高中物理动量守恒定律技巧(很有用)及练习题

高中物理动量守恒定律技巧(很有用)及练习题

一、高考物理精讲专题动量守恒定律

1．如图所示，质量分别为m1和m2的两个小球在光滑水平面上分别以速度v1、v2同向运动，并发生对心碰撞，碰后m2被右侧墙壁原速弹回，又与m1碰撞，再一次碰撞后两球都静止．求第一次碰后m1球速度的大小.

【答案】

【解析】

设两个小球第一次碰后m 1和m2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

2．28．如图所示，质量为m a=2kg的木块A静止在光滑水平面上。一质量为m b= lkg的木块B以初速度v0=l0m/s沿水平方向向右运动，与A碰撞后都向右运动。木块A与挡板碰撞后立即反弹（设木块A与挡板碰撞过程无机械能损失）。后来木块A与B发生二次碰撞，碰后A、B同向运动，速度大小分别为1m/s、4m/s。求：木块A、B第二次碰撞过程中系统损失的机械能。

【答案】9J

【解析】试题分析：依题意，第二次碰撞后速度大的物体应该在前，由此可知第二次碰后A、B 速度方向都向左。

第一次碰撞，规定向右为正向 m B v0=m B v B+m A v A

第二次碰撞，规定向左为正向 m A v A-m B v B= m B v B’+m A v A’

得到v A=4m/s v B=2m/s

ΔE=9J

考点：动量守恒定律；能量守恒定律.

视频

3．在日常生活中，我们经常看到物体与物体间发生反复的多次碰撞．如图所示，一块表面水平的木板静止放在光滑的水平地面上，它的右端与墙之间的距离L ＝0.08 m ．现有一小物块以初速度v 0＝2 m/s 从左端滑上木板，已知木板和小物块的质量均为1 kg ，小物块与木板之间的动摩擦因数μ＝0.1，木板足够长使得在以后的运动过程中小物块始终不与墙接触，木板与墙碰后木板以原速率反弹，碰撞时间极短可忽略，取重力加速度g ＝10 m/s 2．求：

(1)木板第一次与墙碰撞时的速度大小；

(2)从小物块滑上木板到二者达到共同速度时，木板与墙碰撞的总次数和所用的总时间；

(3)小物块和木板达到共同速度时，木板右端与墙之间的距离．

【答案】（1）0.4 s 0.4 m/s （2）1.8 s. （3）0.06 m

【解析】

试题分析：（1）物块滑上木板后，在摩擦力作用下，木板从静止开始做匀加速运动，设木板加速度为a ，经历时间T 后与墙第一次碰撞，碰撞时的速度为1v

则mg ma μ=，解得21/a g m s μ==①

212

L at =②，1v at =③ 联立①②③解得0.4t s =，10.4/v m s =④

（2）在物块与木板两者达到共同速度前，在每两次碰撞之间，木板受到物块对它的摩擦力作用而做加速度恒定的匀减速直线运动，因而木板与墙相碰后将返回至初态，所用时间也为T ．

设在物块与木板两者达到共同速度v 前木板共经历n 次碰撞，则有：

()02v v nT t a a t =-+?=?⑤

式中△t 是碰撞n 次后木板从起始位置至达到共同速度时所需要的时间．

由于最终两个物体一起以相同的速度匀速前进，故⑤式可改写为022v v nTa =-⑥ 由于木板的速率只能处于0到1v 之间，故有()01022v nTa v ≤-≤⑦

求解上式得1.5 2.5n ≤≤

由于n 是整数，故有n=2⑧

由①⑤⑧得：0.2t s ?=⑨；0.2/v m s =⑩

从开始到物块与木板两者达到共同速度所用的时间为：4 1.8t T t s =+?=（11） 即从物块滑上木板到两者达到共同速度时，木板与墙共发生三次碰撞，所用的时间为

1．8s ．

（3）物块与木板达到共同速度时，木板与墙之间的距离为212

s L a t =-

?（12） 联立①与（12）式，并代入数据得0.06s m =

即达到共同速度时木板右端与墙之间的距离为0．06m ．

考点：考查了牛顿第二定律，运动学公式

【名师点睛】本题中开始小木块受到向后的摩擦力，做匀减速运动，长木板受到向前的摩擦力做匀加速运动；当长木板反弹后，小木块继续匀减速前进，长木板匀减速向左运动，一直回到原来位置才静止；之后长木板再次向右加速运动，小木块还是匀减速运动；长木板运动具有重复性，由于木板长度可保证物块在运动过程中不与墙接触，故直到两者速度相同，一起与墙壁碰撞后反弹；之后长木板向左减速，小木块向右减速，两者速度一起减为零．

4．如图甲所示，用半径相同的A 、B 两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”．实验时先让质量为1m 的A 球从斜槽上某一固定位置C 由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把质量为2m 的B 球放在水平轨道末端，让A 球仍从位置C 由静止滚下，A 球和B 球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次．M 、P 、N 为三个落点的平均位置，未放B 球时，A 球的落点是P 点，O 点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图乙所示．

（1）在这个实验中，为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足______（填“>”或“<”）．

