内容正文:
— 14 —
第四周 动量和能量的综合应用
(时间:45分钟 分值:100分)
周推好题 第10题以物块弹簧模型和板块模型为例,综合考查学生应用力学三大规律解
决多过程多物 体 问 题。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 弹簧—小球(物块)模型
1.如图所示,P物体与一个连着水平弹簧的Q物体正碰,碰撞后P物体静止,Q物
体以P物体碰撞前速度v离开,已知P与Q质量相等,弹簧质量忽略不计,那么
当弹簧被压缩至最短时,下列结论中正确的是 ( )
A.P的速度恰好为零 B.P与Q具有相同速度
C.Q刚开始运动 D.Q的速度等于v
2.(多选)(2025·广州市第四中学高二期中)如图甲所示,在光滑水平面上,水平轻质弹簧右端固
定,物体A以速度v0 向右运动压缩弹簧,测得弹簧的最大压缩量为x。现让弹簧右端连接另一质
量为m 的物体B(如图乙所示),物体A以2v0 的速度向右压缩弹簧,测得弹簧的最大压缩量仍为
x,则 ( )
A.物体A 的质量为3m B.物体A 的质量为2m
C.弹簧压缩量最大时的弹性势能为32mv0
2 D.弹簧压缩量最大时的弹性势能为mv02
3.(多选)(2025·北京市师大附中高二期末)如图所示,在光滑的水平面上放有
两个小球A和B,其质量mA=1kg、mB=4kg,B球上固定一水平轻质弹簧。
若A球以速率v=4m/s向右运动去碰撞静止的B球,下列说法正确的是 ( )
A.A、B两球在碰撞过程中的加速度都是先增大后减小
B.弹簧最大的弹性势能为6.4J
C.碰撞结束时,小球A将向左运动
D.碰撞结束时,B球速度大小为3.2m/s
考点二 滑块—斜(曲)面模型
4.(多选)(2025·南充市嘉陵一中高二月考)如图所示,小车的上表面由中间突出
的两个对称的曲面组成。整个小车的质量为m,原来静止在光滑的水平面上。
现有一可视为质点的小球,质量也为m,以水平速度v从左端滑上小车,恰好到
达小车的最高点后,又从另一个曲面滑下。重力加速度为g,下列说法正确的是 ( )
A.小球滑离小车时,小车又回到了原来的位置
B.小球在滑上曲面的过程中,小车的动量变化是12mv
C.小球和小车作用前后,小车和小球的速度一定变化
D.车上曲面的竖直高度不会大于v
2
4g
5.(多选)(2025·淄博市实验中学高二期中)如图所示,足够长的光滑水平面
上静止一质量为3m 的弧形槽,弧形槽和水平面平滑连接,质量为m 的滑
块(可视为质点),从距离水平面高度为h的A 点由静止沿弧形槽滑下,之
后被水平轻质弹簧反向弹出,不计一切阻力及能量损失、重力加速度的大小为g。以下说法正确
的是 ( )
A.滑块沿弧形槽下滑过程中,二者组成的系统动量守恒,机械能也守恒
B.弹簧获得的最大弹性势能为34mgh
C.滑块沿弧形槽上升的最大高度等于h4
D.滑块再一次离开弧形槽后,不可能和弹簧发生作用
考点三 子弹打木块模型
6.(2025·佛山市郑裕彤中学高二月考)如图所示,相互接触不粘连的质量均为m的木
块A、B静止放置在光滑水平面上,现有一子弹水平穿过两木块,设子弹穿过木块
A、B的时间分别为t1 和t2,木块对子弹水平方向的作用力恒为Ff,则下列说法正确的是 ( )
A.t1 时间内,子弹的动量变化量大于A的动量变化量
B.t2 时间内,子弹的动量变化量大于B的动量变化量
C.t1 时间内,子弹和A的总动量守恒
D.t2 时间内,子弹和B的总机械能守恒
7.(2025·佳木斯市第一中学期末)质量为 M 的均匀木块静止在光滑水平面上,
木块左右两侧各有一位拿着完全相同步枪和子弹的射击手。首先左侧射手开
