内容正文:
专题九 动量守恒定律
考点1 动量定理的理解及应用
◆动量
1.(2024黑吉辽卷,1)2024年5月3日长征
五号遥八运载火箭托举嫦娥六号探测器进
入地月转移轨道,火箭升空过程中,以下描
述的物理量属于矢量的是 ( )
A.质量 B.速率
C.动量 D.动能
2.(2022 湖 南 卷,4,4
分)1932年,查德威克
用未知射线轰击氢核,
发现这种射线是由质量与质子大致相等的
中性粒子(即中子)组成.如图,中子以速度
v0 分别碰撞静止的氢核和氮核,碰撞后氢
核和氮核的速度分别为v1 和v2.设碰撞为
弹性正碰,不考虑相对论效应.下列说法正
确的是 ( )
A.碰撞后氮核的动量比氢核的小
B.碰撞后氮核的动能比氢核的小
C.v2 大于v1
D.v2 大于v0
3.(2022湖南卷,7,5
分)神舟十三号返回
舱进入大气层一段
时间后,逐一打开引
导伞、减速伞、主伞,
最后启动反冲装置,实现软着陆.某兴趣小组
研究了减速伞打开后返回舱的运动情况,将其
运动简化为竖直方向的直线运动,其v-t图像
如图所示.设该过程中,重力加速度不变,返回
舱质量不变,下列说法正确的是 ( )
A.在0~t1 时间内,返回舱重力的功率随时
间减小
B.在0~t1 时间内,返回舱的加速度不变
C.在t1~t2 时间内,返回舱的动量随时间
减小
D.在t2~t3 时间内,返回舱的机械能不变
4.(2021湖南卷,2,4分)物体的运动状态可用
位置x和动量p描述,称为相,对应p-x图像
中的一个点.物体运动状态的变化可用p-x
图像中的一条曲线来描述,称为相轨迹.假如
一质点沿x轴正方向做初速度为零的匀加速
直线运动,则对应的相轨迹可能是 ( )
5.(2021北京卷,10,3分)如
图所示,圆盘在水平面内以角
速度ω绕中心轴匀速转动,圆
盘上距轴r处的P 点有一质
量为m的小物体随圆盘一起转动.某时刻圆盘
突然停止转动,小物体由P点滑至圆盘上的某
点停止.下列说法正确的是 ( )
A.圆盘停止转动前,小物体所受摩擦力的
方向沿运动轨迹切线方向
B.圆盘停止转动前,小物体运动一圈所受
摩擦力的冲量大小为2mωr
C.圆盘停止转动后,小物体沿圆盘半径方
向运动
D.圆盘停止转动后,小物体整个滑动过程
所受摩擦力的冲量大小为mωr
6.(2020全国Ⅰ卷,14,6分)行驶中的汽车
如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹
出并瞬间充满气体.若碰撞后汽车的速度在
很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过
程中的作用,下列说法正确的是 ( )
A.增加了司机单位面积的受力大小
B.减少了碰撞前后司机动量的变化量
C.将司机的动能全部转换成汽车的动能
D.延长了司机的受力时间并增大了司机的
受力面积
◆动量定理
7.(2024全国甲卷,20)蹦床运动中,体重为
60kg的运动员在t=0时刚好落到蹦床上,
对蹦床作用力大小F 与时间t的关系如图
所示.假设运动过程中运动员身体始终保持
07
最新真题分类特训物理
竖直,在其不与蹦床接触时蹦床水平.忽略
空气阻力,重力加速度大小取10m/s2.下列
说法正确的是 ( )
A.t=0.15s时,运动员的重力势能最大
B.t=0.30s时,运动员的速度大小为10m/s
C.t=1.00s时,运动员恰好运动到最大高
度处
D.运动员每次与蹦床接触到离开过程中对
蹦床的平均作用力大小为4600N
8.(2023广东卷,10)某同
学受电动窗帘的启发,设
计了如图所示的简化模型.多个质量均为
1kg的滑块可在水平滑轨上滑动,忽略阻
力.开窗帘过程中,电机对滑块1施加一个
水平向右的恒力F,推动滑块1以0.40m/s
的速度与静止的滑块2碰撞,碰撞时间为
0.04s,碰撞结束后瞬间两滑块的共同速度
为0.22m/s.关于两滑块的碰撞过程,下列
说法正确的有 ( )
A.该过程动量守恒
B.滑块1受到合外力的冲量大小为0.18Ns
C.滑块2受到合外力的冲量大小为0.40Ns
D.滑块2受到滑块1的平均作用力大小为
5.5N
9.(2021湖南卷,8,5分)如图(a),质量分别
为mA、mB 的A、B 两物体用轻弹簧连接构
成一个系统,外力F作用在A 上,系统静止
在光滑水平面上(B 靠墙面),此时弹簧形变
量为x.撤去外力并开始计时,A、B 两物体
运动的a-t图像如图(b)所示,S1 表示0到
t1 时间内A 的a-t图线与坐标轴所围图形
的面积大小,S2、S3 分别表示t1 到t2 时间内
A、B 的a-t图线与坐标轴所围图形的面积
大小.A 在t1 时刻的速度为v0.下列说法正
确的是 ( )
A.0到t1 时间内,墙对B 的冲量等于mAv0
B.mA>mB
C.B 运动后,弹簧的最大形变量等于x
D.S1-S2=S3
10.(2021山东卷,16,9
分)海鸥捕到外壳坚
硬的鸟蛤(贝类动物)
后,有时会飞到空中
将它丢下,利用地面
的冲击打碎硬壳.一只海鸥叼着质量m=
0.1kg的鸟蛤,在 H=20m 的高度、以v0
=15m/s的水平速度飞行时,松开嘴巴让
鸟蛤落到水平地面上.取重力加速度g=
10m/s2,忽略空气阻力.
(1)若鸟蛤与地面的碰撞时间 Δt=0.005
s,弹起速度可忽略,求碰撞过程中鸟蛤受
到的平均作用力的大小F;(碰撞过程中不
计重力)
(2)在海鸥飞行方向正下方的地面上,有一
与地面平齐、长度L=6m 的岩石,以岩石
左端为坐标原点,建立如图所示坐标系.若
海鸥水平飞行的高度仍为20m,速度大小
在15m/s~17m/s之间,为保证鸟蛤一定
能落到岩石上,求释放鸟蛤位置的x坐标
范围.
17
专题九 动量守恒定律
考点2 动量守恒定律的条件及应用
1.(2021全国乙卷,14,6分)如
图,光滑水平地面上有一小车,
一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连,另一端与
滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦.
用力向右推动车厢使弹簧压缩,撤去推力时滑
块在车厢底板上有相对滑动.在以地面为参考
系(可视为惯性系)中,从撤去推力开始,小车、
弹簧和滑块组成的系统 ( )
A.动量守恒,机械能守恒
B.动量守恒,机械能不守恒
C.动量不守恒,机械能守恒
D.动量不守恒,机械能不守恒
2.(2021重庆卷,7,4
分)质量相同的甲、乙
两小球(视为质点)以
不同的初速度竖直上
抛,某时刻两球发生
正碰.图中实线和虚线分别表示甲、乙两球位
置随时间变化的曲线,其中虚线关于t=t1 左
右对称,实线两个顶点的纵坐标相同.若小球
运动中除碰撞外仅受重力,则 ( )
A.t=0时刻,甲的速度大于乙的速率
B.碰撞前后瞬间,乙的动量不变
C.碰撞前后瞬间,甲的动能不变
D.碰撞后甲的机械能大于乙的机械能
3.(2024江苏卷,14)嫦娥六号在轨速度为
v0,着陆器对应的组合体 A 与轨道器对应
的组合体B分离时间为 Δt,分离后 B的速
度为v,且与v0 同向,A、B 的质量分别为
m、M.求:
(1)分离后 A的速度v1;
(2)分离时 A对B的推力大小.
4.(2021河北卷,13,11分)如图,一滑雪道
由AB 和BC 两段滑道组成,其中AB 段倾
角为θ,BC 段水平,AB 段和BC 段由一小
段光滑圆弧连接.一个质量为2kg的背包
在滑道顶端A 处由静止滑下,若1s后质量
为48kg的滑雪者从顶端以1.5m/s的初
速度、3m/s2 的加速度匀加速追赶,恰好在
坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将
其拎起.背包与滑道间的动摩擦因数为μ=
1
12
,重力加速度取g=10m/s2,sinθ=725
,
cosθ=2425
,忽略空气阻力及拎包过程中滑雪
者与背包的重心变化.求:
(1)滑道AB 段的长度;
(2)滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度.
27
最新真题分类特训物理
5.(2021北京卷,17,9
分)如图所示,小物块
A、B 的质量均为m=
010kg,B 静止在轨道
水平段的末端.A 以水平速度v0 与B 碰撞,
碰后两物块粘在一起水平抛出.抛出点距离
水平地面的竖直高度为h=045m,两物块
落地点距离轨道末端的水平距离为s=030
m,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)两物块在空中运动的时间t;
(2)两物块碰前A 的速度v0 的大小;
(3)两物块碰撞过程中损失的机械能ΔE.
考点3 动量守恒中的几类典型模型
◆人船模型
1.(2021山东卷,11,4分)
如图所示,载有物资的热
气球静止于距水平地面 H
的高处,现将质量为m 的
物资以相对地面的速度v0
水平投出,落地时物资与热
气球的距离为d.已知投出
物资后热气球的总质量为M,所受浮力不变,
重力加速度为g,不计阻力,以下判断正确的是
( )
A.投出物资后热气球做匀加速直线运动
B.投出物资后热气球所受合力大小为mg
C.d= 1+mM
æ
è
ç
ö
ø
÷
2Hv20
g +H
2
D.d=
2Hv20
g + 1+
m
M
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
H2
◆碰撞模型
2.(2020全国Ⅱ卷,21,6分)水平冰面上有
一固定的竖直挡板.一滑冰运动员面对挡板
静止在冰面上,他把一质量为4.0kg的静
止物块以大小为5.0m/s的速度沿与挡板
垂直的方向推向挡板,运动员获得退行速
度;物块与挡板弹性碰撞,速度反向,追上运
动员时,运动员又把物块推向挡板,使其再
一次以大小为5.0m/s的速度与挡板弹性
碰撞.总共经过8次这样推物块后,运动员
退行速度的大小大于5.0m/s,反弹的物块
不能再追上运动员.不计冰面的摩擦力,该
运动员的质量可能为 ( )
A.48kg B.53kg
C.58kg D.63kg
3.(2022广东卷,13,11分)
某同学受自动雨伞开伞过程
的启发,设计了如图所示的
物理模型.竖直放置在水平
桌面上的滑杆上套有一个滑
块,初始时它们处于静止状
态,当滑块从A 处以初速度
v0 为10m/s向上滑动时,受
到滑杆的摩擦力f为1N.滑块滑到B 处与
滑杆发生完全非弹性碰撞,带动滑杆离开桌
面一起竖直向上运动.已知滑块的质量m=
0.2kg,滑杆的质量 M=0.6kg,A、B 间的
距离l=1.2m,重力加速度g取10m/s2,
不计空气阻力.求:
(1)滑块在静止时和向上滑动的过程中,桌
面对滑杆支持力的大小N1 和N2;
(2)滑块碰撞前瞬间的速度大小v;
(3)滑杆向上运动的最大高度h.
37
专题九 动量守恒定律
4.(2021广东卷,13,11分)算盘是我国古老
的计算工具,中心带孔的相同算珠可在算盘
的固定导杆上滑动,使用前算珠需要归零.
