内容正文:
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第三周 碰撞 反冲运动
(时间:45分钟 分值:100分)
周推好题 第14题以亚冬会冰壶比赛为例,综合考查学生对应用动量守恒和能量的观点解决
综合问题的能力。该题题目设置灵活,紧扣知识点,对学生的综合应用能力要求较高,值得
推荐。
【考点·一应俱全】(共50分)
考点一 弹性碰撞和非弹性碰撞
1.甲、乙两人穿着同款充气“防护服”,由于两人初次穿充气服,走路时控制不好平衡,所以两人发生
了碰撞。若甲的质量为m,乙的质量为3m,且以相同的速率v在光滑水平面上发生相向碰撞,碰
撞后乙静止不动,则这次碰撞 ( )
A.属于完全非弹性碰撞 B.属于弹性碰撞
C.动能损失最多 D.碰撞后甲的速度大小为v
考点二 弹性碰撞的实例分析
2.(多选)如图所示,小球A的质量为mA=5kg,动量大小为pA=4kg·m/s,
小球A水平向右运动,与静止的小球B发生弹性碰撞,碰后A的动量大
小为pA'=1kg·m/s,方向水平向右,水平面光滑,则 ( )
A.碰后小球B的动量大小为pB=3kg·m/s B.碰后小球B的动量大小为pB=5kg·m/s
C.小球B的质量为15kg D.小球B的质量为3kg
3.如图,大小相同的摆球a和b的质量分别为m 和3m,摆长相同,并排悬挂,平衡时两球
刚好接触,现将摆球a向左拉开一小角度后释放。若两球的碰撞是弹性碰撞,不计空
气阻力,下列判断正确的是 ( )
A.第一次碰撞后的瞬间,两球的动能相等
B.第一次碰撞后的瞬间,两球的动量大小相等
C.第一次碰撞后的瞬间,两球的速度大小相等
D.第一次碰撞后,两球的最大摆角不相同
考点三 碰撞的可能性分析
4.(多选)(2025·哈尔滨市第三中学高二月考)质量为m 的小球A沿光滑水平面以速度v0 与质量
为2m 的静止小球B发生正碰,则碰后B的速度可能是 ( )
A.13v0 B.
1
4v0 C.
2
5v0 D.
3
4v0
5.(2025·苏州市星海实验中学高二月考)如图所示,动量分别为pA=6kg·m/
s,pB=8kg·m/s的两个小球A、B在光滑的水平面上沿一直线向右运动,经
过一段时间后两球发生正碰,分别用ΔpA、ΔpB 表示两小球动量的变化量,则
下列选项中可能正确的是 ( )
A.ΔpA=3kg·m/s,ΔpB=3kg·m/s B.ΔpA=-2kg·m/s,ΔpB=2kg·m/s
C.ΔpA=3kg·m/s,ΔpB=-3kg·m/s D.ΔpA=-12kg·m/s,ΔpB=12kg·m/s
考点四 反冲现象
6.(2025·长沙市田家炳中学月考)一人静止于光滑的水平冰面上,现欲离开冰面,下列说法中可行
的是 ( )
A.向后踢腿 B.向后甩手
C.脱下衣服或鞋子水平抛出 D.脱下衣服或鞋子竖直向上抛出
7.(2025·临沂市第一中学高二期末)一门旧式大炮如图所示,炮车和炮弹的质
量分别为 M 和m,炮筒与水平地面的夹角为α,炮弹发射瞬间相对于地面的
速度为v0。不计炮车与地面的摩擦,则炮车向后反冲的速度大小为 ( )
A.
mv0cosα
M B.
mv0sinα
M C.
mv0tanα
M D.
mv0cosα
M+m
考点五 火箭工作原理
8.(2025·渭南市瑞泉中学高二月考)如图所示,我国自行研制的“歼-15”战斗机
挂弹飞行时,接到命令,进行导弹发射训练,当战斗机水平飞行的速度为v0 时
将总质量为 M 的导弹释放,刚释放时,导弹向战斗机飞行的反方向喷出对地速
率为v1、质量为m 的燃气,则喷气后导弹相对地面的速率v为 ( )
A.
