高中物理动量守恒定律技巧和方法完整版及练习题含解析

高中物理动量守恒定律技巧和方法完整版及练习题含解析

一、高考物理精讲专题动量守恒定律

1．水平放置长为L=4.5m 的传送带顺时针转动，速度为v =3m/s ，质量为m 2=3kg 的小球被长为1l m =的轻质细线悬挂在O 点，球的左边缘恰于传送带右端B 对齐；质量为m 1=1kg 的物块自传送带上的左端A 点以初速度v 0=5m/s 的速度水平向右运动，运动至B 点与球m 2发生碰撞，在极短的时间内以碰撞前速率的

1

2

反弹，小球向右摆动一个小角度即被取走。已知物块与传送带间的滑动摩擦因数为μ=0.1，取重力加速度2

10m/s g =。求：

（1）碰撞后瞬间，小球受到的拉力是多大？

（2）物块在传送带上运动的整个过程中，与传送带间摩擦而产生的内能是多少？ 【答案】（1）42N （2）13.5J 【解析】 【详解】

解：设滑块m1与小球碰撞前一直做匀减速运动，根据动能定理：

22

1111011=22

m gL m v m v μ--

解之可得：1=4m/s v 因为1v v <，说明假设合理

滑块与小球碰撞，由动量守恒定律：21111221

=+2

m v m v m v - 解之得：2=2m/s v

碰后，对小球，根据牛顿第二定律：2

22

2m v F m g l

-=

小球受到的拉力：42N F =

（2）设滑块与小球碰撞前的运动时间为1t ，则()0111

2

L v v t =+ 解之得：11s t =

在这过程中，传送带运行距离为：113S vt m == 滑块与传送带的相对路程为：11 1.5X L X m ?=-=

设滑块与小球碰撞后不能回到传送带左端，向左运动最大时间为2t 则根据动量定理：121112m gt m v μ??-=-?

???

解之得：22s t =

滑块向左运动最大位移：121122m x v t ??

=

?? ???=2m 因为m x L <，说明假设成立，即滑块最终从传送带的右端离开传送带 再考虑到滑块与小球碰后的速度

11

2

v

在滑块与传送带碰撞后的时间内，传送带与滑块间的相对路程

22212X vt m ?==

因此，整个过程中，因摩擦而产生的内能是

()112Q m g x x μ=?+?=13.5J

2．在相互平行且足够长的两根水平光滑的硬杆上，穿着三个半径相同的刚性球A 、B 、C ，三球的质量分别为m A =1kg 、m B =2kg 、m C =6kg ，初状态BC 球之间连着一根轻质弹簧并处于静止，B 、C 连线与杆垂直并且弹簧刚好处于原长状态，A 球以v 0=9m/s 的速度向左运动，与同一杆上的B 球发生完全非弹性碰撞（碰撞时间极短），求：

（1）A 球与B 球碰撞中损耗的机械能； （2）在以后的运动过程中弹簧的最大弹性势能； （3）在以后的运动过程中B 球的最小速度． 【答案】（1）；（2）

；（3）零．

【解析】

试题分析：（1）A 、B 发生完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律有：

碰后A 、B 的共同速度

损失的机械能

（2）A 、B 、C 系统所受合外力为零，动量守恒，机械能守恒，三者速度相同时，弹簧的弹性势能最大

根据动量守恒定律有：

三者共同速度

最大弹性势能

（3）三者第一次有共同速度时，弹簧处于伸长状态，A 、B 在前，C 在后．此后C 向左加速，A 、B 的加速度沿杆向右，直到弹簧恢复原长，故A 、B 继续向左减速，若能减速到零则再向右加速．