如图所示,水平放置的算盘中有甲、乙两颗
算珠未在归零位置,甲靠边框b,甲、乙相隔
s1=3.5×10-2m,乙与边框a相隔s2=2.0
×10-2m,算珠与导杆间的动摩擦因数为μ
=0.1.现用手指将甲以0.4m/s的初速度拨
出,甲、乙碰撞后甲的速度大小为0.1m/s,
方向不变,碰撞时间极短且不计,重力加速
度g取10m/s2.
(1)通过计算,判断乙算珠能否滑动到边
框a;
(2)求甲算珠从拨出到停下所需的时间.
5.(2021湖南卷,14,
15分)如图,竖直平
面内一足够长的光
滑倾斜轨道与一长
为L 的水平轨道通
过一小段光滑圆弧平滑连接,水平轨道右下
方有一段弧形轨道PQ.质量为m 的小物块
A 与水平轨道间的动摩擦因数为μ.以水平
轨道末端O 点为坐标原点建立平面直角坐
标系xOy,x 轴的正方向水平向右,y 轴的
正方向竖直向下,弧形轨道 P 端坐标为
(2μL,μL),Q 端 在y 轴 上.重 力 加 速 度
为g.
(1)若A 从倾斜轨道上距x 轴高度为2μL
的位置由静止开始下滑,求A 经过O 点时
的速度大小;
(2)若A 从倾斜轨道上不同位置由静止开
始下滑,经过O点落在弧形轨道PQ 上的动
能均相同,求PQ 的曲线方程;
(3)将质量为λm(λ为常数且λ≥5)的小物
块B 置于O 点,A 沿倾斜轨道由静止开始
下滑,与B 发生弹性碰撞(碰撞时间极短),
要使A 和B 均能落在弧形轨道上,且A 落
在B 落点的右侧,求A 下滑的初始位置距x
轴高度的取值范围.
47
最新真题分类特训物理
◆子弹—木块模型
6.(2020山东卷,18,
16分)如图所示,一
倾角为θ的固定斜
面的底端安装一弹
性挡板,P、Q 两物块的质量分别为m 和
4m,Q 静止于斜面上A 处.某时刻,P 以沿
斜面向上的速度v0 与Q 发生弹性碰撞.Q
与斜面间的动摩擦因数等于tanθ,设最大
静摩擦力等于滑动摩擦力.P 与斜面间无摩
擦,与挡板之间的碰撞无动能损失.两物块
均可以看作质点,斜面足够长,Q 的速度减
为零之前P 不会与之发生碰撞.重力加速
度大小为g.
(1)求P 与Q 第一次碰撞后瞬间各自的速
度大小vP1、vQ1;
(2)求第n次碰撞使物块Q 上升的高度hn;
(3)求物块Q 从A 点上升的总高度H;
(4)为保证在Q 的速度减为零之前P 不会
与之发生碰撞,求 A 点与挡板之间的最小
距离s.
考点4 爆炸与反冲
1.(2021湖北卷,3,4分)抗日战争时期,我
军缴获不少敌军武器武装自己,其中某轻机
枪子弹弹头质量约8g,出膛速度大小约
750m/s.某战士在使用该机枪连续射击1
分钟的过程中,机枪所受子弹的平均反冲力
大小约12N,则机枪在这1分钟内射出子
弹的数量约为 ( )
A.40 B.80
C.120 D.160
2.(2021天津卷,7,5分)一冲九霄,问鼎苍
穹.2021年4月29日,长征五号 B遥二运
载火箭搭载空间站天和核心舱发射升空,标
志着我国空间站建造进入全面实施阶段.下
列关于火箭的描述正确的是 ( )
A.增加单位时间的燃气喷射量可以增大火
箭的推力
B.增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增
大火箭的推力
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面
为零时火箭就不再加速
D.火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃
气与发射台之间的相互作用
考点5 动量和能量的综合应用
1.(2024江苏卷,9)在
水平面上有一个 U 形
滑板 A,A的上表面有
一个静止的物体B,左侧用轻弹簧连接在滑板
A的左侧,右侧用一根细绳连接在滑板B的右
侧,开始时弹簧处于拉伸状态,各表面均光滑,
剪断细绳后,则 ( )
A.弹簧原长时物体动量最大
B.压缩最短时物体动能最大
C.系统动量变大
D.系统机械能变大
2.(2024湖北卷,10)如
图所示,在光滑水平面
上静止放置一质量为
M、长为L的木块,质量为m 的子弹水平射
入木块.设子弹在木块内运动过程中受到的
阻力不变,其大小f 与射入初速度大小v0
成正比,即f=kv0(k为已知常数).改变子
弹的初速度大小v0,若木块获得的速度最
大,则 ( )
57
专题九 动量守恒定律
A.子弹的初速度大小为2kL
(m+M)
mM
B.子弹在木块中运动的时间为 2mMk(m+M)
C.木 块 和 子 弹 损 失 的 总 动 能
为k
2L2(m+M)
mM
D.木块在加速过程中运动的距离为 mLm+M
3.(2024山东卷,17)(14分)如图甲所示,质
量为 M 的轨道静止在光滑水平面上,轨道
水平部分的上表面粗糙,竖直半圆形部分的
表面光滑,两部分在P 点平滑连接,Q 为轨
道的最高点.质量为 m 的小物块静置在轨
道水平部分上,与水平轨道间的动摩擦因数
为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.已知
轨道半圆形部分的半径R=04m,重力加
速度大小g=10m/s2.
(1)若轨道固定,小物块以一定的初速度沿
轨道运动到Q 点时,受到轨道的弹力大小
等于3mg,求小物块在Q 点的速度大小v;
(2)若轨道不固定,给轨道施加水平向左的
推力F,小物块处在轨道水平部分时,轨道
加速度a与F 对应关系如图乙所示.
(ⅰ)求μ和m;
(ⅱ)初始时,小物块静置在轨道最左端,给
轨道施加水平向左的推力F=8N,当小物
块到P 点时撤去F,小物块从Q 点离开轨
道时相对地的速度大小为7m/s.求轨道水
平部分的长度L.
4.(2024河北卷,15)(16分)如图,三块厚度
相同、质量相等的木板 A、B、C(上表面均粗
糙)并排静止在光滑水平面上,尺寸不计的
智能机器人静止于 A 木板左端.已知三块
木板质量均为2.0kg,A 木板长度为2.0
m,机器人质量为6.0kg,重力加速度g 取
10m/s2,忽略空气阻力.
(1)机器人从 A 木板左端走到 A 木板右端
时,求 A、B木板间的水平距离.
(2)机器人走到 A 木板右端相对木板静止
后,以做功最少的方式从 A木板右端跳到B
木板左端,求起跳过程机器人做的功,及跳
离瞬间的速度方向与水平方向夹角的正
切值.
(3)若机器人以做功最少的方式跳到B木板
左端后立刻与B木板相对静止,随即相对B
木板连续不停地3次等间距跳到 B木板右
端,此时B木板恰好追上 A木板.求该时刻
A、C两木板间距与B木板长度的关系.
67
最新真题分类特训物理
5.(2024湖南卷,15)如图,
半径为R 的圆环水平放置
并固 定,圆 环 内 有 质 量 为
mA 和 mB 的 小 球 A 和 B
(mA>mB).初始时小球A以初速度v0 沿圆
环切线方向运动,与静止的小球 B发生碰
撞.不计小球与圆环之间的摩擦,两小球始
终在圆环内运动.
(1)若小球 A与B碰撞后结合在一起,求碰
撞后小球组合体的速度大小及做圆周运动
所需向心力的大小;
(2)若小球 A与B之间为弹性碰撞,且所有
的碰撞位置刚好位于等边三角形的三个顶
点,求小球的质量比mA
mB
;
(3)若小球 A与B之间为非弹性碰撞,每次
碰撞后的相对速度大小为碰撞前的相对速
度大小的e倍(0<e<1),求第1次碰撞到
第2n+1次碰撞之间小球B通过的路程.
6.(2024黑吉辽卷,14)如图,高度h=0.8m
的水平桌面上放置两个相同物块 A、B,质量
mA=mB=0.1kg.A、B间夹一压缩量Δx=
0.1m的轻弹簧,弹簧与 A、B不拴接.同时
由静止释放 A、B,弹簧恢复原长时 A 恰好
从桌 面 左 端 沿 水 平 方 向 飞 出,水 平 射 程
xA=0.4m,B脱离弹簧后沿桌面滑行一段
距离xB=0.25m 后停止.A、B 均视为质
点,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)脱离弹簧时 A、B的速度大小vA 和vB;
(2)物块与桌面间的动摩擦因数μ;
(3)整个过程中,弹簧释放的弹性势能ΔEp.
77
专题九 动量守恒定律
7.(2024湖北卷,
14)(16 分)如 图
所示,水平传送带
以5 m/s的速度
顺时针匀速转动,传送带左右两端的距离为
3.6m.传送带右端的正上方有一悬点O,用
长为0.3m、不可伸长的轻绳悬挂一质量为
02kg的小球,小球与传送带上表面平齐
但不接触.在O点右侧的P 点固定一钉子,
P 点与O 点等高.将质量为01kg的小物
块无初速轻放在传送带左端,小物块运动到
右端与小球正碰,碰撞时间极短,碰后瞬间
小物块的速度大小为1m/s、方向水平向
左.小球碰后绕O 点做圆周运动,当轻绳被
钉子挡住后,小球继续绕P 点向上运动.已
知小物块与传送带间的动摩擦因数为05,
重力加速度大小g=10m/s2.
(1)求小物块与小球碰撞前瞬间,小物块的
速度大小;
(2)求小物块与小球碰撞过程中,两者构成
的系统损失的总动能;
(3)若小球运动到 P 点正上方,绳子不松
弛,求P 点到O 点的最小距离.
8.(2023全国乙卷,25)(20分)如
图,一竖直固定的长直圆管内有一
质量为 M 的静止薄圆盘,圆盘与
管的上端口距离为l,圆管长度为
20l.一质量为 m=13M
的小球从
管的上端口由静止下落,并撞在圆盘中心,
圆盘向下滑动,所受滑动摩擦力与其所受重
力大小相等.小球在管内运动时与管壁不接
触,圆盘始终水平,小球与圆盘发生的碰撞
均为弹性碰撞且碰撞时间极短.不计空气阻
力,重力加速度大小为g.求
(1)第一次碰撞后瞬间小球和圆盘的速度
大小;
(2)在第一次碰撞到第二次碰撞之间,小球
与圆盘间的最远距离;
(3)圆盘在管内运动过程中,小球与圆盘碰
撞的次数.
87
最新真题分类特训物理
9.(2023山东卷,18)(16分)如图所示,物块
A 和木板B 置于水平地面上,固定光滑弧
形轨道末端与B 的上表面所在平面相切,
竖直挡板P 固定在地面上.作用在A 上的
水平外力,使A 与B 以相同速度v0 向右做
匀速直线运动.当B 的左端经过轨道末端
时,从弧形轨道某处无初速度下滑的滑块C
恰好到达最低点,并以水平速度v滑上B 的
上表面,同时撤掉外力,此时B 右端与P 板
的距离为s.已知v0=1m/s,v=4m/s,mA
=mC=1kg,mB =2kg,A 与地面间无摩
擦,B 与地面间动摩擦因数μ1=0.1,C 与B
间动摩擦因数μ2=0.5,B 足够长,使得C
不会从B 上滑下.B 与P、A 的碰撞均为弹
性碰撞,不计碰撞时间,取重力加速度大小
g=10m/s2.