Mv0-mv1
M B.
Mv0+mv1
M C.
Mv0-mv1
M-m D.
Mv0+mv1
M-m
9.(2025·枣庄市高二期末)某中学航天兴趣小组的同学将静置在水平地面上的质量为 M(含水)的
自制“水火箭”释放升空,在极短的时间内,质量为m 的水以相对地面为v0 的速度竖直向下喷出。
已知重力加速度为g,空气阻力不计,下列说法正确的是 ( )
A.“水火箭”的推力来源于“水火箭”外的空气对它的反作用力
B.水喷出的过程中,“水火箭”和水机械能守恒
C.“水火箭”获得的最大速度为 MM-mv0
D.“水火箭”上升的最大高度为
m2v02
2g(M-m)2
10.(2025·汕头市实验学校高二期中)如图所示,已知某次某航天员离开空间站
太空行走时,连同装备共100kg,在离飞船60m的位置与空间站处于相对静
止的状态,装备中有一个高压气源,能以50m/s的速度喷出气体,为了能在5
min内返回空间站,他需要在开始返回的瞬间至少一次性向后喷出气体的质
量是(不计喷出气体后航天员和装备质量的变化) ( )
A.0.10kg B.0.20kg C.0.35kg D.0.40kg
考点六 人船模型
11.(2025·广州市第六中学高二月考)“独竹漂”是一项独特的黔
北民间绝技。“独竹漂”高手们脚踩一根楠竹,漂行水上如履平
地。如图甲所示,在平静的湖面上,一位女子脚踩竹竿抵达岸
边,此时女子静立于竹竿A 点,一位摄影爱好者使用连拍模式
拍下了该女子在竹竿上行走过程的系列照片,并从中选取了两
张进行对比,其简化图如图所示。经过测量发现,甲、乙两张照
片中A、B 两点的水平间距约为1cm,乙图中竹竿右端距离河岸约为1.8cm。照片的比例尺为
1∶40。已知竹竿的质量约为25kg,若不计水的阻力,则该女子的质量约为 ( )
A.41.5kg B.45kg C.47.5kg D.50kg
12.(2025·深圳市实验学校高二期中)如图所示,光滑水平地面上静置一个质量为
M 且上表面光滑的斜面体。现将一个质量为m的小滑块放置在斜面体顶端,使
其由静止沿斜面滑下。已知斜面体底边长为L,则以下判断正确的是 ( )
A.下滑过程中小滑块的机械能守恒
B.小滑块下滑过程中,两物体组成的系统动量守恒
C.小滑块到达斜面底端时,斜面体水平向右运动的距离为 MLM+m
D.小滑块到达斜面底端时,小滑块水平向左运动的距离为 MLM+m
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【探究·一举突破】(共15分)
探究主题 探究“人船模型”的规律
一质量为 M 的小船静止在水面上,站在船尾的质量为m 的小孩,从静止开始向左运
动。不计水的阻力,求此过程中:
探究问题:
(1)船向哪运动? 当小孩速度为v时,船速多大;
(2)当小孩向左移动位移x时,船的位移多大;
(3)小孩和船的位移大小与两者质量有什么关系;
(4)船长为L,若小孩从船头移动到船尾,小孩的位移为多大。
【综合·一练到底】(共35分)
13.(9分)(多选)(2025·深圳市高二期中)如图所示,在光滑的水平面上,物体B
静止,在物体B上固定一个水平轻弹簧。物体A以某一速度v0 沿水平方向
向右运动,通过弹簧与物体B发生作用,A物体质量为m,B物体质量为2m,
从A刚接触弹簧至弹簧再次恢复原长的过程中 ( )
A.弹簧再次恢复原长时B的速度大小为13v0
B.弹簧弹性势能的最大值为13mv0
2
C.A的动量变化量大小为23mv0
D.物体B先做加速度增大的加速运动,后做加速度减小的加速运动
