内容正文:
第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞
[A组 基础巩固练]
1.现有甲、乙两滑块,质量分别为3m 和
m,以相同的速率v在光滑水平面上相
向运动,发生了碰撞.已知碰撞后,甲滑
块静止不动,那么这次碰撞是 ( )
A.弹性碰撞
B.非弹性碰撞
C.完全非弹性碰撞
D.条件不足,无法确定
2.(多 选)在 光 滑 水 平 面 上 动 能 为 E0、
动量大小为p0 的小钢球1与静止的
小钢球2发生碰撞,碰撞前后球1的
运动方向相反,将碰撞后球1的动能
和动量大小分别记为 E1、p1,球2的
动能和动量大小分别记为 E2、p2,则
必有 ( )
A.E1<E0 B.p2>p0
C.E2>E0 D.p1>p0
3.(多选)如图所示,用两根
长度都等于L 的细绳,分
别把质量相等、大小相同
的a、b两球悬于同一高度,静止时两球
恰好相接触.先把a球拉到细绳处于水
平位置,然后无初速度释放,当a球摆
动到最低位置与b球相碰后,b球可能
升高的高度为 ( )
A.L B.4L5
C.L4 D.
L
8
4.如图所示,一个质量为 m 的物体 A 与
另一个质量为2m 的物块B发生正碰,
碰后 B物块刚好能落入正前方的沙坑
中.假如碰撞过程中无机械能损失,已
知物块 B 与地面间的动摩擦因数为
01,与沙坑的左端距离x=05m,g取
10m/s2.物块可视为质点,则碰撞前瞬
间 A的速度最小大小为 ( )
A.05m/s B.10m/s
C.15m/s D.20m/s
5.质量相等的三个物块
在一光滑水平面上排
成一直线,且彼此隔开了一定的距离,
如图所示.具有动能E0 的第1个物块
向右运动,依次与其余两个静止物块发
生碰撞,最后这三个物块粘在一起,这
个整体的动能为 ( )
A.E0 B.
2E0
3
C.
E0
3 D.
E0
9
6.(多选)如图所示,在
质量为 M 的小车中
挂着一单摆,摆球质量为m0,小车和单摆
以恒定的速度v沿光滑水平地面运动,与
位于正前方的质量为m 的静止的木块发
生碰撞,碰撞的时间极短.在此碰撞过程
中,下列情况可能发生的是 ( )
01
选择性必修第一册
A.小车、木块、摆球的速度都发生变化,
分别变为v1、v2、v3,满足(M+m0)v
=Mv1+mv2+m0v3
B.摆球的速度不变,小车和木块的速度
变为v1 和v2,满足 Mv=Mv1+mv2
C.摆球的速度不变,小车和木块的速度
都变为u,满足 Mv=(M+m)u
D.小车和摆球的速度都变为v1,木块
的速度变为v2,满足(M+m0)v=
(M+m0)v1+mv2
7.质量为045kg的木块静止在光滑水平
面上,一 质 量 为 005 kg 的 子 弹 以
200m/s的水平速度击中木块,并留在
其中,整个木块沿子弹原方向运动,则木
块最终速度的大小是 m/s.若子
弹在木块中运动时受到的平均阻力为
45×103 N,则子弹射入木块的深度为
m.
8.如 图 所 示,在 光
滑水平面的左侧
固定一竖直挡板,A球在水平面静止放
置,B球向左运动与 A 球发生正碰,B
球碰撞前、后的速率之比为3∶1,A球
垂直撞向挡板,碰后原速率返回.两球刚
好不发生第二次碰撞,A、B两球的质量之
比为 ,A、B碰撞前、后两球总
动能之比为 .
9.如图所示,竖直平面
内的光滑水平轨道
的左边与墙壁对接,右边与一个足够高
的1
4
光滑圆弧轨道平滑相连,木块 A、B
静置于光滑水平轨道上,A、B的质量分
别为15kg和05kg.现让 A以6m/s
的速度水平向左运动,之后与墙壁碰
撞,碰撞的时间为03s,碰后的速度大
小变为4m/s.当 A 与 B碰撞后会立即
粘在一起运动,g取10m/s2,求:
(1)在 A 与墙壁碰撞的过程中,墙壁对
A的平均作用力的大小;
(2)A、B滑上圆弧轨道的最大高度.
[B组 素养提升练]
10.如图所示,小球 A和小球B质量相同,
小球B置于光滑水平面上,小球 A 从
高为h处由静止摆下,到达最低点恰
好与B相撞,并黏合在一起继续摆动,
若不计空气阻力,它们能上升的最大
高度是 ( )
A.h B.12h
C.14h D.