(1)求C下滑的高度H;
(2)与P 碰撞前,若B 与C 能达到共速,且
A、B 未发生碰撞,求s的范围;
(3)若s=0.48m,求B 与P 碰撞前,摩擦力
对C做的功W;
(4)若s=0.48m,自C滑上B 开始至A、B、
C三个物体都达到平衡状态,求这三个物体
总动量的变化量Δp的大小.
10.(2023浙江卷,18)(11分)为了探究物体
间碰撞特性,设计了如图所示的实验装置.
水平直轨道AB、CD 和水平传送带平滑无
缝连接,两半径均为R=0.4m 的四分之
一圆周组成的竖直细圆弧管道DEF 与轨
道CD 和足够长的水平直轨道FG 平滑相
切连接.质量为3m 的滑块b与质量为2m
的滑块c用劲度系数k=100N/m 的轻质
弹簧连接,静置于轨道FG上.现有质量m=
0.12kg的滑块a以初速度v0=2 21m/s从
D 处进入,经DEF 管道后,与FG 上的滑
块b 碰 撞 (时 间 极 短).已 知 传 送 带 长
L=0.8m,以v=2m/s的速率顺时针转
动,滑块a与传送带间的动摩擦因数μ=
0.5,其它摩擦和阻力均不计,各滑块均可
视为质点,弹簧的弹性势能 Ep=
1
2kx
2
(x为形变量).
(1)求滑块a到达圆弧管道DEF 最低点F
时速度大小vF 和所受支持力大小FN;
(2)若滑块a碰后返回到B 点时速度vB=
1m/s,求滑块a、b碰撞过程中损失的机械
能ΔE;
(3)若滑块a碰到滑块b立即被粘住,求碰
撞后弹簧最大长度与最小长度之差Δx.
97
专题九 动量守恒定律
11.(2023 湖 南 卷,
15)(16 分)如图,
质量为 M 的匀质
凹槽放在光滑水平
地面上,凹槽内有
一个半椭圆形的光滑轨道,椭圆的半长轴
和半短轴分别为a和b,长轴水平,短轴竖
直.质量为m 的小球,初始时刻从椭圆轨
道长轴的右端点由静止开始下滑.以初始
时刻椭圆中心的位置为坐标原点,在竖直
平面内建立固定于地面的直角坐标系
xOy,椭圆长轴位于x轴上.整个过程凹槽
不翻转,重力加速度为g.
(1)小球第一次运动到轨道最低点时,求
凹槽的速度大小以及凹槽相对于初始时
刻运动的距离;
(2)在平面直角坐标系xOy中,求出小球
运动的轨迹方程;
(3)若Mm =
b
a-b
,求小球下降h=b2
高度
时,小球相对于地面的速度大小(结果用
a、b及g 表示).
12.(2023辽宁卷,15)(17分)如图,质量m1
=1kg的木板静止在光滑水平地面上,右
侧的竖直墙面固定一劲度系数k=20N/m
的轻弹簧,弹簧处于自然状态.质量m2=4
kg的小物块以水平向右的速度v0=
5
4 m
/
s滑上木板左端,两者共速时木板恰好与
弹簧接触.木板足够长,物块与木板间的动
摩擦因数μ=0.1,最大静摩擦力等于滑动
摩擦力.弹簧始终处在弹性限度内,弹簧的
弹性势能Ep 与形变量x的关系为Ep=
1
2
kx2.取重力加速度g=10m/s2,结果可用
根式表示.
(1)求木板刚接触弹簧时速度v1 的大小及
木板运动前右端距弹簧左端的距离x1.
(2)求木板与弹簧接触以后,物块与木板之
间即将相对滑动时弹簧的压缩量x2 及此
时木板速度v2 的大小.
(3)已知木板向右运动的速度从v2 减小到
0所用时间为t0.求木板从速度为v2 时到
之后与物块加速度首次相同时的过程中,
系统因摩擦转化的内能ΔU(用t0 表示).
08
最新真题分类特训物理
13.(2022全国乙卷,25,20分)如图(a),一
质量为m 的物块A 与轻质弹簧连接,静止
在光滑水平面上:物块B 向A 运动,t=0
时与弹簧接触,到t=2t0 时与弹簧分离,第
一次碰撞结束,A、B 的v-t图像如图(b)
所示.已知从t=0到t=t0 时间内,物块A
运动的距离为0.36v0t0.A、B 分离后,A 滑
上粗糙斜面,然后滑下,与一直在水平面上
运动的B 再次碰撞,之后 A 再次滑上斜
面,达到的最高点与前一次相同.斜面倾角
为θ(sinθ=0.6),与水平面光滑连接.碰撞
过程中弹簧始终处于弹性限度内.求
(1)第一次碰撞过程中,弹簧弹性势能的最
大值;
(2)第一次碰撞过程中,弹簧压缩量的最
大值;
(3)物块A 与斜面间的动摩擦因数.
14.(2022浙江6月,20,12分)如图所示,在
竖直面内,一质量m 的物块a 静置于悬点
O 正下方的A 点,以速度v逆时针转动的
传送带MN 与直轨道AB、CD、FG 处于同
一水平面上,AB、MN、CD 的长度均为l.
圆弧形细管道DE 半径为R,EF 在竖直直
径上,E 点高度为H.开始时,与物块a相
同的物块b悬挂于O 点,并向左拉开一定
的高度h由静止下摆,细线始终张紧,摆到
最低点时恰好与a发生弹性正碰.已知m
=2g,l=1m,R=0.4m,H=0.2m,v=2
m/s,物块与MN、CD 之间的动摩擦因数μ
=0.5,轨道AB 和管道DE 均光滑,物块a
落到FG 时不反弹且静止.忽略 M、B 和
N、C之间的空隙,CD 与DE 平滑连接,物
块可视为质点,取g=10m/s2.
(1)若h=1.25m,求a、b碰撞后瞬时物块
a 的速度v0 的大小;
(2)物块a在DE 最高点时,求管道对物块
的作用力FN 与h间满足的关系;
(3)若物块b释放高度0.9m<h<1.65m,求
物块a最终静止的位置x值的范围(以A点
为坐标原点,水平向右为正,建立x轴).
18
专题九 动量守恒定律
实验十五 验证动量守恒定律
1.(2024山东卷,13)(6分)在第四次“天宫课
堂”中,航天员演示了动量守恒实验.受此启
发,某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞
实验,气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传
感器,a测量滑块 A与它的距离xA,b测量滑
块B与它的距离xB.部分实验步骤如下:
①测量两个滑块的质量,分别为200.0g和
400.0g;
②接通气源,调整气垫导轨水平;
③拨动两滑块,使 A、B均向右运动;
④导出传感器记录的数据,绘制xA、xB 随时
间变化的图像,分别如图乙、图丙所示.
图甲
图乙 图丙
回答以下问题:
(1)从图像可知两滑块在t= s时
发生碰撞;
(2)滑块B碰撞前的速度大小v=
m/s(保留2位有效数字);
(3)通过分析,得出质量为200.0g的滑块
是 (填“A”或“B”).
2.(2024新课标卷,
22)(6分)某同学用
如图所示的装置验
证动量守恒定律.将
斜槽轨道固定在水
平桌面上,轨道末段水平、右侧端点在水平
木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸
和复写纸.实验时先将小球a从斜槽轨道上
Q 处由静止释放,a从轨道右端水平飞出后
落在木板上;重复多次,测出落点的平均位
置P 与O 点的距离xP.将与小球a半径相
等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a
从Q 处由静止释放,两球碰撞后均落在木
板上;重复多次,分别测出a、b两球落点的
平均位置 M、N 与O 点的距离xM、xN.
完成下列填空:
(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中
须满足条件ma mb(填“>”或“<”);
(2)如果测得的xP、xM、xN、ma 和mb,在实
验误差范围内满足关系式 ,则验证
了两小球在碰撞中满足动量守恒定律.实验
中,用小球落点与O 点的距离来代替小球
水平飞出时的速度,依据是 .
3.(2023辽宁卷,11)(8分)某同学为了验证
对心碰撞过程中的动量守恒定律,设计了如
下实验:用纸板搭建如图所示的滑道,使硬
币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中
OA 为水平段.选择相同材质的一元硬币和
一角硬币进行实验.
测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量
分别为m1 和m2(m1>m2).将硬币甲放置在斜
面上某一位置,标记此位置为B.由静止释放
甲,当甲停在水平面上某处时,测量甲从O点
到停止处的滑行距离OP.将硬币乙放置在O
处,左侧与O点重合,将甲放置于B点由静止
释放.当两枚硬币发生碰撞后,分别测量甲、乙
从O点到停止处的滑行距离OM 和ON.保持
释放位置不变,重复实验若干次,得到OP、
OM、ON 的平均值分别为s0、s1、s2.
(1)在本实验中,甲选用的是 (填
“一元”或“一角”)硬币;
(2)碰撞前,甲到O 点时速度的大小可表示
为 (设硬币与纸板间的动摩擦因数
为μ,重力加速度为g);
(3)若 甲、乙 碰 撞 过 程 中 动 量 守 恒,则
s0- s1
s2
= (用m1 和m2 表示),
然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰
撞过程中动量是否守恒;
28
最新真题分类特训物理
(4)由于存在某种系统或偶然误差,计算得
到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化
量大小的比值不是1,写出一条产生这种误差
可能的原因 .
4.(2022全国甲卷,23,10分)利用图示的实
验装置对碰撞过程进行研究.让质量为m1 的
滑块A与质量为m2 的静止滑块B在水平气
垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞
后A和B的速度大小v1 和v2,进而分析碰撞
过程是否为弹性碰撞.完成下列填空:
(1)调节导轨水平.
(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和
0.304kg.要使碰撞后两滑块运动方向相反,应
选取质量为 kg的滑块作为A.
(3)调节B 的位置,使得A 与B 接触时,A
的左端到左边挡板的距离s1 与B 的右端到
右边挡板的距离s2 相等.
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并
与B碰撞,分别用传感器记录A 和B从碰撞
时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1 和t2.
(5)将B 放回到碰撞前的位置,改变A 的初
速度大小,重复步骤(4).多次测量的结果如
下表所示.
1 2 3 4 5
t1/s 049 067 101 122 139
t2/s 015 021 033 040 046
k=
v1
v2
031 k2 033 033 033
(6)表中的k2= (保留2位有效数字).
(7)
v1
v2
的平均值为 (保留2位有效数字).
(8)理论研究表明,对本实验的碰撞过程,是
否为弹性碰撞可由
v1
v2
判断.若两滑块的碰撞
为弹性碰撞,则v1
v2
的理论表达式为
(用m1 和m2 表示),本实验中其值为
(保留2位有效数字),若该值与(7)中结果间
的差别在允许范围内,则可认为滑块 A 与
滑块B 在导轨上的碰撞为弹性碰撞.
5.(2021江苏卷,11,15分)小明利用如图1
所示的实验装置验证动量定理.将遮光条安
装在滑块上,用天平测出遮光条和滑块的总
质量M=200.0g,槽码和挂钩的总质量m=
50.0g.实验时,将滑块系在绕过定滑轮悬挂有
槽码的细线上.滑块由静止释放,数字计时器
记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间
Δt1 和Δt2,以及这两次开始遮光的时间间隔
Δt,用游标卡尺测出遮光条宽度,计算出滑块
经过两光电门速度的变化量Δv.