14.(14分)2025年2月7日至14日,第九届亚冬会在中国哈尔滨成功举行。如图所示为冰壶比赛场
地示意图,在某次比赛中,红方队员将红色冰壶以v0=3.2m/s的速度从P点推出,冰壶在冰面上
做匀减速直线运动并恰好停在营垒边缘上的A 点,然后黄方队员推出的黄色冰壶在A 点与红方
静止的冰壶发生对心碰撞,碰撞时间极短,碰后红壶停在营垒边缘上的B 点,黄壶停在营垒中心
O与A 点连线的中点C,已知P、A 两点间距离l=25.6m,营垒半径R=1.8m,g=10m/s2,红
壶和黄壶可视为质点,质量均为m=20kg,且与冰面间的动摩擦因数相同。
(1)求冰壶与冰面间的动摩擦因数μ;
(2)求黄壶与红壶碰撞前瞬间速度v的大小;
(3)黄壶与红壶的碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞? 请说明理由。
15.(12分)如图所示,在光滑水平面上有一小车,小车上固定一竖直杆,总质量为 M,
杆顶系一长为l的轻绳,绳另一端系一质量为m 的小球,绳被水平拉直处于静止
状态,小球处于最右端。将小球由静止释放,重力加速度为g,求:
(1)小球摆到最低点时小球速度的大小;
(2)小球摆到最低点时小车向右移动的距离。
【选做·一飞冲天】(尖子生选做)
(2025·江苏省响水中学高二检测)如图所示,滑块 A、B、C位于光滑水平
面上,已知A的质量mA=1kg,B的质量mB=mC=2kg。滑块B的左
端连有水平轻质弹簧,弹簧开始处于自由伸长状态。现使滑块A以v0=3m/s速度水平向右运
动,通过弹簧与静止的滑块B相互作用,直至分开的过程中未与C相撞。整个过程弹簧没有超过
弹性限度。
(1)求弹簧被压缩到最短时,滑块B的速度大小;
(2)求弹簧给滑块B的冲量大小;
(3)求滑块A的动能最小时,弹簧的弹性势能;
(4)若弹簧被压缩到最短时,B与C恰好相碰并粘接在一起,然后继续运动。假设B和C碰撞过
程时间极短,求B、C粘在一起瞬间的速度大小及整个系统损失的机械能。
【错题重做】
错因 基础不牢 题意不明 思路不对 理解不够 分析不透 方法不对 根本不会 其他原因
题号
题号
题号
— 11 —
—84 —
【综合·一练到底】
12.解析 (1)设子弹刚射入小车时小车速度大小为v1,子弹与小车
组成的系统内力远大于外力,根据动量守恒定律有m0v0=(m1+
m0)v1,解得v1=10m/s。
(2)设物块脱离小车时小车速度大小为v2,物块速度为v3=5m/s,物
块与小车(含子弹)组成的系统所受合外力为零,根据动量守恒定
律有(m1+m0)v1=(m1+m0)v2+m2v3
解得v2=8m/s。
答案 (1)10m/s (2)8m/s
13.解析 (1)选乙车开始运动的方向为正方向,乙车与甲车碰撞过
程中动量守恒,则有m乙 v乙 =m乙 v乙'+m甲 v甲'
解得v乙'=1m/s。
(2)设小物体从滑上乙车后,与乙车相对静止时的共同速度为v,
对小物体与乙车组成的系统,运用动量守恒定律得 m乙 v乙'=(m
+m乙)v
解得v=0.8m/s
对小物体由动量定理得μmgt=mv得t=0.4s。
答案 (1)1m/s (2)0.4s
14.解析 (1)由题图(b)可知,碰撞前甲车的速度大小v0=5m/s
碰撞后甲车的速度大小v1=-1m/s,负号表示方向向左
乙车的速度大小v2=3m/s
甲、乙两车碰撞过程中,三者组成的系统动量守恒,以甲的初速度
方向为正方向,由动量守恒定律有(m小孩 +m甲)v0=(m小孩 +m甲)
v1+m乙 v2
代入数据解得m乙 =90kg