1
8h
11
第一章 动量守恒定律
11.如图所示,A、B两小球在光滑水平面
上分别以动量p1=4kgm/s和p2=
6kgm/s(向右为正方向)做匀速直
线运动,则在 A 球追上B球并与之碰
撞的 过 程 中,两 小 球 的 动 量 变 化 量
Δp1 和Δp2 可能分别为 ( )
A.-2kgm/s,3kgm/s
B.-8kgm/s,8kgm/s
C.1kgm/s,-1kgm/s
D.-2kgm/s,2kgm/s
12.如图甲所示,在光滑水平面上的两个
小球 A、B发生正碰,A、B的质量分别
为m1 和 m2,图乙为它们碰撞前后的
xGt(位移—时间)图像,以水平向右为
正方向.由此可以判断,以下四个选项
中的图像所描述的碰撞过程不可能发
生的是 ( )
13.如图所示,光滑水平地面上有一足够
长的木板,左端放置可视为质点的物
体,其质量为m1=1kg,木板与物体间
动摩擦因数μ=01.二者以相同的初速
度v0=08m/s一起向右运动,木板与
竖直墙碰撞时间极短,且没有机械能
损失.g取10m/s2.
(1)如果木板质量m2=3kg,求物体相
对木板滑动的最大距离;
(2)如果木板质量m2=06kg,求物体
相对木板滑动的最大距离.
21
选择性必修第一册
第5节
1.A [由动量守恒定律有3mv-mv=0+mv′,所以v′=
2v.碰前总动能Ek=
1
2
3mv2+12mv
2=2mv2,碰后总
动能Ek′=
1
2mv′
2=2mv2,Ek=Ek′,所以 A项正确.]
2.AB [因为碰撞前后动能不增加,故有E1<E0,E2<E0,
p1<p0,A正确,C、D错误;根据动量守恒定律得p0=p2
-p1,得到p2=p0+p1,可知p2>p0,B正确.]
3.ABC [若a、b两球发生完全弹性碰撞,已知b球上摆的
高度可达L;若a、b两球发生完全非弹性碰撞(即碰后两
球速度相同),则根据 mgl= 12mv
2、mv=2mv′和 12
2mv′2=2mgh′,可知其上摆的高度为L4.
考虑到完全非
弹性碰撞中动能的损失最多,故b球上摆的高度应满足
L
4≤h≤L.
]
4.C [碰撞后B做匀减速直线运动,由动能定理得-μ
2mgx=0-12
2mv2,代入数据得v=1m/s,A 与 B碰
撞的过程中,A 与 B 组 成 的 系 统 在 水 平 方 向 的 动 量 守
恒,选取向右为正方向,则有mv0=mv1+2mv,由于没有
机械能的损失,则有 1
2mv
2
0=
1
2mv
2
1+
1
2
2mv2,联立
解得v0=15m/s,选项 C正确.]
5.C [设物块质量为 m,第1个物块的初速度为v0,矿物
块粘在 一 块 时 速 度 为 v1,由 碰 撞 中 动 量 守 恒 mv0 =
3mv1,得
v1=
v0
3 ①
E0=
1
2mv
2
0 ②
Ek′=
1
2×3mv
2
1 ③
由①②③式得Ek′=
1
2×3m
v0
3( )
2
=13×
1
2mv
2
0( ) =
E0
3
,故 C正确.]
6.BC [小车与木块碰撞,且碰撞时间极短,因此相互作用
只发生在木块和小车之间,悬挂的摆球在水平方向未受
到力的作用,故摆球在水平方向的动量未发生变化,即
摆球的速度在小车与木块碰撞过程中始终不变,由此可
知 A和D两种情况不可能发生;选项B的说法对应于小
车和木块碰撞后又分开的情况,选项 C的说法对应于小
车和木块碰撞后粘在一起的情况,两种情况都有可能发
生.故选项B、C正确.]
7.解析:木块的质量M=045kg,子弹的质量m=005kg,子
弹的初速度v0=200m/s,子弹和木块组成的系统在水
平方向上动量守恒,以子弹初速度方向为正方向,根据
动量守恒定律有mv0=(m+M)v
解得木 块 最 终 速 度 的 大 小v= mv0m+M=
0.05
0.05+0.45×
200m/s=20m/s
设子弹射入木块的深度为d,平均阻力f=45×103 N,
根据能量守恒定律可得
fd=12mv
2
0-
1
2
(m+M)v2
解得d=02m.
答案:20 02
8.解析:设碰前B球的速度为v0,A 与挡板碰后以原速率
返回,并恰好不与B发生第二次碰撞,说明 A、B两球碰
后速度大小相等,方向相反.即分别为13v0
和-13v0
根据动量守恒定律得mBv0=mB -
1
3v0( )+mA
1
3v0
解得mA∶mB=4∶1
A、B两球碰撞前、后的总动能之比为
1
2mBv0
2
1
2mA
1
3v0( )
2
+12mB
1
3v0( )
2=
9
5.