(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示,
其宽度d= mm;
(2)打开气泵,带气流稳定后调节气垫导轨,
直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持
静止,其目的是 ;
(3)多次改变光电门2的位置进行测量,得到
Δt和Δv的数据如下表,请根据表中数据,在
方格纸上作出Δv-Δt图线.
Δt/s 0721 0790 0854 0913 0968
Δv/(ms-1) 138 152 164 175 186
(4)查得当地的重力加速度g=9.80m/s2,
根据动量定理,Δv-Δt图线斜率的理论值
为 m/s2;
(5)实验结果发现,图线斜率的实验值总小
于理论值,产生这一误差的两个可能原因是
.
A.选用的槽码质量偏小
B.细线与气垫导轨不完全平行
C.每次释放滑块的位置不同
D.实验中Δt的测量值偏大
38
专题九 动量守恒定律
(4)①温 度 升 高 时,该 热 敏 电 阻 阻 值 减 小,分 得 电 压 减
少.而温度高时输出电压要升高,以触发报警,所以 R1
为热 敏 电 阻.②由 图 线 可 知,温 度 为 50℃ 时,R1=0.8
kΩ,由欧姆定律可得E=I(R1+R2),U=IR2,代入数据
解得R2=1.2kΩ.
答案:(1)
(2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
专题九 动量守恒定律
考点1 动量定理的理解及应用
1.C 矢量是既有大小又有方向的物理量,所以动量是矢
量,而质量、速率、动能只有大小没有方向,是标量.
2.B 设中子的质量为m,氢核的质量为 m,氮核的质量为
14m,设中子和氢核碰撞后中子速度为v3,由动量守恒定
律和能量守恒定律可得mv0=mv1+mv3,
1
2mv
2
0=
1
2mv
2
1+
1
2mv
2
3,
联立解得v1=v0,
设中子和氮核碰撞后中子速度为v4,由动量守恒定律和
能量守恒定律可得mv0=14mv2+mv4,
1
2mv
2
0=
1
2
14mv22+
1
2mv
2
4,
联立解得v2=
2
15v0
可得v1=v0>v2,
碰撞后氢核的动量为pH=mv1=mv0,
氮核的动量为pN=14mv2=
28mv0
15
,
可得pN>pH,
碰撞后氢核的动能为EkH =
1
2mv
2
1=
1
2mv
2
0,
氮核的动能为EkN =
1
2
14mv22=
28mv20
225
,
可得EkH >EkN ,故B正确,ACD错误.故选B.
3.AC A.重力的功率为P=mgv,
由题图可知在0~t1 时间内,返回舱的速度随时间减小,
故重力的功率随时间减小,故 A正确;
B.根据v-t图像的斜率表示加速度可知在0~t1 时间
内返回舱的加速度减小,故B错误;
C.在t1~t2 时间内由图像可知返回舱的速度减小,故可
知动量随时间减小.故 C正确;
D.在t2~t3 时间内,由 题 中 图 像 可 知 返 回 舱 的 速 度 不
变,则动能不 变,但 由 于 返 回 舱 高 度 下 降,重 力 势 能 减
小,故机械能减小,故 D错误.故选 AC.
4.D 质点沿x 轴正方向做初速度为零的匀加速直线运
动,则有v2=2ax
而动量为p=mv
联立可得p=m 2ax=m 2ax
1
2
动量p关于x 为幂函数,且x>0,故正确相轨迹图像为
D.故选 D.
5.D A.圆盘停止转动前,小物体随圆盘一起转动,小物体
所受摩擦力提供向心力,方向沿半径方向,故 A 错误;B.
圆盘停止转动前,小物体所受摩擦力
f=mrω2,
小物体运动一圈所受摩擦力的冲量大小为
I=fT=mrω2×2πω=2πmrω
,
故B错误;C.圆盘停止转动后,小物体沿切线方向运动,
故 C错误;D.圆盘停止转动后,根据动量定理可知,小物
体整个滑动过程所受摩擦力的冲量大小为
I′=Δp=mv=mrω,
故 D正确.故选 D.
6.D A.因安全气囊充气后,受力面积增大,故减小了司机
单位面积的受力大小,故 A 错误;B.有无安全气囊司机
初动量和末动量均相同,所以动量的改变量也相同,故 B
错误;C.因有安全气囊的存在,司机和安全气囊接触后
会有一部分动能转化为气体的内能,不能全部转化成汽
车的动能,故 C错误;D.因为安全气囊充气后面积增大,
司机的受力面积也增大,在司机挤压气囊作用过程中由
于气囊的缓冲故增加了作用时间,故 D正确.故选 D.
7.BD A.根据牛顿第三定律结合题图可知t=0.15s时,
蹦床对运动员的弹力最大,蹦床的形变量最大,此时运
动员处于最低点,运动员 的 重 力 势 能 最 小,故 A 错 误;
BC.根据题图可知运动员从t=0.30s离开蹦床到t=
2.3s再次落到蹦床上经历的时间为2s,根据竖直上抛
运动的 对 称 性 可 知,运 动 员 上 升 时 间 为 1s,则 在t=
1.3s时,运动员恰好运动到最大高度处,t=0.30s时运
动员的速度大小v=10×1m/s=10m/s,故 B正确,C
错误;D.同 理 可 知 运 动 员 落 到 蹦 床 时 的 速 度 大 小 为
10m/s,以竖直向上为正方向,根据动量定理 FΔt-
mgΔt=mv-(-mv),
其中 Δt=0.3s,
代入数据可得F=4600N,
根据牛顿第三定律可知运动员每次与蹦床接触到离开
过程中对蹦床的平均作用力大小为4600N,故 D正确.
8.BD A.取向右为正方向,滑块1和滑块2组成的系统的
初动量为p1=mv1=1×0.40kgm/s=0.40kgm/s,
碰撞后的动量 为p2=2mv2=2×1×0.22kgm/s=
0.44kgm/s,则滑块的碰撞过程动量不守恒,故 A 错
误;B.对滑块1,取向右为正方向,则有I1=mv2-mv1=
1×0.22kgm/s-1×0.40kgm/s=-0.18kgm/s,负
号表示方向水平向左,故B正确;C.对滑块2,取向右为正
方向,则有I2=mv2=1×0.22kgm/s=0.22kgm/s,故
C错误;D.对滑块2根据动量定理有FΔt=I2,解得F=
5.5N,则滑块2受到滑块1的平均作用力大小为5.5N,故
D正确.故选BD.
9.ABD A.由于在0~t1 时间内,物体B 静止,则对B 受
力分析有F墙 =F弹
则墙对B 的冲量大小等于弹簧对B 的冲量大小,而弹簧
既作用于B 也作用于A,则可将研究对象转为A,撤去F
后A 只受弹力作用,则根据动量定理有
I=mAv0(方向向右)
则墙对B 的冲量与弹簧对A 的冲量大小相等、方向相
同,A正确;B.由a-t图可知t1 后弹簧被拉伸,在t2 时
刻弹簧的拉伸量达到最大,根据牛顿第二定律有
F弹 =mAaA=mBaB,由图可知aB >aA,则 mB <mA,B正
确;C.由图可得,t1 时刻B 开始运动,此时A 速度为v0,
之后A、B 动量守恒,A、B 和弹簧整个系统能量守恒,则
mAv0=mAvA+mAvB
002
最新真题分类特训物理
可得A、B 整体的动能不等于0,即弹簧的弹性势能会转
化为A、B 系统的动能,弹簧的形变量小于x,C错误;D.
由aGt图可知t1 后B 脱离墙壁,且弹簧被拉伸,在t1~t2
时间内A、B 组成的系统动量守恒,且在t2 时刻弹簧的
拉伸量达到最大,A、B 共速,由a-t图像的面积为 Δv,
在t2 时刻A、B 的速度分别为vA=S1-S2,vB=S3
A、B 共速,则S1-S2=S3,D正确.故选 A、B、D.
10.解析:(1)设平抛运动的时间为t,鸟蛤落地前瞬间的速
度大小为v.竖直方向分速度大小为vy,根据运动的合
成与分解得 H=12gt
2,vy=gt,v= v20+v2y
在碰撞过程中,以鸟蛤为研究对象,取速度v的方向为
正方向,由动量定理得
-FΔt=0-mv
联立,代入数据得F=500N
(2)若释放鸟蛤的初速度为v1=15m/s,设击中岩石左
端时,释放点的x 坐标为x1,击中右端时,释放点的x
坐标为x2,得
x1=v1t,x2=x1+L
联立,代入数据得
x1=30m,x2=36m
若释放鸟蛤时的初速度为v2=17m/s,设击中岩石左
端时,释放点的x坐标为x1′,击中右端时,释放点的x
坐标为x2′,得
x1′=v2t,x2′=x1′+L
联立,代入数据得x1′=34m,x2′=40m
综上得x坐标区间
[34m,36m]或(34m,36m)
答案:(1)F=500N;(2)[34m,36m]或(34m,36m)
考点2 动量守恒定律的条件及应用
1.B 因为滑块与车厢水平底板间有摩擦,且撤去推力后
滑块在车厢底板上有相对滑动,即摩擦力做功,而水平
地面是光滑的;以小车、弹簧和滑块组成的系统,根据动
量守恒和机械能守恒的条件可知撤去推力后该系统动
量守恒,机械能不守恒.故选B.
2.C 本题考查竖直上抛情景中的动量守恒 和 机 械 能 守
恒.xGt图像的切线斜率表示物体的速度,由题图可知,t
=0时刻,v甲 <v乙 ,A 错误;题图中虚线关于t=t1 左右
对称实线两个顶点纵坐标相同,可知发生碰撞前甲、乙
两小球速度 大 小 相 等,发 生 碰 撞 后 两 小 球 速 度 发 生 互
换,乙球动量大小不变,方向相反,甲球速度大小不变,
动能不变,B错误,C正确;实线两个顶点的纵坐标相同,
可知碰撞后甲的机械能与乙的机械能相等,D错误.
3.解析:(1)组合体分离前后动量守恒,取v0 的方向为正方
向,有(m+M)v0=Mv+mv1,
解得v1=
(m+M)v0-Mv
m .
(2)以B为研究对象,对 B根据列动量定理有FΔt=Mv
-Mv0,解得F=
M(v-v0)
Δt
答案:(1)
(m+M)v0-Mv
m
(2)
M(v-v0)
Δt
4.解析:(1)设斜面长度为L,背包质量为 m1=2kg,在斜
面上滑行的加速度为a1,由牛顿第二定律有 m1gsinθ-
μm1gcosθ=m1a1,解得a1=2m/s
2,
滑雪者质量为m2=48kg,初速度为v0=1.5m/s,加速
度为a2=3m/s2,在斜面上滑行时间为t,落后时间t0=
1s,则 背 包 的 滑 行 时 间 为t+t0,由 运 动 学 公 式 得
L=12a1
(t+t0)2,
L=v0t+
1
2a2t
2,
联立解得t=2s或t=-1s(舍去)
故可得L=9m
(2)背包和滑雪者到达水平轨道时的速度为v1、v2,有v1
=a1(t+t0)=6m/s
v2=v0+a2t=7.5m/s
滑雪者拎起背包的过程,系统在光滑水平面上外力为零,动
量守恒,设共同速度为v,有m1v1+m2v2=(m1+m2)v.
解得v=7.44m/s.
答案:(1)L=9m (2)v=7.44m/s
5.解析:(1)竖直方向为自由落体运动,由
h=12gt
2,
得t=030s.
(2)设A、B 碰后速度为v,水平方向为匀速运动,由
s=vt,
得v=1.0m/s,
根据动量守恒定律,由
mv0=2mv,
得v0=2.0m/s.