(2)设小孩跳向乙车的速度为v小孩,系统动量守恒,以甲的初速度
方向为正方向,由动量守恒定律得:小孩跳离甲车时(m小孩 +m甲)
v0=m小孩v小孩 +m甲 v3
小孩跳至乙车时m小孩v小孩 =(m小孩 +m乙)v4
为使两车避免相撞,应满足v3≤v4
当v3=v4 时,小孩跳离甲车的速度最小,
代入数据解得v小孩 =203 m
/s≈6.7m/s。
答案 (1)90kg (2)6.7m/s
【选做·一飞冲天】
ACD [人第1次推球时(小球未与挡板接触),人、冰车和小球组
成的系统所受的合外力为零,系统动量守恒,故 A正确;球与挡板
碰撞过程,挡板的作用力对系统有冲量,即系统所受合外力不为
零,人、冰车和小球组成的系统动量不守恒,故B错误;设人第1次
推出球后冰车的速度为v1,取水平向右为正方向,由动量守恒定
律 Mv1-mv0=0,得v1=
mv0
M
,人第1次接球后的速度设为v共1,
由 Mv1+mv0=(M+m)v共1,联立可得v共1=
2mv0
M+m=
8
9 m
/s,故
C正确;人第2次推出球后冰车的速度为v2,则(M+m)v共1=Mv2
-mv0,则v2=
3mv0
M
,……,由数列归纳法得第n次推出球后人和
冰车速度v车 =
(2n-1)mv0
M
(n=1,2,3…),若要人不再接到球,要
满足v车≥v0,代入数据得n≥4.5,则人第5次将球推出后将不再
接到球,故D正确。]
第三周 碰撞 反冲运动
【考点·一应俱全】
1.B [设碰撞后甲的速度为v',以乙的运动方向为正方向,根据动
量守恒定律可得3mv-mv=mv',故碰后甲的速度为v'=2v;碰前
甲、乙的总动能为Ek=
1
2×3mv
2+12mv
2=2mv2,碰后甲、乙的总
动能为Ek'=
1
2mv'
2=2mv2,由于碰撞前后总动能相等,所以此碰
撞为弹性碰撞,故B正确。]
2.AD [规定水平向右的方向为正方向,碰撞过程中A、B组成的系
统动量守恒,所以有pA=pA'+pB,解得pB=3kg·m/s,故 A正
确,B错误;由于是弹性碰撞,所以没有动能损失,故pA
2
2mA
=pA'
2
2mA
+
pB2
2mB
,解得mB=3kg,故C错误,D正确。]
3.C [弹性碰撞过程中,两球组成的系统水平方向动量守恒,由动
量守恒定律有:mv0=mv1+3mv2,由机械能守恒定律有
1
2mv0
2=
1
2mv1
2+12×3mv2
2,解得:v1=-
v0
2
,v2=
v0
2
,故第一次碰撞后
的瞬间,两球的速度大小相等,因两球质量不相等,故两球第一次
碰后的瞬间动量大小不相等,动能也不 相 等,故 A、B错 误,C正
确;两球碰后上摆过程,机械能守恒,故上升的最大高度相等,又因
摆长相等,故两球第一次碰撞后的最大摆角相同,故D错误。]
4.AC [若小球A与小球B发生完全非弹性碰撞,则有mv0=(m+
2m)v共,解得v共 = 13v0
,若小球 A与小球B发生弹性碰撞,则有
mv0=mvA'+2mvB',
1
2mv0
2=12mvA'
2+12×2mvB'
2,解得vB'=
2
3v0
,所以碰后B的速度13v0≤vB≤
2
3v0
,故选A、C。]
5.B [由 题 意 可 知,无 论 小 球 A反 弹 或 者 不 反 弹,小 球 A的 动
量 一 定 减 小,即 动 量 变 化ΔpA<0,选 项 A、C错 误;当ΔpA=
-2kg·m/s时,由 动 量 守 恒,得 pA+pB=pA'+pB',化 简
得 pA'-pA= -(pB'-pB),即 ΔpB= -ΔpA=2kg·m/s,
