ,
(1)求离子从小孔 O 射入磁场后打到板上的位置。 (2)若离子与挡板碰撞前后没有能量的损失,则探测板受到的冲击力为多少? (3)若射到探测板上的离子全部被板吸收,要使探测板不动,水平面需要给探测板的摩擦 力为多少?
【答案】(1)打在板的中间(2) 2Nmv0 方向竖直向下(3) 3Nmv0 方向水平向左
②三物体组成的系统动量守恒,由动量守恒定律有:
(m0 m1)v1 (m0 m1)v2 m2v ;
设小车长为
L,由能量守恒有:
m2 gL
1 2
(m0
m1 )v12
1 2
(m0
m1 )v22
1 2
m2v2
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
(1)前 3s 内拉力 F 的冲量. (2)第 2s 末拉力 F 的功率.
【答案】(1) 25Ns (2) 50W
【解析】
【详解】
(1)由动量定理有
即前 3s 内拉力 F 的冲量为
I F1t1 F2t2
I 25Ns
(2)设物体在运动过程中所受滑动摩擦力大小为 f,则在 2s~6s 内,由动量定理有
【答案】(1)0.15 (2)130 N 【解析】
【详解】
(1)从 A 到 B 过程,由动能定理,有:-μmgs= 1 mv12- 1 mv02
2
2
可得:μ=0.15.
(2)对碰撞过程,规定向左为正方向,由动量定理,有:Ft=mv2-m(-v1)
可得:F=130 N.
7.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。
(1)平板车的最大速度; (2)平板车达到最大速度所用的时间. 【答案】(1)0.6m/s (2)0.8s 【解析】 【详解】 (1)木块与平板车组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得: mv0=(M+m)v, 解得:v=0.6m/s (2)对平板车,由动量定律得: μmgt=Mv 解得:t=0.8s
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,在倾角 θ=37°的足够长的固定光滑斜面的底端,有一质量 m=1.0kg、可视为 质点的物体,以 v0=6.0m/s 的初速度沿斜面上滑。已知 sin37º=0.60,cos37º=0.80,重力加 速度 g 取 10m/s2,不计空气阻力。求: (1)物体沿斜面向上运动的加速度大小; (2)物体在沿斜面运动的过程中,物体克服重力所做功的最大值; (3)物体在沿斜面向上运动至返回到斜面底端的过程中,重力的冲量。
t
8.如图所示,一个质量 m=4kg 的物块以速度 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,其它摩擦不计(取 g=10m/s2), 求: (1)物块相对平板车静止时,物块的速度; (2)物块相对平板车上滑行,要使物块在平板车上不滑下,平板车至少多长?
(3)若射到探测板上的离子全部被板吸收,板对离子水平方向的力为 T,根据动量定理:
Tt Nmvcos300
3 3
Nmv0
,T=
3Nmv0 3t
离子对板的力大小为 3Nmv0 ,方向水平向右。 3t
所以水平面需要给探测板的摩擦力大小为 3Nmv0 ,方向水平向左。 3t
10.一个质量为 2kg 的物体静止在水平桌面上,如图 1 所示,现在对物体施加一个水平向 右的拉力 F,拉力 F 随时间 t 变化的图像如图 2 所示,已知物体在第 1s 内保持静止状态, 第 2s 初开始做匀加速直线运动,第 3s 末撤去拉力,第 5s 末物体速度减小为 0.求:
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