(3)两物体碰撞过程中损失的机械能
ΔE=12mv
2
0-
1
2
2mv2,
得 ΔE=0.10J.
答案:(1)030s;(2)2.0m/s;(3)0.10J
考点3 动量守恒中的几类典型模型
1.BC AB.热气球开始携带物资时处于静止状态,所受合
外力为0,初动量为0,水平投出重力为mg的物资瞬间,
满足动量守恒定律 Mv=mv0,则热气球和物资的动量等
大反向,热气球获得水平向左的速度v,热气球所受合外
力恒为mg,竖直向上,所以热气球做匀加速曲线运动,A
错误,B正确;CD.热气球和物资的运动示意图如图所示
热气球和物资所受合力大小均为 mg,所以热气球在竖
直方向上加速度大小为a=mMg
物资落地 H 过程所用的时间t内,根据 H=12gt
2 解得
落地时间为
t= 2Hg
,
热气 球 在 竖 直 方 向 上 运 动 的 位 移 为 HM =
1
2at
2 =
1
2
m
Mg
2H
g =
m
MH
,
热气球和物资在水平方向均做匀速直线运动,水平位移
为xm=v0t=v0
2H
g
xM=vt=
m
M v0
2H
g
102
详解详析
根据勾股定理可知热气球和物资的实际位移为
d= (xm+xM)2+(H+HM)2=(1+
m
M
)2Hv
2
0
g +H
2,
C正确,D错误.故选B、C.
2.BC 设运动员和物块的质量分别为 m、m0 规定运动员
运动的方向为正方向,运动员开始时静止,第一次将物块
推出后,运动员和物块的速度大小分别为v1、v0,则根据动
量守恒定律0=mv1-m0v0,解得v1=
m0
mv0
,物块与弹性挡
板撞击后,运动方向与运动员同向,当运 动员再次推出
物块mv1+m0v0=mv2-m0v0,解得v2=
3m0
mv0
,第3次
推出后mv2+m0v0=mv3-m0v0,解得v3=
5m0
mv0
,依次
类推,第8次推出后,运动员的速度v8=
15m0
m v0
,根据题意
可知v8=
15m0
m v0>5m
/s,解得m<60kg,第7次运动员的
速度 一 定 小 于5m/s,则 v7 =
13m0
m v0 <5 m
/s,解 得
m>52kg,综上 所 述,运 动 员 的 质 量 满 足 52kg<m<
60kg,A、D错误,B、C正确.故选B、C.
3.解析:(1)当滑块处于静止时桌面对滑杆的支持力等于
滑块和滑杆的重力,即 N1=(m+M)g=8N
当滑块向上滑动过程中受到滑杆的摩擦力为1N,根据
牛顿第三定律可知滑块对滑杆的摩擦力也为1N,方向
竖直向上,则此时桌面对滑杆的支持力为
N2=Mg-f′=5N
(2)滑块向上运动到碰前瞬间根据动能定理有
-mgl-fl=12mv
2-12mv
2
0
代入数据解得v=8m/s.
(3)由于滑块和滑杆发生完全非弹性碰撞,即碰后两者
共速,碰撞过程根据动量守恒有mv=(m+M)v1
碰后滑块和滑杆以速度v整体向上做竖直上抛运动,根
据动能定理有-(m+M)gh=0-12
(m+M)v21
代入数据联立解得h=0.2m.
答案:(1)N1=8N,N2=5N;(2)v=8m/s;(3)h=0.2m
4.解析:(1)甲、乙 滑 动 时 的 加 速 度 大 小 均 为a=μg=
1m/s2,甲与乙碰前的速度v1,则v21=v20-2as1解得v1
=0.3m/s,甲、乙碰撞时由动量守恒定律 mv1=mv2+
mv3解得碰后乙的速度v3=0.2m/s,然后乙做减速运
动,当速度减为零时,则 x=v
2
3
2a=
0.22
2×1m=0.02m=s2
可知乙恰好能滑到边框a;
(2)甲与乙碰前运动的时间t1=
v0-v1
a =
0.4-0.3
1 s=
0.1s,碰后甲运动的时间t2=
v2
a=
0.1
1 s=0.1s
,则甲运
动的总时间为t=t1+t2=0.2s.
答案:(1)能 计算过程见解析 (2)0.2s
5.解析:(1)物块 A 从光滑轨道滑至O 点,根据动能定理
mg2μL-μmgL=
1
2mv
2
解得v= 2μgL
(2)物块A 从O 点飞出后做平抛运动,设飞出的初速度
为v0,落在弧形轨道上的坐标为(x,y),将平抛运动分别
分解到水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落
体运动,有x=v0t,y=
1
2gt
2
解得水平初速度为v20=g
x2
2y
物块A 从O 点到落点,根据动能定理可知
mgy=Ek-
1
2mv
2
0
解得落点处动能为
Ek=mgy+
1
2mv
2
0=mgy+
mgx2
4y
因为物块A 从O 点到弧形轨道上动能均相同,将落点P
(2μL,μL)的坐标代入,可得
Ek=mgy+
mgx2
4y =mg×μL+
mg(2μL)
2
4×μL
=2μmgL
化简可得y+x
2
4y=2μL
,x2+4y2-8μLy=0,
即x=2 2μLy-y
2(其中,μL≤y≤2μL)
所以0≤x≤2μL
(3)物块A 在倾斜轨道上从距x 轴高h 处静止滑下,到
达O 点与B 物块碰前,根据动能定理可知
mgh-μmgL=
1
2mv
2
1
解得v21=2gh-2μgL
物块A 与B 发生弹性碰撞,使 A 和B 均能落在弧形轨
道上,且A 落在B 落点的右侧,则A 与B 碰撞后需要反
弹后再经过水平轨道-倾斜轨道-水平轨道再次到达O
点.规定水平向右为正方向,在物块A 与B 碰撞过程中,
动量守恒,能量守恒.则
mv1=-mv2+λmv3
1
2mv
2
1=
1
2mv
2
2+
1
2
λmv23
解得v2=
λ-1
λ+1v1
,v3=
2
λ+1v1
设碰后A 物块反弹,再次到达O 点时速度为v4,根据动
能定理可知-2μmgL=
1
2mv
2
4-
1
2mv
2
2
解得v24=v22-4μgL
物块从O 飞出后做平抛运动,设初速度为v′,分解位移x
=v′t,y=12gt
2
可得平抛的轨迹方程为x2=2v′
2
gy
与PQ 的 曲 线 方 程x=2 2μLy-y
2 (其 中,μL≤y≤
2μL)结合求得物块在弧形轨道上的落点纵坐标与初速
度v′的关系为y=2μL-
v′2
2g
(其中,μL≤y≤2μL)
把物块A、B 从O 飞出的速度代入,物体A、B 落在弧形
轨道上的落点纵坐标分别为yA=4μL-
v21
2g
(λ-1
λ+1
)2,
yB=2μL-
v21
2g
4
(λ+1)2
因为物块A 落在B 落点的右侧,
则2μL≥yB≥yA≥μL
代入v21=2gh-2μgL可得,h的取值范围为
3λ-1
λ-3
μL≤h≤
λ2+λ+1
(λ-1)2
4μL
答案:(1) 2μgL (2)x
2+4y2-8μLy=0(0≤x≤2μL)
(3)3λ-1λ-3
μL≤h≤
λ2+λ+1
(λ-1)2
4μL
202
最新真题分类特训物理
6.解析:(1)P 与Q 的第一次碰撞,取P 的初速度方向为正
方向,由动量守恒定律得
mv0=mvP1+4mvQ1 ①
由机械能守恒定律得
1
2mv
2
0=
1
2mvP1
2+12
4mvQ12 ②
联立①②式得
vP1=-
3
5v0 ③
vQ1=
2
5v0 ④
故第一次碰撞后P 的速度大小为 35v0
,Q 的速度大小为
2
5v0
(2)设P、Q 第一次碰撞后Q 上升的高度为h1,对Q 由运
动学公式得
0-vQ12=2(-2gsinθ)
h1
sinθ ⑤
联立①②⑤式得
h1=
v20
25g ⑥
设P 运动至与Q 刚要发生第二次碰撞前的位置时速度
为v02,第一次碰后至第二次碰前,对P 由动能定理得
1
2mv
2
02-
1
2mvp1
2=-mgh1 ⑦
联立①②⑤⑦式得
v02=
7
5v0 ⑧
P 与Q 的第二次碰撞,设碰后P 与Q 的速度分别为vP2、
vQ2,由动量守恒定律得
mv02=mvP2+4mvQ2 ⑨
由机械能守恒定律得
1
2mv
2
02=
1
2mvP2
2+12
4mv2Q2 ⑩
联立①②⑤⑦⑨⑩式得
vP2=-
3
5×
7
5v0
vQ2=
2
5×
7
5v0
设第二次碰 撞 后 Q 上 升 的 高 度 为h2,对 Q 由 运 动 学
公式得
0-vQ22=2(-2gsinθ)
h2
sinθ
联立①②⑤⑦⑨⑩式得
h2=
7
25
v
2
0
25g
设P 运动至与Q 刚要发生第三次碰撞前的位置时速度
为v03,第二次碰后至第三次碰前,对P 由动能定理得
1
2mv03
2-12mvP2
2=-mgh2
联立①②⑤⑦⑨⑩式得
v03= 75
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
v0
P 与Q 的第三次碰撞,设碰后P 与Q 的速度分别为vP3、
vQ3,由动量守恒定律得
mv03=mvP3+4mvQ3
由机械能守恒定律得
1
2mv03
2=12mvP3
2+12
4mvQ32
联立①②⑤⑦⑨⑩式得
vp3=-
3
5×
7
5
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
v0
vQ3=
2
5×
7
5
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
v0
设第三次碰撞后Q 上升的高度为h3,由运动学公式得
0-v2Q3=2(-2gsinθ)
h3
sinθ
联立①②⑤⑦⑨⑩式得
h3=
7
25( )
2
v
2
0
25g
总结可知,第n次碰撞后,物块Q 上升的高度为
hn=
7
25( )
n-1
v
2
0
25g
(n=1,2,3)
(3)当P、Q 达到 H 时,两物块到此处的速度可视为零,
对两物块运动全过程由动能定理得
0-12mv
2
0=-(m+4m)gH-tanθ4mgcosθ
H
sinθ
解得
H=v
2
0
18g
(4)设Q 第一次碰撞至速度减为零需要的时间为t1,由
运动学公式得
vQ1=2gt1sinθ
设P 运动到斜面底端时的速度为vP1′,需要的时间为t2,
由运动学公式得
vP1′=vP1+gt2sinθ
vP1′2-vP12=2sgsinθ
设P 从A 点到Q 第一次碰后速度减为零处匀减速运动
的时间为t3
v02=(-vP1)-gt3sinθ
当A 点与挡板之间的距离最小时
t1=2t2+t3
联立式,代入数据得
s=
(8 7-13)v20
200gsinθ
答案:(1)35v0
2
5v0
(2)hn=
7
25( )
n-1
v
2
0
25g
(n=1,2,3)
(3)H=v
2
0
18g
(4)s=
(8 7-13)v20
200gsinθ
考点4 爆炸与反冲
1.C 本题考查动量定理.设1分钟内射出的子弹数量为
n,则对这n颗子弹由动量定理得
Ft=nmv0.代入数据解得n=120.故选 C.