枪,子弹水平射入木块的最大深度为d1,然后右侧射手开枪,子弹水平射入木块的最大深度为d2,
如图所示。设子弹均未射穿木块,且两颗子弹与木块之间的作用力大小均相同。当两颗子弹均
相对木块静止时,下列说法中正确的是 ( )
A.最终木块静止,d1=d2 B.最终木块向右运动,d1<d2
C.最终木块向左运动,d1=d2 D.最终木块静止,d1<d2
8.(2025·广东省华侨中学期中)如图所示,两个质量和速度均相同的子弹分别
水平射入静止在光滑水平地面上质量相同、材料不同的两矩形滑块 A、B中,
射入A中的深度是射入B中深度的两倍。上述两种射入过程相比较 ( )
A.射入滑块A的子弹速度变化大
B.整个射入过程中两滑块受到的冲量一样大,滑块对子弹的平均阻力一样大
C.射入滑块A中时阻力对子弹做功是射入滑块B中时的两倍
D.两个过程中系统产生的热量相同
考点四 滑块—木板模型
9.(多选)(2025·云南凤庆县第一中学期中)如图所示,光滑水平地面上并排
放置着质量分别为m1=1kg、m2=2kg的木板,一质量为M=2kg、大小可
忽略的滑块以初速度v0=10m/s从两木板左侧滑上第一块木板,当滑块滑
离第一块木板时,滑块的速度大小为v1=7m/s,滑块最终与第二块木板相对静止,则下列说法正
确的是 ( )
A.第一块木板最终的速度大小为2m/s B.第一块木板最终的速度大小为1m/s
C.滑块最终的速度大小为4.5m/s D.第二块木板最终的速度大小为3m/s
10.(多选)(2025·朝阳市高二期末)如图甲所示,光滑水平面上放着长木板B,质量为m=2kg的木
块A以速度v0=2m/s滑上原来静止的长木板B的上表面,由于A、B之间有摩擦,之后,A、B
的速度随时间变化情况如图乙所示,重力加速度g=10m/s2。下列说法正确的是 ( )
A.A、B之间的动摩擦因数为0.1 B.长木板的质量 M=2kg
C.长木板长度至少为2m D.A、B组成的系统损失的机械能为4J
11.(多选)(2025·佛山市三水中学高二统测)如图,长度l=1m,质量 M=1kg
的车厢,静止于光滑的水平面上。车厢内有一质量为m=1kg、可视为质点的
物块以速度v0=10m/s从车厢中点处向右运动,与车厢壁来回弹性碰撞n次
— 13 —
— 16 —
后,与车厢相对静止,物块与车厢底板间的动摩擦因数为μ=0.1,重力加速度g=10m/s
2。下列
说法正确的是 ( )
A.n=26
B.系统因摩擦产生的热量为25J
C.物块最终停在车厢右端
D.车厢最终运动的速度为5m/s,方向水平向右
12.(2025·深圳市高二期中)如图所示,质量为m1=0.3kg的小车静止在光
滑的水平面上,车长L=1.5m,现有质量为m2=0.2kg、可视为质点的物
块,以水平向右的速度v0=2m/s从左端滑上小车,最后在车面上某处与
小车保持相对静止,物块与车面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s
2。求:
(1)小车最终速度大小v;
(2)物块在车面上滑行的时间t;
(3)要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度v0'不超过多少。
【探究·一举突破】(共15分)
探究主题 探究滑块—斜(曲)面模型
如图所示,小球A以速度v0 滑上静置于光滑水平面上的光滑圆弧轨道
B。已知小球在上升过程中始终未能冲出圆弧,试分析:
探究问题:
(1)在相互作用的过程中,小球A和轨道B组成的系统机械能是否守恒? 总动量是否守恒?
(2)小球到达最高点时,小球与轨道的速度有什么关系?
(3)什么时候轨道B的速度达到最大?