且 碰 后 系 统 的 总 动 能 可 能 不 增 加,选 项 B正 确;当 ΔpA=
-12kg·m/s,ΔpB=12kg·m/s时,对系统虽然满足动量守恒定
律,但是碰后系统的总动能一定增加,不可能实现,选项D错误。]
6.C [以人整体为研究对象,向后踢腿或向后甩手,人整体的总动
量为零,不会运动起来,故 A、B错误;把人和衣服、鞋子视为一个
整体,这个整体动量为零,人给衣服或鞋子一个水平速度,总动量
不变,所以人有一个反向的速度,可以离开冰面;人给衣服或鞋子
一个竖直方向的速度,水平方向的总动量仍然等于零,所以人仍然
静止,不能离开冰面,故C正确,D错误。]
7.A [以炮弹和炮车组成的系统为研究对象,根据题意可知,炮弹
离开炮口时,炮弹和炮车在水平方向上受到的外力相对于内力可
忽略不计,则系统在水平方向上动量守恒。以炮车后退的方向为
正方向,在水平方向上,由动量守恒定律有 Mv-mv0cosα=0,解
得v=mv0cosαM
,故选A。]
8.D [以导弹飞行的方向为正方向,导弹被战斗机释放后喷出燃气
瞬间,根据动 量 守 恒 定 律 得 Mv0=(M-m)v-mv1,解 得v=
Mv0+mv1
M-m
,故选D。]
9.D [“水火箭”的推力来源于“水火箭”里喷出的水对它的反作用
力,故A错误;水喷出的过程中,瓶内气体做功,“水火箭”和水机
械能不守恒,故B错误;设“水火箭”获得的最大速度为v,由动量
守恒定律可得(M-m)v=mv0,v=
mv0
M-m
,故C错误;水喷出后,
“水火箭”做竖直上抛运动,由题意有v2=2gh,h=
mv0
M-m
2
2g =
m2v02
2g(M-m)2
,故D正确。]
10.D [单位换算5min=300s,该航天员在喷出气体后的最小速度
为v=xt =0.2m
/s,根据动量守恒定律得 Mv=mv0,代入题中数
据解得m=0.40kg,故选D。]
11.B [对该女子和竹竿组成的系统,可看成人船模型,所以m1x1=
m2x2。已知x1=0.4m,x2=0.72m,代入数据可得该女子的质
量为m1=45kg,故选B。]
12.D [下滑过程中小滑块和斜面体组成的系统的机械能守恒,滑
块的机械能不守恒,选项 A错误;小滑块下滑过程中,两物体组
成的系统水平方向所受合外力为零,则水平方向动量守恒,竖直
方向动量不守恒,则系统动量不守恒,选项B错误;设小滑块到达
斜面底端时,斜面体水平向右运动的距离为x,则由水平动量守
恒可知 Mx=m(L-x),解得x= mLM+m
,小滑块水平向左运动的
距离为s=L-x= MLM+m
,选项C错误,D正确。]
【探究·一举突破】
探究路径 (1)因为小孩与小船组成的系统动量守恒,当小孩向左
运动时,小船向右运动。设小孩的速度v的方向为正方向,当小孩
速度为v时,mv-Mv'=0,解得v'=mvM
。
(2)由人船系统始终动量守恒可知
mv-Mv'=0,故当小孩的位移大小为x时,有 mx-Mx'=0,解
得x'=mxM
。
(3)小孩和小船的位移大小与两者质量成反比,即xx'=
M
m
。
(4)x+x'=L,解得x= MM+mL
。
【综合·一练到底】
13.BD [从A刚接触弹簧至弹簧再次恢复原长的过程中,两物体和
弹簧组成的系统动量守恒、机械能守恒,以水平向右为正方向,由
动量 守 恒 定 律 得 mv0 =mvA +2mvB,由 机 械 能 守 恒 定 律 得
1
2mv0
2=12mvA
2+12×2mvB
2,联立解得vA=-
1
3v0
,vB=
2
3
v0,故A错误;两物体速度相等时弹簧压缩量最大,弹簧弹性势能