2.AB A.增加单位时间的燃气喷射量,即增加单位时间
喷射气体的质量,根据
FΔt=Δmv,
可知可以增大火箭的推力,故 A正确;
B.当增大燃气相对于火箭的喷射速度时,根据
FΔt=Δmv
可知可以增大火箭的推力,故B正确;
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时,此时
火箭有速度,所以相对于火箭的速度不为零,火箭仍然
受推力作用,仍然要加速,故 C错误;
D.燃气被喷出的瞬间,燃气对火箭的反作用力作用在火
箭上,使火箭获得推力,故 D错误.故选 A、B.
302
详解详析
考点5 动量和能量的综合应用
1.A 对整个系统分析可知合外力为0,A 和 B组成的系
统动量守恒,得mAvA=mBvB,
设弹簧的初始弹性势能为Ep,整个系统只有弹簧弹力做
功,机械能 守 恒,当 弹 簧 原 长 时 得 Ep =
1
2mAv
2
A +
1
2
mBv2B,联立得Ep=
1
2
m2B
mA
+mB( )v2B,
故可知弹簧原长时物体速度最大,此时动量最大,动能
最大.
2.AD A.子弹和木块相互作用过程系统动量守恒,令子
弹穿出木块后子弹和木块的速度分别为v1,v2,则有
mv0=mv1+Mv2,
子弹和木块相互作用过程中合力都为f=kv0,因此子弹
和物块的加速度分别为a1=fm
,a2=fM
,
由运动学公式可得子弹和木块的位移分别为2a1x1=v20
-v21,2a2x2=v22,
联立上式可得v2=
m v0- v20-2
kv0
m +
kv0
M( )L[ ]
M+m
,
因此木块的速度最大即v0- v20-2
kv0
m +
kv0
M( )L 取极值
即可,该函数在2 km +
k
M( )L 到无穷单调递减,因此当v0
=2 km +
k
M( )L=2
kL(M+m)
Mm
时,木块的速度最大,A 正
确;B.子弹穿过木块时木块的速度为v2=
mv0
M+m
,由运动
学公式v2=a2t,可得t=
mM
k(m+M)
,故B错误;C.由能量
守恒可得子弹和木块损失的能量转化为系统摩擦生热,
即 ΔE=Q=fL=2k
2L2(m+M)
mM
,故C错误;D.木块加速
过程运动的距离为x2=
0+v2
2 t=
mL
M+m
,故 D正确.
3.解析:(1)根据题意可知小物块在Q 点由合力提供向心
力有mg+3mg=mv
2
R
,
代入数据解得v=4m/s.
(2)(ⅰ)根据题意可知当F≤4N 时,小物块与轨道一起
向左加速,根据牛顿第二定律可知F=(M+m)a,
根据图乙有k= 1M+m=0.5kg
-1,
当外力F>4N时,轨道与小物块有相对滑动,则对轨道
有F-μmg=Ma,
结合题图乙有a=1MF-
μmg
M
,
可知k=1M=1kg
-1,
截距b=-μmgM =-2m
/s2,
联立以上各式可得 M=1kg,m=1kg,μ=0.2.
(ⅱ)由图乙可知,当F=8N时,轨道的加速度为6m/s2,小
物块的加速度为a2=μg=2m/s
2,
当小 物 块 运 动 到 P 点 时,经 过t0 时 间,则 轨 道 有v1
=a1t0,
小物块有v2=a2t0,
在这个过程中系统机械能守恒有 1
2Mv
2
1+
1
2mv
2
2=
1
2
Mv23+
1
2mv
2
4+2mgR,
水平方向动量守恒,以水平向左为正方向,则有 Mv1+
mv2=Mv3+mv4,
联立解得t0=1.5s,
根据运动学公式有L=12a1t
2
0-
1
2a2t
2
0,
代入数据解得L=4.5m.
答案:(1)v=4m/s (2)(ⅰ)μ=0.2,m=1kg (ⅱ)L
=4.5m
4.解析:(1)机器人从 A 木板左端走到 A 木板右端的过程
中,机器人与 A 木板组成的系统动量守恒,A 木板向左
运动,B、C木板静止,设机器人的质量为 M,三个木板的
质量均为m,
由动量守恒定律得 Mv=mvA,
设所用时间为t,则有 Mvt=mvAt,即 Mx=mxA,
又x+xA=LA
联立解得xA=1.5m
则 A、B木板间的水平距离为1.5m.
(2)设机器人起跳的速度大小为v0,速度方向与水平方
向的夹角为θ,机器人从 A 木板右端跳到 B木板左端的
时间为t1,
由斜抛运动规律得v0cosθt1=xA,
v0sinθ=g
t1
2
,
联立解得v20=
15
2sinθcosθ
,
机器人跳离 A木板的过程中,系统水平方向动量守恒,
由动量守恒定律得 Mv0cosθ=mv′A,
由功能关系得,机器人做的功为W=12Mv
2
0+
1
2mv′
2
A ,
联立可得W=1+3cos
2θ
2sinθcosθ
45J=sin
2θ+4cos2θ
2sinθcosθ
45J=
1
2tanθ+
2
tanθ( ) 45J,
由数学知识可知,当且仅当1
2tanθ=
2
tanθ
时,即tanθ=2
时,机器人做功最少,代入可得W=90J.
(3)由tanθ=2,可计算出v0cosθ=
15
2 m
/s,由 Mv0cos
θ=mv′A,
解得v′A=
3
2 15m
/s,此后 A木板以此速度向左做匀速
直线运动.机器人跳离 A木板到与B木板相对静止的过
程中,机器人与B、C木板组成的系统在水平方向上动量
守恒,由动量守恒定律得 Mv0cosθ=(M+2m)vB,
此过程中 A木板向左运动的距离x′A=v′At1,
代入数据得x′A=4.5m,
机器人连续三次等间距跳到 B木板右端,整个过程机器
人和B木板组成的系统水平方向动量守恒,设每次跳起
后机器人的 水 平 速 度 大 小 为v1,B 木 板 的 速 度 大 小 为
vB1,机器人每次跳跃的时间为 Δt,
以向右为正方向,由动量守恒定律得(M+m)vB=Mv1-
mvB1 ①,
每次跳跃,机器人和B木板的相对位移为
LB
3
,则有LB
3 =
(v1+vB1)Δt ②,
402
最新真题分类特训物理
机器人到达B木板右端时,B木板恰好追上 A 木板,从
机器人跳上B左端到跳到B的右端的过程中,A、B木板
的位移之差为 Δx=xA+x′A=6m,则有(vB1-v′A)3Δt
=Δx ③,
联立①②③三个式子得 Δt= LB4(v′A+vB)
- Δx3(v′A+vB)
,
A、C两木板的间距为xAC=(v′A+vC)3Δt+Δx+LB,
vC=vB,
整理得xAC=
7
4LB.
答案:(1)1.5m (2)90J 2 (3)xAC=
7
4LB
5.解析:(1)对 A、B系统,碰撞前、后动量定恒,设碰撞后小
球组合体的速度大小为v,
由动量守恒有mAv0=(mA+mB)v,
碰撞后,对 组 合 体,由 牛 顿 第 二 定 律 有 Fn = (mA +
mB)
v2
R
,
联立解得v= mAv0mA+mB
,Fn=
m2Av20
(mA+mB)R
.
(2)设 A、B第一次碰撞后的速度大小分别为vA、vB,碰
撞过程动量守恒、机械 能 守 恒,对 A、B 系 统 有 mAv0=
mAvA+mBvB,
1
2mAv
2
0=
1
2mAv
2
A+
1
2mBv
2
B,
联立解得vA=
(mA-mB)v0
mA+mB
,vB=
2mAv0
mA+mB
,
分两种情况讨论:
第一种情况,若第二次碰撞发生在图中的b点,则从第一
次碰撞 到 第 二 次 碰 撞 之 间,A、B 通 过 的 路 程 之 比 为
1+3k1
4+3k1
,其中k1=0,1,2,3,,则
vA
vB
=
1+3k1
4+3k1
,
联立解得
mA
mB
=
4+3k1
2-3k1
,显然k1 只能取0,则
mA
mB
=2,
对第二次碰 撞,设 A、B 碰 撞 后 的 速 度 大 小 分 别 为v′A、
v′B,则mAvA+mBvB=mAv′A+mBv′B,
1
2mAv
2
A+
1
2mBv
2
B=
1
2mAv′
2
A +
1
2mBv′
2
B ,
联立解得v′A=v0,v′B=0,故第三次碰撞发生在b点、第
四次碰撞发生在c点,以此类推,满足题意.
第二种情况,若第二次碰撞发生在图中的c点,则从第一次
碰撞到第二次碰撞之间,A、B通过的路程之比为
2+3k2
5+3k2
,其
中k2=0,1,2,3,,则
vA
vB
=
2+3k2
5+3k2
,
联立解得
mA
mB
=
5+3k2
1-3k2
,显然k2 只能取0,则
mA
mB
=5,
同理可得第二次碰撞后v′A=v0,v′B=0,则第三次碰撞发
生在c点、第四次碰撞发生在b点,以此类推,满足题意.
综上所述,mA
mB
=2或5.
(3)第一次碰前相对速度大小为v0,第一次碰后的相对
速度大小为v1相 =ev0,第一次碰后与第二次相碰前 B球
比 A球多运动一圈,即 B 球相对 A 球 运 动 一 圈,有t1
=2πRv1相
,
第一次碰撞有mAv0=mAvA1+mBvB1,
第一次碰撞后有v1相 =vB1-vA1=ev0,
解得vB1=
mA
mA+mB
(v0+v1相 ),
B球 运 动 的 路 程 s1 =vB1t1 =
2πRmA
mA+mB
v0
v1相
+1( ) =
2πRmA
mA+mB
1
e+1( ) ,
第二 次 碰 撞 的 相 对 速 度 大 小 为v2相 =ev1相 =e2v0,t2
=2πRv2相
,
第二次碰撞有mAv0=mAvA2+mBvB2,
第二次碰撞后有v2相 =vA2-vB2,
解得vB2=
mA
mA+mB
(v0-v2相 )
B 球 运 动 的 路 程s2 =vB2t2 =
2πRmA
mA+mB
v0
v2相
-1( ) =
2πRmA
mA+mB
1
e2 -1( ) ,
由以上规 律 可 以 归 纳 为 第 2n+1 次 碰 前 一 共 碰 撞 了
2n次,
s = s1 + s2 + s2 + + s2n =
2πRmA
mA+mB
1
e+
1
e2 +
1
e3 +
+1e2n( ) ,
解得s=2πRmAmA+mB
e
2n-1
e2n(e-1)
.
答案:(1)
mAv0
mA+mB
m2Av20
(mA+mB)R
(2)2∶1或5∶1
(3)
2πRmA
mA+mB
e
2n-1
e2n(e-1)
6.解:(1)对物块 A由平抛运动知识得h=12gt
2,xA=vAt,
代入数据解得,脱离弹簧时 A的速度大小为vA=1m/s,
对 AB物块整体由动量守恒定律 mAvA=mBvB,解得脱
离弹簧时B的速度大小为vB=1m/s.
(2)对物块 B由动能定理-μmBgxB=0-
1
2mBv
2
B,代入
数据解得,物块与桌面间的动摩擦因数为μ=0.2.
(3)由 能 量 守 恒 定 律 ΔEp =
1
2 mAv
2
A +
1
2 mBv
2
B +
μmAgΔxA+μmBgΔxB,其中 mA=mB,Δx=ΔxA+ΔxB,
解得整个过程中,弹簧释放的弹性势能 ΔEp=0.12J.