(4)小球离开轨道瞬间系统总动量、系统机械能与初始状态有怎样的关系? 试列式说明。
【综合·一练到底】(共35分)
13.(18分)(2025·佛山市三水中学高二月考)如图所示,一颗质量为0.01kg
的子弹(可视为质点),沿水平方向射向静止在光滑水平桌面上的木块,木块
的质量为0.2kg,长度为10cm,子弹射入前速度为200m/s,穿出木块时速度减为100m/s,已
知子弹穿过木块过程中木块对子弹的阻力不变,求:
(1)木块获得的速度大小;
(2)此过程中,木块对子弹的阻力大小;
(3)子弹穿过木块过程所用时间。
14.(17分)(2025·广州华南师大附中高二月考)如图所示,质量mA=3kg的
木板A和质量mB=1kg的光滑
1
4
圆弧槽B静置在光滑水平面上,A和B
接触但不粘连,B左端与A上表面相切。质量mC=2kg的小滑块C以一水平向右的初速度从
木板A的左端滑上木板,当C离开A时,C的速度大小vC=4m/s,C滑上圆弧槽B后,恰好能
到达B的最高点,此时B的速度大小vB=3m/s。已知A、C间的动摩擦因数μ=0.4,重力加速
度g取10m/s2。求:
(1)当C刚滑上A时,A的加速度大小a;
(2)当C离开A时,B的速度大小vB';
(3)A的长度L。
【选做·一飞冲天】(尖子生选做)
(2025·佛山市顺德区郑裕彤中学高二月考)如图所示,质量mC=4.5kg的
长木板C静止在光滑的水平面上,长木板C右端与竖直固定挡板相距x0,
左端放一个质量mB=3.0kg的小物块B(可视为质点),与长木板C间的动
摩擦因数为μ=0.05。在小物块B的正上方,用不可伸长、长度l=0.8m
的轻绳将质量mA=1.0kg的小球A悬挂在固定点O。初始时,将轻绳拉直并处于水平状态,使
小球A与O点等高,由静止释放。当小球A下摆至最低点时恰好与小物块B发生碰撞(碰撞时
间极短),之后二者没有再发生碰撞。已知A、B之间以及C与挡板之间的碰撞均为弹性碰撞,重
力加速度取g=10m/s2,不计空气阻力。
(1)小球A与小物块B碰后瞬间,求小物块B的速度大小;
(2)为保证长木板C与竖直挡板碰撞时B、C能共速,求x0 应满足的条件;
(3)在(2)问的前提下,若木板C与竖直挡板碰撞后B、C能再次共速,求长木板的最短长度。
【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
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—86 —
第四周 动量和能量的综合应用
【考点·一应俱全】
1.B [P物体接触弹簧后,在弹簧弹力的作用下,P物体做减速运
动,Q物体做加速运动,P、Q间的距离减小,当P、Q两物体速度相
同时,弹簧被压缩到最短,故B正确,A、C错误;由于作用过程中
动量守恒,设P、Q两物体共速时速度为v',则 mv=(m+m)v',所
以弹簧被压缩至最短时,P、Q的速度v'=v2
,故D错误。]
2.AC [对题图甲,设物体A的质量为 M,由机械能守恒定律可得,
弹簧压缩x时弹性势能Ep=
1
2Mv0
2;对题图乙,物体A以2v0 的
速度向右压缩弹簧,A、B组成的系统动量守恒,弹簧达到最大压缩
量时,A、B速度相等,由动量守恒定律有 M·2v0=(M+m)v,由
能量守恒定律有Ep=
1
2M
(2v0)2-
1
2
(M+m)v2,解得 M=3m,
Ep=
3
2mv0
2,选项A、C正确,B、D错误。]
3.ABC [A、B两球在碰撞过程中弹簧先被压缩,当两球速度相等时
弹簧被压缩到最短,然后弹簧再次回到原长,故弹簧的形变量先增
大后减小,则弹簧的弹力先增大后减小,两球所受的合外力都为弹
簧弹力,故两球的加速度都是先增大后减小,故A正确;当A、B速