弹簧第一次恢复原长时，取向左为正方向，根据动量守恒定律有：

根据机械能守恒定律：

此时A 、B 的速度

，C

的速度

可知碰后A 、B 已由向左的共同速度减小到零后反向加速到向右的

，故B

的最小速度为零 ．

考点：动量守恒定律的应用，弹性碰撞和完全非弹性碰撞．

【名师点睛】A 、B 发生弹性碰撞，碰撞的过程中动量守恒、机械能守恒，结合动量守恒定律和机械能守恒定律求出A 球与B 球碰撞中损耗的机械能．当B 、C 速度相等时，弹簧伸长量最大，弹性势能最大，结合B 、C 在水平方向上动量守恒、能量守恒求出最大的弹性势能．弹簧第一次恢复原长时，由系统的动量守恒和能量守恒结合解答

3．两个质量分别为0.3A m kg =、0.1B m kg =的小滑块A 、B 和一根轻质短弹簧，弹簧的一端与小滑块A 粘连，另一端与小滑块B 接触而不粘连.现使小滑块A 和B 之间夹着被压缩的轻质弹簧，处于锁定状态，一起以速度03/v m s =在水平面上做匀速直线运动，如题8图所示.一段时间后，突然解除锁定（解除锁定没有机械能损失），两滑块仍沿水平面做直线运动，两滑块在水平面分离后，小滑块B 冲上斜面的高度为 1.5h m =.斜面倾角

o 37θ=，小滑块与斜面间的动摩擦因数为0.15μ=，水平面与斜面圆滑连接.重力加速度g 取210/m s .求：（提示：o sin 370.6=，o cos370.8=）

（1）A 、B 滑块分离时，B 滑块的速度大小. （2）解除锁定前弹簧的弹性势能.

【答案】（1）6/B v m s = （2）0.6P E J = 【解析】

试题分析：（1）设分离时A 、B 的速度分别为A v 、B v ， 小滑块B 冲上斜面轨道过程中，由动能定理有：2

cos 1sin 2

B B B B

m gh m gh m v θμθ+?= ① （3分）

代入已知数据解得：6/B v m s = ② （2分）

（2）由动量守恒定律得：0()A B A A B B m m v m v m v +=+ ③ （3分） 解得：2/A v m s = （2分） 由能量守恒得：

222

0111()222

A B P A A B B

m m v E m v m v ++=+ ④ （4分） 解得：0.6P E J = ⑤ （2分）

考点：本题考查了动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律.

4．如图所示，质量分别为m 1和m 2的两个小球在光滑水平面上分别以速度v 1、v 2同向运动，并发生对心碰撞，碰后m 2被右侧墙壁原速弹回，又与m 1碰撞，再一次碰撞后两球都静止．求第一次碰后m 1球速度的大小.

【答案】

【解析】

设两个小球第一次碰后m 1和m 2速度的大小分别为和

，

由动量守恒定律得：（4分） 两个小球再一次碰撞，（4分）

得：

（4分）

本题考查碰撞过程中动量守恒的应用，设小球碰撞后的速度，找到初末状态根据动量守恒的公式列式可得

5．如图所示，固定的凹槽水平表面光滑，其内放置U 形滑板N ，滑板两端为半径R=0．45m 的1/4圆弧面．A 和D 分别是圆弧的端点，BC 段表面粗糙，其余段表面光滑．小滑块P 1和P 2的质量均为m ．滑板的质量M=4m ，P 1和P 2与BC 面的动摩擦因数分别为μ1=0．10和μ2=0．20，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力．开始时滑板紧靠槽的左端，P 2静止在粗糙面的B 点，P 1以v 0=4．0m/s 的初速度从A 点沿弧面自由滑下，与P 2发生弹性碰撞后，P 1处在粗糙面B 点上．当P 2滑到C 点时，滑板恰好与槽的右端碰撞并与槽牢固粘连，P 2继续运动，到达D 点时速度为零．P 1与P 2视为质点，取g=10m/s 2

．问：

（1）P 1和P 2碰撞后瞬间P 1、P 2的速度分别为多大？ （2）P 2在BC 段向右滑动时，滑板的加速度为多大？ （3）N 、P 1和P 2最终静止后，P 1与P 2间的距离为多少？