答案:(1)1m/s 1m/s (2)0.2 (3)0.12J
7.解析:(1)根据题意,小物块在传送带上,由牛顿第二定
律有μmg=ma,
解得a=5m/s2,
由运动学公式可得,小物块与传送带共速时运动的距离
为x=v
2
传
2a=2.5m<L传 =3.6m
,
可知,小物块运动到传送带右端前与传送带共速,即小
物块与小球碰撞前瞬间,小物块的速度大小等于传送带
的速度大小5m/s.
(2)小物块运动到右端与小球正碰,碰撞时间极短,小物
块与小球组成的系统动量守恒,以向右为正方向,由动
量守恒定律有m物 v=m物 v1+m球 v2,
502
详解详析
其中v=5m/s,v1=-1m/s,
解得v2=3m/s,
小物块与小球碰撞过程中,两者构成的系统损失的总动
能为 ΔEk=
1
2m物 v
2-12m物 v
2
1-
1
2m球v
2
2,
解得 ΔEk=0.3J.
(3)若小球运动到P 点正上方,绳子恰好不松弛,设此时
P 点到O 点的距 离 为d,小 球 在 P 点 正 上 方 的 速 度 为
v3,在 P 点 正 上 方,由 牛 顿 第 二 定 律 有 m球 g=
m球
v23
L绳 -d
,
小球从O 点正下方到P 点正上方过程中,由机械能守恒
定律有1
2m球 v
2
2=
1
2m球 v
2
3+m球 g(2L绳 -d),
联立解得d=0.2m,
即P 点到O 点的最小距离为0.2m.
答案:(1)5m/s (2)0.3J (3)0.2m
8.解析:(1)过程1:小球释放后自由下落,下降l
由机械能守恒定律得,mgl=12mv
2
0,得v0= 2gl
过程2:小球以v0= 2gl与静止圆盘发生弹性碰撞,
碰撞过程中动量守恒,有mv0=mv1+Mv′1
机械能守恒,有1
2mv
2
0=
1
2mv
2
1+
1
2Mv′1
2
所以v1=
m-M
m+Mv0=-
1
2v0
,v′1=
2m
m+Mv0
=12v0
,
即小球碰后速度大小为1
2 2gl
,方向竖直向上,圆盘碰
后速度大小为1
2 2gl
,方向竖直向下;
(2)第一次碰后,小球做竖直上抛运动,圆盘因摩擦力与
重力平衡,匀速下滑.
所以只 要 圆 盘 下 降 速 度 比 小 球 快,二 者 间 距 就 不 断
增大.
当二者速度相同时,间距最大,即v1+gt=v′1
可得t=v′1-v1g =
v0
g
又v20=2g
1
2gt
2,
因此dmax=x盘 -x球 =v′1t- v1t-
1
2gt
2( )=
v20
2g=l
(3)第一次碰后→第二次碰撞前,小球竖直上抛再做自
由落体运动,圆盘则是匀速下滑,当二者即将第二次相
碰时(理解为相遇)x盘1=x球1
即:v1t1+
1
2gt
2
1=v1′t1,得t1=
2v0
g
此时小球速度v2=v1+gt1=
3
2v0
,圆盘速度仍为v1′,
在这段时间内,圆盘向下移动,x盘1=v1′t1=
v20
g=2l
之后二者第二次发生弹性碰撞,根据
动量守恒:mv2+Mv1′=mv2′+Mv″2
根据机械能守恒:1
2mv
2
2+
1
2Mv′
2
1=
1
2mv′
2
2+
1
2Mv″
2
2
得碰撞后小球速度v2′=0,圆盘速度v2″=v0
这段时间内,圆盘向下移动,x盘2=v2′t2=
2v20
g =4l
此时圆盘距下端口13l,之后二者第三次发生碰撞,根据
动量守恒:mv3+Mv2″=mv3′+Mv3″
根据机械能守恒:1
2mv
2
3+
1
2Mv″
2
2 =
1
2mv′
2
3+
1
2Mv″
2
3
得碰后小球速度为v3′=
1
2v0
圆盘速度v″3=
3
2v0
第三 次 碰 后 → 第 四 次 碰 前,小 球 加 速 下 降,圆 盘 匀 速
下滑,
当二者即 将 四 次 碰 撞 时,x盘3=x球3,即v3″t3=v3′t3+
1
2gt
2
3,得t3=
2v0
g =t1=t2
在这段时间内,圆盘向下移动,x盘3=v3″t3=
3v20
g =6l
,此
时圆盘距离下端管口长度为20l-1l-2l-4l-6l=7l,
此时可得出圆盘每次碰后到下一次碰前,下降距离逐次
增加2l,故若发生下一次碰撞,圆盘将向下移动x盘
4
=
8l,则第四次碰撞后落出管口外,
因此圆盘在管内运动的过程中,小球与圆盘的碰撞次数
为4次.
答案:(1)小球碰后速度大小为 12 2gl
(方向竖直向
上),圆盘碰后速度大小为1
2 2gl
(2)l (3)4
9.解析:(1)由题意可知滑块C 静止滑下过程根据动能定
理有mCgH=
1
2mCv
2,
代入数据解得 H=0.8m.
(2)滑块C 刚滑上B 时可知C 受到水平向左的摩擦力
f2,f2=μ2mCg,
木板B 受到C 的摩擦力水平向右,为f′2=μ2mCg,
B 受到地面的摩擦力水平向左,为f1=μ1(mC+mB)g,
所以滑块C的加速度为aC=μ2
mCg
mC
=μ2g=5m/s
2,
木板B 的加速度为
aB=μ2
mCg-μ1(mC+mB)g
mB
=1m/s2,
设经过时间t1,B 和C 共速,有4-5×t1=1+1×t1,
代入数据解得t1=0.5s,
木板B的位移sB1=(1×0.5+
1
2×1×0.5
2)m=0.625m.
共同的速度v共1=(1+1×0.5)m/s=1.5m/s,
此 后 B 和 C 共 同 减 速,加 速 度 大 小 为 aBC =
μ1(mB+mC)g
mB+mC
=1m/s2,
设再经过t2 时间,物块 A 恰好滑上木板B,有0.625+
1.5t2-
1
2×1×t
2
2( )=1×(0.5+t2),
整理得t22-t2-0.25=0,
解得t2=
1+ 2
2 s
,t2=
1- 2
2 s
,(舍去)
此时B 的位移
sB2=0.625+ 1.5t2-
1
2×1×t
2
2( )=1+ 22≈1.707m,
共同 的 速 度 v共2 =v共1 -aBC ×t2 =1.5-1×
1+ 2
2
m/s
= 1- 22
æ
è
ç
ö
ø
÷ m/s,
综上可知满足条件的s范围为0.625m≤s≤1.707m.
(3)由于s=0.48m<0.625m,
所以可知滑块C 与木板B 没有共速,对于木板B,根据
运动学公式有0.48=1×t0+
1
2×1×t
2
0,
整理后有t20+2t0-0.96=0,
602
最新真题分类特训物理
解得t01=0.4s,t02=-2.4s(舍去),
滑块C在这段时间的位移sC=4×0.4-
1
2×5×0.4
2 m
=1.2m,
所以 摩 擦 力 对 C 做 的 功 W = -f2sC = -μ2mCgsC
=-6J.
(4)因为木板B 足够长,最后的状态一定会是C 与B 静
止,物块A 向左匀速运动.木板B 向右运动0.48m 时,
有vB0=1+1×0.4m/s=1.4m/s,
vC0=4-5×0.4m/s=2m/s,
sA=1×0.4m=0.4m,
此时A、B 之间的距离为s=0.48m-0.4m=0.08m.
由于B 与挡板发生碰撞不损失能量,故将原速率反弹.
接着 B 向 左 做 匀 减 速 运 动,可 得 加 速 度 大 小 a′B =
μ2mCg+μ1(mB+mC)g
mB
=4m/s2,
物块A 和木板B 相向运动,设经过t3 时间恰好相遇,则
有1×t3+ 1.4t3-
1
2×4×t
2
3( )=0.08,
整理得t23-1.2t3+0.04=0
解得t3=
3-2 2
5 s
,t′3=
3+2 2
5 s
(舍去)
此时有vB1=1.4-4×
3-2 2
5 m
/s=8 2-55 m
/s.
方向向左;vC1=2-5×
3-2 2
5 m
/s=(2 2-1)m/s,方
向向右.
接着A、B发生弹性碰撞,碰前A 的速度为v0=1m/s,方
向向右,以水平向右为正方向,则有mAv0+mB(-vB1)=
mAvA+mBvB,
1
2mAv
2
0+
1
2mB
(-vB1)2=
1
2mAv
2
A+
1
2mBv
2
B,
代入数据解得vA=-
32 2-25
15 m
/s≈-2.02m/s,
vB=
15-8 2
15 m
/s≈0.246m/s,
而此时vC =vC1 = 2-5×3-2 25
æ
è
ç
ö
ø
÷ m/s=(2 2-1)
m/s≈1.83m/s.
物块A 向左的速度大于木板B 和C 向右的速度,由于摩
擦力的作用,最后B 和C 静止,A 向左匀速运动,系统的
初动量p初 =(mA+mB)v0+mCv=7kgm/s,
末动量p末 =mAvA=-2.02kgm/s,
则整个过程动量的变化量 Δp=p末 -p初 =-9.02kg
m/s,
即大小为9.02kgm/s.
答案:(1)H=0.8m (2)0.625m≤s≤1.707m (3)-
6J (4)9.02kgm/s
10.解析:(1)滑块a从D 到F,由能量关系mg2R=
1
2mv
2
F-
1
2mv
2
0,
在F 点FN-mg=m
v2F
R
,
解得vF=10m/s,
FN=31.2N.
(2)滑块a返回B 点时的速度vB=1m/s,滑块a一直
在传送带上减速,加速度大小为a=μg=5m/s
2,
根据v2B=v2C-2aL,
可得在C点的速度vC=3m/s,
则滑块a从碰撞后到到达C点12mv
2
1=
1
2mv
2
C+mg2R,
解得v1=5m/s
因ab碰撞动量守恒,则mvF=-mv1+3mv2,
解得碰后b的速度v2=5m/s,
则碰撞损失的能量 ΔE= 12mv
2
F-
1
2mv
2
1-
1
2
3mv22
=0.
(3)若滑块a碰到滑块b 立即被粘住,则a、b碰后的共
同速度为v,则mvF=4mv,
解得v=2.5m/s,
当弹簧被 压 缩 到 最 短 或 者 伸 长 到 最 长 时 有 共 同 速 度
v′,则4mv=6mv′
解得v′=53 m
/s,
当弹簧被压缩到最短时压缩量为x1,
由能量关系1
2
4mv2=12
6mv′2+12kx
2
1,
解得x1=0.1m,
同理当弹簧被拉到最长时伸长量为x2=x1,
则弹簧最大长度与最小长度之差 Δx=2x1=0.2m.
答案:(1)10m/s;31.2N;(2)0;(3)0.2m
11.解析:(1)小球运动到最低点的时候小球和凹槽水平方
向系统动量守恒,取向左为正,0=mv1-Mv2,
小球运动到最低点的过程中系统机械能守恒mgb=
1
2mv
2
1+
1
2Mv
2
2,
联立解得v2=
2m2gb
M2+Mm
,
因水平方向在任何时候都动量守恒即0=mv1-Mv2,
两边同时乘t可得mx1=Mx2,
且由几何关系可知x1+x2=a,
联立解得x2=
m
M+ma.