度相等时弹簧的弹性势能达到最大,设此时共同速度为v3,由动量
守恒及能量守恒分别可得 mAv=(mA+mB)v3,ΔEp=
1
2mAv
2-
1
2
(mA+mB)v32,联立解得ΔEp=6.4J,B正确;当弹簧恢复原长
时,碰撞结束,设此时A、B的速度分别为v1、v2,规定向右为正方
向,由动量守恒及能量守恒分别可得 mAv=mAv1+mBv2,
1
2mAv
2
=12mAv1
2+12mBv2
2,联立解得v1=-2.4m/s,v2=1.6m/s,碰
撞结束时,小球A向左运动,B球速度大小为1.6m/s,C正确,D
错误。]
4.BD [小球滑上曲面的过程,小车向右运动,小球从另一曲面滑下
时,小车仍继续前进,不会回到原位置,故 A错误;小球恰好到最
高点时两者有共同速度,对于车和球组成的系统,取水平向右为正
方向,由水平方向动量守恒得 mv=2mv1,得共同速度v1=
v
2
,小
车动量的变化Δp=mv1-0=
mv
2
,故B正确;小球恰好到达小车最
高点时,小球与小车的速度是相同的,由于系统水平方向动量守
恒,若曲面光滑,则系统机械能守恒,所以相互作用结束后,可能小
车的速度仍然等于0,小球的速度仍然等于v,故C错误;如果曲面
光滑,则车和球组成的系统机械能守恒,有1
2mv
2=12×2mv1
2+
mgh,解得h=v
2
4g
,如果曲面粗糙,因摩擦生热,减少的动能还有一
部分转化成内能,小球能上升的高度还要更小些,故D正确。]
5.BCD [滑块沿弧形槽下滑过程中,竖直方向合力不为零,二者组
成的系统动量不守恒,只有弹力和重力做功,机械能守恒,故 A错
误;系统水平方向动量守恒mv1=3mv2,
机械能守恒mgh=12mv1
2+12×3mv2
2,
解得v1=
3
2gh
,v2=
1
3
3
2gh
,
弹簧获得的最大弹性势能为Epm=
1
2mv1
2=34mgh
,故B正确;
滑块被弹簧反弹后,弧形槽和滑块再次共速时,滑块沿弧形槽上升
的高度最大,mv1+3mv2=(m+3m)v,
1
2mv1
2+12×3mv2
2-12
(m+3m)v2=mgh',解得滑块沿弧形槽
上升的最大高度h'=h4
,故C正确;
滑块再一次离开弧形槽时,
有mv1+3mv2=mv1'+3mv2',
1
2mv1
2+12×3mv2
2=12mv1'
2+12×3mv2'
2,
解得v1'=0,v2'=
2
3
3
2gh
,
所以滑块再 一 次 离 开 弧 形 槽 后,不 可 能 和 弹 簧 发 生 作 用,故 D
正确。]
6.A [t1 时间内,子弹推动两个木块一起运动,所以子弹和木块 A、
B的动量守恒m子 v0=m子 v1+(mA+mB)v2,即 m子 v0-m子 v1=
(mA+mB)v2,子弹的动量变化量等于木块 A、B整体的动量变化
量,所以子弹的动量变化量大于A的动量变化量,A正确,C错误;
t2 时间内,子 弹 和 木 块 B的 动 量 守 恒 m子 v1+mBv2=m子 v3+
mBv4,即m子 v1-m子 v3=mBv4-mBv2,子弹的动量变化量等于B
的动量变化量,B错误;t2 时间内,子弹穿过B的过程中,有热量产
生,所以此过程中机械能不守恒,D错误。]
7.D [设子弹的速度为v0,子弹的质量为 m,左侧子弹射入木块后
与木块共同运动的速度为v1,由动量守恒定律可得mv0=(M+m)
v1,设子弹与木块之间的作用力大小为Ff,根据能量守恒定律可得
Q=Ffd1=
1
2mv0
2-12
(M+m)v12,当右侧子弹射入木块后,设最
后的共同速度为v2,根据动量守恒可得(M+m)v1-mv0=(M+
2m)v2,解得v2=0,根据能量守恒定律可得Q'=Ffd2=
1
2mv0
2+