最大,系统动量守恒,以水平向右为正方向,由动量守恒定律得
mv0=(m+2m)v,由机械能守恒定律得
1
2mv0
2=12
(m+2m)v2
+Epm,联立解得Epm=
1
3mv0
2,故B正确;从A刚接触弹簧到弹
簧再次恢复原长的过程,A的动量变化量为 Δp=mvA-mv0=
-43mv0
,则其大小为4
3mv0
,故C错误;物体A与弹簧接触后做
减速运动,B做加速运动,弹簧压缩量增大,弹簧弹力变大,B的
加速度变大;当A、B两物体速度相等时弹簧压缩量最大,然后弹
簧逐渐恢复原长,弹簧弹力减小,B的加速度减小,B继续做加速
运动,则整个过程B先做加速度增大的加速运动,后做加速度减
小的加速运动,故D正确。]
14.解析 (1)红色冰壶从P 点推出后,从 P 到A 点由动能定理得
-μmgl=0-
1
2mv0
2
解得冰壶与冰面间的动摩擦因数μ=0.02
(2)设红壶碰撞后瞬间速度为v1,黄壶碰撞后瞬间速度为v2,由
动能定理得
-μmglAB=0-
1
2mv1
2,
-μmglAC=0-
1
2mv2
2
解得v1=1.2m/s,v2=0.6m/s
黄壶与红壶的碰撞过程由动量守恒定律得
mv=mv1+mv2
解得黄壶与红壶碰撞前瞬间速度大小为v=1.8m/s
(3)黄壶与红壶碰撞前的动能
Ek=
1
2mv
2=12×20×1.8
2J=32.4J
黄壶与红壶碰撞后的总动能
Ek'=
1
2mv1
2+12mv2
2=12×20×
(1.22+0.62)J=18J
则Ek>Ek'
所以黄壶与红壶的碰撞是非弹性碰撞。
答案 (1)0.02 (2)1.8m/s (3)非弹性碰撞,理由见解析
15.解析 (1)取水平向右为正方向,设当小球到达最低点时其速度
大小为v1,此时小车的速度大小为v2,根据动量守恒定律与能量
守恒定律得0=Mv2-mv1,mgl=
1
2mv1
2+12Mv2
2
解得v1=
2Mgl
M+m
(2)当小球到达最低点时,设小球向左移动的距离为x1,小车向
右移动的距离为x2,根据动量守恒定律有:m
x1
t =M
x2
t
,而且x1
+x2=l
解得:x2=
ml
M+m
。
答案 (1) 2MglM+m
(2)mlM+m
【选做·一飞冲天】
解析 (1)对A、B系统,A、B速度相同时,弹簧被压缩到最短,根
据动量守恒定律有mAv0=(mA+mB)v1
代入数据可得v1=1m/s
(2)B一直加速,弹簧恢复原长时,B的速度最大,
根据动量守恒定律和能量守恒定律有
mAv0=mAvA+mBvB
1
2mAv0
2=12mAvA
2+12mBvB
2
代入数据可得vB=2m/s
则弹簧给滑块B的冲量大小
I=Δp=mBvB=4N·s
(3)滑块A 的动能最小时,即vA2=0,
根据动量守恒定律有mAv0=mAvA2+mBvB2
代入数据可得vB2=1.5m/s
根据能量守恒定律有
Ep=
1
2mAv0
2-12mBvB2
2=2.25J
(4)弹簧被压缩到最短时,B速度为v1=1m/s,此时B与C发生完
全非弹性碰撞,对B、C组成的系统,由动量守恒定律得 mBv1=
(mB+mC)v2
代入数据可得v2=0.5m/s
B与C发生完全非弹性碰撞,有机械能损失,损失的系统机械能为
ΔE=12mBv1
2-12
(mB+mC)v22=0.5J。
答案 (1)1m/s (2)4N·s (3)2.25J (4)0.5m/s 0.5J
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