(2)小球向左运动过程中凹槽向右运动,当小球的坐标
为(x,y)时,此时凹槽水平向右运动的位移为 Δx,根据
上式有m(a-x)=MΔx,
则小球现在在凹槽所在的椭圆上,根据数学知识可知
此时的椭圆方程为
(x-Δx)2
a2
+y
2
b2
=1,
整理得
[x(M+m)-ma]2
M2a2
+y
2
b2
=1.
(3)将Mm =
b
a-b
代入小球的轨迹方程化简可得[x-(a
-b)]2+y2=b2,
即此 时 小 球 的 轨 迹 为 以(a
-b)为圆心,b为半径的圆,
则当小 球 下 降 的 高 度 为 b
2
时有如图
此时 可 知 速 度 和 水 平 方 向
的夹 角 为 60°,小 球 下 降 b2
的过程 中,系 统 水 平 方 向 动 量 守 恒 0=mv3cos60°
-Mv4,
系统机械能守恒mgb2=
1
2mv
2
3+
1
2Mv
2
4,
联立得v3=
4gb2
a+3b=2b
g
a+3b.
答案:(1)v2=
2m2gb
M2+Mm
,x2=
m
M+ma
(2)
[x(M+m)-ma]2
M2a2
+y
2
b2
=1
(3)2b ga+3b
702
详解详析
12.解析:(1)由于地面光滑,则 m1、m2 组成的系统动量守
恒,则有m2v0=(m1+m2)v1,
代入数据有v1=1m/s,
对m1 受力分析有a1=μ
m2g
m1
=4m/s2.
则木板运动前右端距弹簧左端的距离有v21=2a1x1,
代入数据解得x1=0.125m.
(2)木板与弹簧接触以后,对 m1、m2 组成的系统有kx
=(m1+m2)a共 ,
对m2 有a2=μg=1m/s
2,
当a共 =a2 时物块与木板之间即将相对滑动,解得此时
的弹簧压缩量x2=0.25m,
对m1、m2 组成的系统列动能定理有-
1
2kx
2
2=
1
2
(m1
+m2)v22-
1
2
(m1+m2)v21,
代入数据有v2=
3
2 m
/s.
(3)木板从速度为v2 时到之后与物块加速度首次相同
时的过程中,由于木板即 m1 的加速度大于木块 m2 的
加速度,则当木板与木块的加速度相同时即弹簧形变
量为x2 时,则说明此时 m1 的 速 度 大 小 为v2,共 用 时
2t0,且m2 一直受滑动摩擦力作用,则对 m2 有-μm2g
2t0=m2v3-m2v2,
解得v3=
3
2-2t0
,
则对于m1、m2 组成的系统有-Wf=
1
2m1v
2
2+
1
2m2v
2
3
-12
(m1+m2)v22,
ΔU=-Wf,
联立有 ΔU=4 3t0-8t20.
答案:(1)1m/s;0.125m (2)0.25m;32 m
/s
(3)4 3t0-8t20
13.解析:(1)当弹簧被压缩最短时,弹簧弹性势能最大,此
时A、B 速度相等,即t=t0 时刻,根据动量守恒定律
mB1.2v0=(mB+m)v0
根据能量守恒定律Epmax=
1
2mB
(1.2v0)2-
1
2
(mB+m)v20
联立解得mB=5m,Epmax=0.6mv20.
(2)同一时刻弹簧对A、B 的弹力大小相等,根据牛顿第
二定律F=ma
可知同一时刻aA=5aB
则同一时刻A、B 的瞬时速度分别为vA=aAt,
vB=1.2v0-
aAt
5
根据位移等 于 速 度 在 时 间 上 的 累 积 可 得sA =vAt(累
积),sB=vBt(累积)
又sA=0.36v0t0
解得sB=1.128v0t0
第一次碰撞过程中,弹簧压缩量的最大值 Δs=sB-sA
=0.768v0t0.
(3)物块A 第二次到达斜面的最高点与第一次相同,说
明物块A 第二次与B 分离后速度大小仍为2v0,方向水
平向右,设物块A 第一次滑下斜面的速度大小为v′A,
设向左为正方向,根据动量守恒定律可得
mv′A-5m0.8v0=m(-2v0)+5mv′B.
根据能量守恒定律可得 1
2mv′
2
A +
1
2
5m(0.8v0)2
=12m
(-2v0)2+
1
2
5mv′2B,
联立解得v′A=v0.
设在斜面上滑行的长度为L,上滑过程,根据动能定理
可得-mgLsinθ-μmgLcosθ=0-
1
2m
(2v0)2
下滑过程,根据动能定理可得 mgLsinθ-μmgLcosθ=
1
2mv
2
0-0,联立解得μ=0.45.
答案:(1)0.6mv20 (2)0.768v0t0 (3)0.45
14.解析:(1)滑块b摆到最低点过程中,由机械能守恒定律
mgh=12mv
2
b,
解得vb=5m/s,
b与a 发生弹性碰撞,根据动量守恒定律和机械能守恒
定律可得mvb=mv′b+mv0,
1
2mv
2
b=
1
2mv′
2
b+
1
2mv
2
0,
联立解得,v0=5m/s,v′b=0.
(2)由(1)分析可知,物块b与物块a 在A 发生弹性正
碰,速度交换,设物块a刚好可以到达E 点,高度为h1,
根据动能定理可得mgh1-2μmgl-mgH=0,
解得h1=1.2m
以竖直向下为正方向FN+mg=m
v2E
R
,
由动能定理mgh-2μmgl-mgH=
1
2mv
2
E,
联立可得FN=0.1h-0.14(h≥1.2m).
(3)当1.2m≤h<1.65m 时,物块位置在E 点或E 点
右侧,根据动能定理得mgh-2μmgl-mgH=
1
2mv
2
E,
从E 点飞出后,竖直方向 H=12gt
2,
水平方向s=vEt,
根据几何关系可得DF= 35m
,
联立解得x=3l+DF+s1,
代入数据解得 3+ 35
æ
è
ç
ö
ø
÷m≤x< 3.6+ 35
æ
è
ç
ö
ø
÷m,
当0.9m<h<1.2m 时,从h2=0.9m 释放时,根据动
能定理可得mgh-μmgs2=0,
解得s2=1.8m,
可知物块达到距离C 点0.8m 处静止,滑块a由E 点
速度为零,返回到CD 时,根 据 动 能 定 理 可 得 mgH-
μmgs3=0,,解得s3=0.4m,
距离C点0.6m,综上可知当0.9m<h<1.2m 时3l-
s3≤x≤3l,
代入数据得2.6m≤x≤3m.
答案:(1)5m/s (2)FN=0.1h-0.14(h≥1.2m)
(3)当0.9m<h<1.2m时,2.6m≤x≤3m,当1.2m
≤h<1.65m时,3+ 35
æ
è
ç
ö
ø
÷m≤x< 3.6+ 35
æ
è
ç
ö
ø
÷m
实验十五 验证动量守恒定律
1.解析:(1)由xGt图像的斜率表示速度可知两滑块的速度
在t=1.0s时发生突变,即这个时候发生了碰撞;
(2)根据xGt图像斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬
间B的速度大小为v= 90-1101.0 cm
/s=0.20m/s;
802
最新真题分类特训物理
(3)由题图乙知,碰撞前 A的速度大小vA=0.50m/s,碰
撞后 A的速度大小约为v′A=0.36m/s,由题图丙可知,
碰撞后B的速度大小为v′B=0.5m/s,A 和 B碰撞过程
动量守恒,则有mAvA+mBv=mAv′A+mBv′B,
代入数据解得
mA
mB
≈2,
所以质量为2000g的滑块是B.
答案:(1)10 (2)020 (3)B
2.解析:(1)为 了 保 证 小 球 碰 撞 为 对 心 正 碰,且 碰 后 不 反
弹,要求ma>mb;
(2)①两球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度
相等,它们做平抛运动的时间t相等,碰撞前a球的速度
大小v0=
xP
t
,
碰撞后a球的速度大小va=
xM
t
,
碰撞后b球的速度大小vb=
xN
t
,
如果碰撞过 程 系 统 动 量 守 恒,则 碰 撞 前 后 系 统 动 量 相
等,则mav0=mava+mbvb,
整理得maxP=maxM+mbxN ,
②小球离开 斜 槽 末 端 后 做 平 抛 运 动,竖 直 方 向 高 度 相
同,故下落时间相同,水平方向匀速直线运动,小球水平
飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比.
答案:(1)> (2)①maxP=maxM +mbxN ②小球离开
斜槽末端后做平抛运动,竖直方向高度相同,故下落时
间相同,水平方向匀速运动直线运动,小球水平飞出时
的速度与平抛运动的水平位移成正比
3.解析:(1)根据题意可知,甲与乙碰撞后没有反弹,可知
甲的质量大于乙的质量,甲选用的是一元硬币;
(2)甲 从 O 点 到P 点,根 据 动 能 定 理 -μm1gs0 =0-
1
2mv
2
0,
解得碰撞前,甲到O 点时速度的大小v0= 2μgs0,
(3)同理 可 得,碰 撞 后 甲 的 速 度 和 乙 的 速 度 分 别 为v1
= 2μgs1,
v2= 2μgs2,
若动量守恒,则满足m1v0=m1v1+m2v2,
整理可得
s0- s1
s2
=
m2
m1
,
(4)由于存在某种系统或偶然误差,计算得到碰撞前后
甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1,
写出一条产生这种误差可能的原因有:
1.测量误差,因 为 无 论 是 再 精 良 的 仪 器 总 是 会 有 误 差
的,不可能做到绝对准确;
2.碰撞过程中,我们认为内力远大于外力,动量守恒,实
际上碰撞过程中,两个硬币组成的系统合外力不为零.
答案:(1)一元 (2) 2μgs0 (3)
m2
m1
(4)见解析
4.解析:(2)应该用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块,
碰后运动方向相反,故选0.304kg的滑块作为A.
(6)由于两段位移大小相等,根据表中的数据可得k2=
v1
v2
=
t2
t1
=0.210.67=0.31
(7)
v1
v2
平 均 值 为k=0.31+0.31+0.33+0.33+0.335 =
0.32
(8)弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒,可得 m1v0
=-m1v1+m2v2,
1
2m1v
2
0=
1
2m1v
2
1+
1
2m2v
2
2
联立解得
v1
v2
=
m2-m1
2m1
代入数据可得
v1
v2
=0.34.
答案:(2)0.304 (6)0.31 (7)0.32 (8)
m2-m1
2m1
0.34
5.解析:(1)游标卡尺的读数为10mm+4×0.05mm=
10.20mm;
(2)滑块保持稳定,说明气垫导轨水平;
(3)根据表格中数据描点并用直线连接
(4)根据动量定理FΔt=MΔv变形得
mgΔt=(M+m)Δv,
则 Δv-Δt图线斜率的理论值
k= mgM+mm
/s2=1.96m/s2.
(5)根据动量定理FΔt=MΔv变形得
Δv
Δt=
F
M
A.槽码质量偏小,而实际的槽码质量偏大,则合外力F
偏大,所以图线斜率的实验值偏大,A错误;
B.细线与气垫导轨不平行,滑块实际所受合外力为F 的
水平分力,所以图线斜率的实验值偏小,B正确;
C.滑块释放的位置与斜率相关的参量无关,C错误;
D.Δt偏大,则ΔvΔt
偏小,图线斜率偏小,D正确.故选BD.
答案:(1)1020
(2)将气垫导轨调至水平
(3)
(4)196 (5)BD
902
详解详析