1
2
(M+m)v12-
1
2
(M+2m)v22=
1
2mv0
2+12
(M+m)v12,联立
可知d1<d2,故选D。]
8.D [根据动量守恒定律可得mv0=(m+M)v,可知两种情况下滑
块和子弹的共同速度相同,两颗子弹速度变化相同,故 A错误;两
滑块的动量Δp=Mv变化相同,受到的冲量相同,由Q=12mv0
2
-12
(m+M)v2=F阻 ·s,子弹射入 A中的深度是射入B中深度
的两倍,射入滑块A中时子弹所受平均阻力是射入滑块B中时的
1
2
,故B错误;射入滑块A中时阻力对子弹做功Wf=
1
2mv
2-12
mv02 与射入滑块B中时阻力对子弹做功相等,故C错误;由Q=
1
2mv0
2-12
(m+M)v2 可知,两个过程中系统产生的热量相同,
故D正确。]
9.AC [滑块和两块木板组成的系统在水平方向上不受外力,所以
系统动量守恒,设滑块刚滑到第二块木板上时,两块木板的速度均
为v2,由动量 守 恒 定 律 得 Mv0=Mv1+(m1+m2)v2,解 得v2=
2m/s,方向与滑块初速度方向相同,故 A正确,B错误;以滑块与
第二块木板为研究对象,设第二块木板的最终速度为v3,由动量守
恒定律得 Mv1+m2v2=(M+m2)v3,解得v3=4.5m/s,方向与滑
块初速度方向相同,故C正确,D错误。]
10.AB [从题图乙可以看出,A先做匀减速运动,B做匀加速运动,
最后一起做匀速运动,共同速度为v=1m/s,取向右为正方向,
根据动量守恒定律得mv0=(m+M)v,解得 M=2kg,故B正确;
由题图乙可知,木板B匀加速运动的加速度为a=ΔvΔt=1m
/s2,
对B,根据牛顿第二定律得μmg=Ma,解得动摩擦因数 为μ=
0.1,故A正确;由题图乙可知前1s内B的位移为xB=
1
2×1×
1m=0.5m,A的位移为xA=
2+1
2 ×1m=1.5m
,所以木板最小
长度为L=xA-xB=1m,故C错误;A、B组成的系统损失的机
械能为ΔE=12mv0
2-12
(m+M)v2=2J,故D错误。]
11.BD [由动量守恒定律得mv0=(m+M)v,解得车厢和小物块最
终运动的共同速度为v=5m/s,方向水平向右,对系统由能量守
恒定律得1
2mv0
2=12
(M+m)v2+Q,代入数据解得系统因摩擦
产生的热量为Q=25J,故B、D正确;根据Q=μmgs,可得物块在
车厢中相对车厢滑行的距离s= Q
μmg
=25m,与车厢壁来回弹性
碰撞次数n=sl =25
次,因此可知物块最终停在车厢中点处,故
A、C错误。]
12.解析 (1)物块与小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
m2v0=(m1+m2)v
代入数据解得v=0.8m/s
(2)对小车,由动量定理得μm2gt=m1v
代入数据解得t=0.24s
(3)设物块不滑离小车且恰好到达小车的右端时物块滑上小车的
速度大小为v0',物块与小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
m2v0'=(m1+m2)v',由能量守恒定律得
1
2m2v0'
2=12
(m1+m2)v'2+μm2gL
代入数据解得v0'=5m/s。
答案 (1)0.8m/s (2)0.24s (3)5m/s
【探究·一举突破】
探究路径 (1)整个过程中小球和轨道组成的系统的机械能守恒;
系统水平方向动量守恒,竖直方向上动量不守恒,故总动量不
守恒。
(2)当小球上升到最高点时,小球和轨道的速度相同。
(3)小球从左侧离开轨道时,轨道的速度最大。
(4)设小球离开轨道时的速度为v1,轨道的速度为v2,小球质量为