答案:4∶1 9∶5
9.解析:(1)设水平向右为正方向,当 A 与墙壁碰撞时,根
据动量定理有Ft=mAv1′-mA(-v1)
解得F=50N.
(2)设碰撞后 A、B的共同速度为v,根据动量守恒定律
有mAv1′=(mA+mB)v
A、B在光滑圆弧轨道上滑动时机械能守恒,由机械能守
恒定律得1
2
(mA+mB)v2=(mA+mB)gh
解得h=045m.
答案:(1)50N (2)045m
10.C [小球A由释放到摆到最低点的过程做的是圆周运动,
由机械能守恒得mAgh=
1
2mAv
2
1,则v1= 2gh.A、B的碰
撞过程满足动量守恒定律,则mAv1=(mA+mB)v2,又 mA
=mB,得v2=
2gh
2
,对 A、B粘在一起共同上摆的过程
应用机械能守恒定律得1
2
(mA+mB)v22=(mA+mB)gh′,则
h′=h4
,故C正确.]
11.D [碰 撞 过 程 中 动 量 守 恒,即 满 足 p1 +p2 =(p1 +
Δp1)+(p2+Δp2),A 因为不满足动量守恒,故 A 错
误;碰撞过程中还要满足动能不增加,即 p
2
1
2m1
+ p
2
2
2m2
≥
(p1+Δp1)2
2m1
+
(p2+Δp2)2
2m2
,代 入 数 据 知 B不 满 足,故
B错 误;因 为 两 球 在 碰 撞 前 是 同 向 运 动,所 以 碰 撞
后 还 要 满 足 B球 的 速 度 增 加,A 球 的 速 度 减 小 或 反
向,而 C选 项 给 出 的 情 况 是 碰 撞 后 A 球 的 速 度 增
加,而 B球 的 速 度 减 小,所 以 不 符 合 情 景,故 C 错
误;D都 满 足,故 D正 确.]
12.B [根据xGt(位移—时间)图像的斜率表示速度可得,
碰撞前,A和B的速度分别为v1=
x1
t1
=82 m
/s=4m/s,
v2=0,碰撞后,A和B的速度分别为v1′=
Δx1
Δt1
=0-84 m
/s=
-2m/s,v2′=
Δx2
Δt2
=16-84 m
/s=2m/s.取碰撞前A的速度
方向为正方向,根据动量守恒定律得m1v1=m1v1′+m2v2′,
解得m1∶m2=1∶3.对四个选项图所描述的碰撞过程进行
分析,可知A选项图、C选项图、D选项图所描述的碰撞过程
满足动量守恒定律、不违背能量守恒定律,其中C选项图表
示碰后两球同向运动,后面B的速度小于前面 A的速度.B
选项图所描述的碰撞过程不满足动量守恒定律,不可能发
生.本题应选B.]
85
选择性必修第一册
13.解析:(1)木板与竖直墙碰撞后,以原速率反弹,设向左为正
方向,由动量守恒定律得
m2v0-m1v0=(m1+m2)v
解得:v=04m/s,方向向左,不会与竖直墙再次碰撞.
由能量守恒定律得
1
2
(m1+m2)v20=
1
2
(m1+m2)v2+μm1gs1
解得s1=096m.
(2)木板与竖直墙碰撞后,以原速率反弹,由动量守恒定
律得
m2v0-m1v0=(m1+m2)v′
解得:v′=-02m/s,方向向右,将与竖直墙再次碰撞,
最后木板停在竖直墙处
由能量守恒定律得1
2
(m1+m2)v20=μm1gs2
解得s2=0512m.
答案:(1)096m (2)0512m
第6节
1.C [探测器在加速运动时,因为受月球引力的作用,喷
气所产生的推力一方面要平衡月球的引力,另一方面还
要提供加速的动力,则沿着后下方某一个方向喷气,选
项 A、B错误;探测器在匀速运动时,因为受月球引力的
作用,喷气产生的推力只需要平衡月球的引力即可(竖
直向下喷气),选项 C正确,选项 D错误.]
2.D [反冲运动的定义为由于系统的一部分物体向某一
方向运动,而使另一部分向相反方向运动,这种现象叫
反冲运动.定义中并没有确定两部分物体之间的质量关
系,故选项 A错误;在反冲运动中,两部分之间的作用力
是一对作用力与反作用力,由牛顿第三定律可知,它们
大小相等,方向相反,故选项 B错误;在反冲运动中一部
分受到另一部分的作用力产生了该部分的加速度,使该
部分的速度逐渐增大,在此过程中对每一部分牛顿第二
定律都成立,故选项 C错误,选项 D正确.]