【答案】（1）1

0v '=、25m/s v '= （2）220.4m/s a = （3）△S=1．47m 【解析】

试题分析：（1）P 1滑到最低点速度为v 1，由机械能守恒定律有：220111

22

mv mgR mv += 解得：v 1=5m/s

P 1、P 2碰撞，满足动量守恒，机械能守恒定律，设碰后速度分别为1v '、2v ' 则由动量守恒和机械能守恒可得：11

2mv mv mv ''=+ 22211

2111

222mv mv mv ''=+ 解得：1

0v '=、25m/s v '= （2）P 2向右滑动时，假设P 1保持不动，对P 2有：f 2=μ2mg=2m （向左） 设P 1、M 的加速度为a 2；对P 1、M 有：f=（m+M ）a 2

2220.4m/s 5f m

a m M m

=

==+ 此时对P 1有：f 1=ma 2=0．4m ＜f m =1．0m ，所以假设成立． 故滑块的加速度为0．4m/s 2

；

（3）P 2滑到C 点速度为2v '，由22

1

2

mgR mv '= 得2

3m/s v '= P 1、P 2碰撞到P 2滑到C 点时，设P 1、M 速度为v ，由动量守恒定律得：

22

()mv m M v mv '=++ 解得：v=0．40m/s 对P 1、P 2、M 为系统：2222

11

()22

f L mv m M v '=++ 代入数值得：L=3．8m

滑板碰后，P 1向右滑行距离：2

110.08m 2v s a ==

P 2向左滑行距离：22

22

2.25m 2v s a '==

所以P 1、P 2静止后距离：△S=L-S 1-S 2=1．47m

考点：考查动量守恒定律；匀变速直线运动的速度与位移的关系；牛顿第二定律；机械能守恒定律．

【名师点睛】本题为动量守恒定律及能量关系结合的综合题目，难度较大；要求学生能正确分析过程，并能灵活应用功能关系；合理地选择研究对象及过程；对学生要求较高．

6．如图，质量分别为

、

的两个小球A 、B 静止在地面上方，B 球距地面的高度

h=0.8m ，A 球在B 球的正上方． 先将B 球释放，经过一段时间后再将A 球释放． 当A 球下落t=0.3s 时，刚好与B 球在地面上方的P 点处相碰，碰撞时间极短，碰后瞬间A 球的速度恰为零．已知，重力加速度大小为

，忽略空气阻力及碰撞中的动

能损失．

（i ）B 球第一次到达地面时的速度； （ii ）P 点距离地面的高度． 【答案】4/B v m s =0.75p h m = 【解析】

试题分析：（i ）B 球总地面上方静止释放后只有重力做功，根据动能定理有

21

2

B B B m gh m v =

可得B 球第一次到达地面时的速度24/B v gh m s =

（ii ）A 球下落过程，根据自由落体运动可得A 球的速度3/A v gt m s == 设B 球的速度为'B v ， 则有碰撞过程动量守恒

'''A A B B B B m v m v m v +=

碰撞过程没有动能损失则有

222111

'''222

A A

B B B B m v m v m v += 解得'1/B v m s =，''2/B v m s =

小球B 与地面碰撞后根据没有动能损失所以B 离开地面上抛时速度04/B v v m s ==

所以P 点的高度22

0'0.752B p v v h m g

-=

= 考点：动量守恒定律 能量守恒

7．氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材等建筑材料．呼吸时氡气会随气体进入肺脏，氡衰变时放出α射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等．若有一静止的氡核22286Rn 发生α衰变，放出一个速度为0v 、质量为m 的α粒子和一个质量为M 的反冲核钋

21884

Po 此过程动量守恒，若氡核发

生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。 （1）写衰变方程；

（2）求出反冲核钋的速度；(计算结果用题中字母表示)

（3）求出这一衰变过程中的质量亏损。(计算结果用题中字母表示)

【答案】（1）2222184

86842Rn Po He →+；（2）0

mv v M

=-

，负号表示方向与α离子速度方向相反；（3）()2

02

2M m mv m Mc +?=

【解析】 【分析】 【详解】

（1）由质量数和核电荷数守恒定律可知，核反应方程式为

222

218

486

842Rn Po+He →

（2）核反应过程动量守恒，以α离子的速度方向为正方向 由动量守恒定律得

00mv Mv +=

解得0

mv v M

=-

，负号表示方向与α离子速度方向相反 （3）衰变过程产生的能量

()2

22011222M m mv E mv Mv M

+?=+=

由爱因斯坦质能方程得

2E mc ?=?