m1,轨道质量为m2,则由动量守恒定律有:m1v0=m1v1+m2v2
根据机械能守恒定律有:
1
2m1v0
2=12m1v1
2+12m2v2
2
【综合·一练到底】
13.解析 (1)子弹与木块组成的系统动量守恒,
以向右为正方向,
由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2
代入数据解得木块获得的速度大小v2=5m/s
(2)由能量守恒定律得
FfL=
1
2m1v0
2-12m1v1
2-12m2v2
2
代入数据解得Ff=1475N
(3)子弹对木块作用力的冲量等于木块动量变化Ff't=m2v2-0
由牛顿第三定律可知Ff'=Ff
代入数据解得t≈6.78×10-4s。
答案 (1)5m/s (2)1475N (3)6.78×10-4s
14.解析 (1)以A和B为整体,根据牛顿第二定律可得μmCg=(mA
+mB)a
解得C刚滑上A时,A的加速度大小为
a=2m/s2
(2)C刚离开A时,A、B速度相等,为vB';C到达B的最高点时,
B、C有共同速度,为vB=3m/s;对B、C组成的系统,根据水平方
向动量守恒可得
mCvC+mBvB'=(mB+mC)vB
解得C离开A时,B的速度大小为
vB'=1m/s
(3)从 C刚 滑 上 A到 滑 离 A,根 据 系 统 动 量 守 恒 可 得 mCv0=
mCvC+(mA+mB)vB'
解得v0=6m/s
根据能量守恒定律可得
1
2mCv0
2=μmCgL+
1
2
(mA+mB)vB'2+
1
2mCvC
2
解得A的长度为L=2.25m。
答案 (1)2m/s2 (2)1m/s (3)2.25m
【选做·一飞冲天】
解析 (1)小球A由静止到最低点的过程,
根据机械能守恒定律有mAgl=
1
2mAv0
2
解得v0= 2gl=4.0m/s
设小球A与小物块B发生弹性碰撞后的速度分别为vA、vB,
根据动量守恒定律有mAv0=mAvA+mBvB
碰撞前后根据机械能守恒定律有
1
2mAv0
2=12mAvA
2+12mBvB
2
联立解得vB=
2mA
mA+mB
v0=2.0m/s
(2)设B、C获得共同速度为v1,
以水平向右为正方向,
由动量守恒定律有mBvB=(mB+mC)v1
代入数据解得v1=0.8m/s
若B、C共速时C刚好运动到挡板处,
对C应用动能定理有μmBgx0=
1
2mCv1
2-0
代入数据解得x0=0.96m
则保证C运动到竖直挡板前B、C能够共速,
x0 应满足的条件是x0≥0.96m
(3)第一次共速过程中,由能量守恒定律有
μmBgL1=
1
2mBvB
2-12
(mB+mC)v12
长木板C与挡板碰后速度大小不变,方向反向,
设B、C第二次获得共同速度为v2,
以水平向左为正方向,
由动量守恒定律有mCv1-mBv1=(mB+mC)v2
由能量守恒定律有
μmBgL2=
1
2mBv1
2+12mCv1
2-12
(mB+mC)v22
长木板的最短长度为L=L1+L2
联立解得L=3.936m。
答案 (1)2.0m/s (2)x0≥0.96m (3)3.936m
第五周 简谐运动及描述简谐运动的回复力和能量
【考点·一应俱全】
1.D [做简谐运动的弹簧振子,速度方向与位移方向存在两种可
能,因为位移的方向总是背离平衡位置,所以当振子靠近平衡位置
时,二者方向相反,远离平衡位置时,二者方向相同,故A、B错误;
振子每次经过平衡位置时,速度大小相等,方向不一定相同,但位
移相同,故C错误;振子每次经过同一位置时,位移相同,速度大小
相等,但速度方向可能相同,也可能不同,故D正确。]
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