3.D [设绳至少长为l,人沿绳滑至
地面的时间为t,由图可看出,气球
对地的平均速度为l-h
t
,人对地的
平均速度为-ht
(以竖直向上为正
方向).由动量守恒定律,有M
(l-h)
t
-mht =0
,解得l=M+mM h.
]
4.B [突然撤去隔板,气体向右运动,汽缸做反冲运动,当
气体充满整个汽缸时,它们之间的作用结束.由动量守
恒定律可知,开始时系统的总动量为零,结束时总动量
必为零,汽缸和气体都将停止运动,故B正确.]
5.A [规定水平向左为正方向,两车刚好不相撞即最后两
车速度相等,设相等的速度为v′.对两辆车、两人以及所
有货包组成的系统,由动量守恒定律得12mv0-10mv0
=(12m+10m)v′,解得v′=v011
,设为使两车不相撞,乙
车上的人应抛出货包的最小数量为n,以乙及乙车上的
人 和 货 包 为 系 统,由 动 量 守 恒 定 律 得 12mv0 =
12m-nm10( )v′+n
m
10v
,由题知v=11v0,解得n=
10个,选项 A正确.]
6.A [燃气从火箭喷口喷出的瞬间,火箭和燃气组成的系
统动量守恒,设燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为
p,根据动量守恒定律,可得p-mv0=0,解得p=mv0=
0050kg×600m/s=30kgm/s,选项 A正确.]
7.D [火箭和卫星组成的系统在分离时水平方向上动量守
恒,规定初速度的方向为正方向,由动量守恒定律得(m1+
m2)v0=m2v2+m1v1,解得v1=v0+
m2
m1
(v0-v2),D正确.]
8.B [火箭的推力来源于燃气对它的反作用力,选项 A 错
误;以竖直向下为正方向,根据动量守恒定律有0=mv0
-(M-m)v,解得在燃气喷出后的瞬间,火箭的速度大
小为v= mv0M-m
,选项 B正确;喷出燃气后,万户及其所
携设备做竖直上抛运动,动能转化为重力势能,有 1
2
(M
-m)v2=(M-m)gh,解得万户及其所携设备能上升的
最大高度为h= m
2v20
2g(M-m)2
,选项 C 错误;在火箭喷气
过程中,燃料燃烧,将一部分化学能转化为万户及其所
携设备的机械能,万户及其所携设备的机械能增加,选
项 D错误.]
9.解析:设分离前男女演员在秋千最低点B 的速度为v0,
由机械能守恒定律有(m1+m2)gR=
1
2
(m1+m2)v20
设刚分离时男演员速度的大小为v1,方向与v0 相同;女
演员速度的大小为v2,方向与v0 相反,由动量守恒定律
有(m1+m2)v0=m1v1-m2v2
分离后,男演员做平抛运动,设男演员从被推出到落在C
点所需的时间为t,根据题给条件,由运动学规律得4R=
1
2gt
2,x=v1t.根据题给条件,女演员刚好回到A 点,由
机械能守恒定律得m2gR=
1
2m2v
2
2,已知m1=2m2,由以
上各式可得x=8R.
答案:8R
10.AD [人船系统动量守恒,总动量始终为零,因此人、船
动量等大,速度大小与质量成反比,A 正确;人“突然停
止走动”是指人和船相对静止,设这时人、船的速度为
v,则(M+m)v=0,所以v=0,说明船的速度立即变为
零,B错误;人和船系统动量守恒,速度和质量成反比,
因此人的位移是船的位移的8倍,C错误;由动能和动
量关系Ek=p
2
2m∝
1
m
,人在船上走动过程中人的动能是
船的动能的8倍,D正确.]
11.D [设人、枪(包括子弹)的总质量为 M,每颗子弹质量
为m,子弹射出速度为v0,射出第1颗子弹,有0=(M
-m)v-mv0,设人射出n颗子弹后的速度为v′,则(M
-nm)v′=nmv0,可得v=
mv0
M-m
,v′= nmv0M-nm
,因 M-
m>M-nm,所以v′>nv,故选项 D正确.]
12.解析:“水火箭”喷出水流做反冲运动,设火箭原来总质
量为m,喷出水流的流量为Q,水的密度为ρ,水流的喷
出速度为v,火箭的反冲速度为v′,由动量守恒定律得
(m-ρQt)v′=ρQtv
火箭启动后2s末的速度为
v′= ρQtvm-ρQt
=10
3×2×10-4×2×10
1.4-103×2×10-4×2
m/s=4m/s.
答案:4m/s
95
参考答案