解得

()2

02

2M m mv m Mc

+?=

8．如图，两块相同平板P 1、P 2置于光滑水平面上，质量均为m ＝0.1kg ．P 2的右端固定一轻质弹簧，物体P 置于P 1的最右端，质量为M ＝0.2kg 且可看作质点．P 1与P 以共同速度v 0＝4m/s 向右运动，与静止的P 2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P 1与P 2粘连在一起，P 压缩弹簧后被弹回(弹簧始终在弹性限度内)．平板P 1的长度L ＝1m ，P 与P 1之间的动摩擦

因数为μ＝0.2，P 2上表面光滑．求：

(1)P 1、P 2刚碰完时的共同速度v 1； (2)此过程中弹簧的最大弹性势能E p ．

(3)通过计算判断最终P 能否从P 1上滑下，并求出P 的最终速度v 2． 【答案】(1)v 1=2m/s (2)E P =0.2J (3)v 2=3m/s 【解析】 【分析】 【详解】

（1）P 1、P 2碰撞过程，由动量守恒定律 01m 2v mv = 解得0

12/2

v v m s =

=，方向水平向右 ； （2）对P 1、P 2、P 系统，由动量守恒定律 102

2(2)mv Mv m M v '+=+ 解得2

03

3/4

v v m s ='=，方向水平向右， 此过程中弹簧的最大弹性势能22

2102

111?2+Mv 2m )0.2222

P E mv M v J =

-='+（； （3）对P 1、P 2、P 系统，由动量守恒定律 103222mv Mv mv Mv +=- 由能量守恒定律得

2222

103211112+Mv 2mv +Mg 2222

mv Mv L ?=?+μ 解得P 的最终速度23/0v m s =>，即P 能从P 1上滑下，P 的最终速度23/v m s =

9．如图所示，光滑半圆形轨道MNP 竖直固定在水平面上，直径MP 垂直于水平面，轨道半径R ＝0.5 m ．质量为m 1的小球A 静止于轨道最低点M ，质量为m 2的小球B 用长度为2R 的细线悬挂于轨道最高点P ．现将小球B 向左拉起，使细线水平，以竖直向下的速度v 0＝4 m/s 释放小球B ，小球B 与小球A 碰后粘在一起恰能沿半圆形轨道运动到P 点．两球可视为质点，g ＝10 m/s 2，试求：

(1)B 球与A 球相碰前的速度大小； (2)A 、B 两球的质量之比m 1∶m 2．

【答案】(1) 6 m/s(2) 1∶5 【解析】 试题分析:

B 球与A 球碰前的速度为v 1，碰后的速度为v 2 B 球摆下来的过程中机械能守恒，

解得

m/s

碰后两球恰能运动到P 点

得v p =gR =5 碰后两球机械能守恒

得v 2=5m/s

两球碰撞过程中动量守恒 m 2v 1=(m 1+m 2)v 2 解得m 1:m 2=1:5

考点： 机械能守恒定律，动量守恒定律．

10．光滑水平面上放着一质量为M 的槽，槽与水平面相切且光滑，如图所示，一质量为m 的小球以v 0向槽运动．

（1）若槽固定不动，求小球上升的高度（槽足够高）． （2）若槽不固定，则小球上升多高？

【答案】（1）202v g （2）20

2()Mv M m g

+

【解析】

（1）槽固定时，设球上升的高度为h 1，由机械能守恒得：21012

mgh mv =

解得：20

12v h g

=；

（2）槽不固定时，设球上升的最大高度为2h ，

此时两者速度为v ，由动量守恒定律得：()0mv m M v =+ 再由机械能守恒定律得：

()220211

22

mv m M v mgh =++

联立解得，上球上升的高度：()20

22Mv h m M g

=+

11．（20分）如下图所示，光滑水平面MN 左端挡板处有一弹射装置P ，右端N 与处于同一高度的水平传送带之间的距离可忽略，传送带水平部分NQ 的长度L=8m ，皮带轮逆时针转动带动传送带以v = 2m/s 的速度匀速转动。MN 上放置两个质量都为m = 1 kg 的小物块A 、B ，它们与传送带间的动摩擦因数μ = 0.4。开始时A 、B 静止，A 、B 间压缩一轻质弹簧，其弹性势能E p = 16 J 。现解除锁定，弹开A 、B ，并迅速移走弹簧。取g=10m/s 2

。

（1）求物块B 被弹开时速度的大小；

（2）求物块B 在传送带上向右滑行的最远距离及返回水平面MN 时的速度v B ′； （3）A 与P 相碰后静止。当物块B 返回水平面MN 后，A 被P 弹出，A 、B 相碰后粘接在一起向右滑动，要使A 、B 连接体恰好能到达Q 端，求P 对A 做的功。 【答案】（1） 4.0/B v m s =（2）'2/B v m s =（3）162 W J ＝ 【解析】

试题分析：（1）（6分）解除锁定弹开AB 过程中，系统机械能守恒：

2

B 2A p 2

121mv mv E +=

……2分 设向右为正方向，由动量守恒 0B A mv mv -= ……2分 解得 4.0/B A v v m s == ①……2分

（2）（6分）B 滑上传送带做匀减速运动，当速度减为零时，滑动的距离最远。 由动能定理得 2

B M 2

10mv mgs -

=-μ ……2分 解得2

22B M v S m g

μ=

= ……1分 ② 物块B 在传送带上速度减为零后，受传送带给它的摩擦力，向左加速，若一直加速，则受力和位移相同时，物块B 滑回水平面MN 时的速度'4/B v m s = ，高于传送带速度，说明B 滑回过程先加速到与传送带共速，后以2/m s 的速度做匀速直线运动。……1分 物块B 滑回水平面MN 的速度'2/B v v m s == ……2分

③

（3）（8分）弹射装置将A 弹出后与B 碰撞，设碰撞前A 的速度为A

v '，碰撞后A 、B 共同的速度为V ，根据动量守恒定律，mV v m v m 2B A ='-'

……2分

④

A 、

B 恰好滑出平台Q 端，由能量关系有

mgL mV 222

1

2?=?μ ……2分⑤

设弹射装置对A 做功为W ，2

A

2

1v m W '＝ ……2分 ⑥ 由④⑤⑥ 解得162 W J ＝ ……2分 考点：相对运动 动能定理 动量守恒

12．如图所示，用气垫导轨做“验证动量守恒”实验中，完成如下操作步骤：

A ．调节天平，称出两个碰撞端分别贴有尼龙扣滑块的质量m 1和m 2．

B ．安装好A 、B 光电门，使光电门之间的距离为50cm ．导轨通气后，调节导轨水平，使滑块能够作_________运动．

C ．在碰撞前，将一个质量为m 2滑块放在两光电门中间，使它静止，将另一个质量为m 1滑块放在导轨的左端，向右轻推以下m 1，记录挡光片通过A 光电门的时间t 1．

D ．两滑块相碰后，它们粘在一起向右运动，记录挡光片通过_______________的时间t 2．

E ．得到验证实验的表达式__________________________． 【答案】匀速直线运动 小车经过光电门的时间 ()12112

m m m t t += 【解析】 【详解】

为了让物块在水平方向上不受外力，因此当导轨通气后，调节导轨水平，使滑块能够作匀速直线运动；

根据实验原理可知，题中通过光电门来测量速度，因此应测量小车经过光电门的时间 设光电门的宽度为l ，则有：经过光电门的速度为11

l

v t = 整体经过光电门的速度为：22

l v t =

由动量守恒定律可知，11122(+)m v m m v = 代入解得：

11212

()m m m t t +=。