（2）除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是_____．

A ．秒表

B ．天平

C ．刻度尺

D ．打点计时器

（3）下列说法中正确的是_________．

A ．如果小球每次从同一位置由静止释放，每次的落点一定是重合的

B ．重复操作时发现小球的落点并不重合，说明实验操作中出现了错误

C ．用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置

D ．仅调节斜槽上固定位置C ，它的位置越低，线段OP 的长度越大

（4）在某次实验中，测量出两个小球的质量1m 、2m ，记录的落点平均位置M 、N 几乎与OP 在同一条直线上，测量出三个落点位置与O 点距离OM 、OP 、ON 的长度．在实验误差允许范围内，若满足关系式__________________，则可以认为两球碰撞前后在OP 方向上的总动量守恒；若碰撞是弹性碰撞，则还需满足的关系式是________________．（用测量的量表示）

（5）某同学在做这个实验时，记录下小球三个落点的平均位置M 、P 、N ，如图丙所示．他发现M 和N 偏离了OP 方向．这位同学猜想两小球碰撞前后在OP 方向上依然动量守恒，他想到了验证这个猜想的办法：连接OP 、OM 、ON ，作出M 、N 在OP 方向上的投影点M '、N '．分别测量出OP 、OM '、ON '的长度．若在实验误差允许的范围内，满足关系式：_____则可以认为两小球碰撞前后在OP 方向上动量守恒．

【答案】> BC C 112m OP m OM m ON =+ 222112m OP m OM m ON =+

112m OP m OM m ON ''=+

【解析】

【分析】

【详解】

(1)为了防止入射球碰后反弹，应让入射球的质量大于被碰球的质量；

（1）小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证：

101122m v m v m v =+，因小球均做平抛运动，下落时间相同，则可知水平位移x =vt ，因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有112m OP m OM m ON ?=?+? ，实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要毫米刻度尺，因此需要的实验器材有：BC ；

（3）由于各种偶然因素，如所受阻力不同等，小球的落点不可能完全重合，落点应当比较集中，但不是出现了错误，故AB 错误；由于落点比较密集，又较多，每次测量距离很难，故确定落点平均位置的方法是最小圆法，即用尽可能最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表落点的平均位置，故C 正确；仅调节斜槽上固定位置C ，它的位置越低，由于水平速度越小，则线段OP 的长度越小，故D 错误．故选C ；

（4）若两球相碰前后的动量守恒，则101122m v m v m v =+，又

012,,OP v t OM v t ON v t ===，代入得：112m OP m OM m ON ?=?+?，若碰撞是弹性碰撞，满足机械能守恒，则：222101122111222

m v m v m v =+ ，代入得;222112m OP m OM m ON ?=?+?；

（5）如图所示,连接OP 、OM 、ON ,作出M 、N 在OP 方向上的投影点M ′、N ′，如图所示；

分别测量出OP 、OM ′、ON ′的长度．若在实验误差允许范围内,满足关系式

112m OP m OM m ON ''?=?+? 则可以认为两小球碰撞前后在OP 方向上动量守恒．

5．如图所示，质量均为M ＝4 kg 的小车A 、B ，B 车上用轻绳挂有质量为m ＝2 kg 的小球C ，与B 车静止在水平地面上，A 车以v 0＝2 m/s 的速度在光滑水平面上向B 车运动，相碰后粘在一起(碰撞时间很短)．求：

(1)碰撞过程中系统损失的机械能；

(2)碰后小球C 第一次回到最低点时的速度大小．

【答案】(1) 4 J (2) 1.6 m/s

【解析】

【详解】

解：(1)设A 、B 车碰后共同速度为1v ，由动量守恒得：012Mv Mv = 系统损失的能量为：220112 4 212E Mv Mv J -?==损 (2)设小球C 再次回到最低点时A 、B 车速为2v ，小球C 速度为3v ，对A 、B 、C 系统由水平方向动量守恒得：12322Mv Mv mv =+

由能量守恒得：22212311122222

Mv Mv mv ?=?+ 解得：3 1.6 /v m s =

6．如图所示，内壁粗糙、半径R ＝0.4 m 的四分之一圆弧轨道AB 在最低点B 与光滑水平轨道BC 相切。质量m 2＝0.2 kg 的小球b 左端连接一轻质弹簧，静止在光滑水平轨道上，另一质量m 1＝0.2 kg 的小球a 自圆弧轨道顶端由静止释放，运动到圆弧轨道最低点B 时对轨道的压力为小球a 重力的2倍，忽略空气阻力，重力加速度g ＝10 m/s 2。求：

(1)小球a 由A 点运动到B 点的过程中，摩擦力做功W f ；

(2)小球a 通过弹簧与小球b 相互作用的过程中，弹簧的最大弹性势能E p ；

(3)小球a 通过弹簧与小球b 相互作用的整个过程中，弹簧对小球b 的冲量I 。

【答案】(1)

(2)E P =0.2J (3) I =0.4N ?s 【解析】

（1）小球由静止释放到最低点B 的过程中，据动能定理得

小球在最低点B 时：

据题意可知，联立可得

（2）小球a 与小球b 把弹簧压到最短时，弹性势能最大，二者速度相同， 此过程中由动量守恒定律得：

由机械能守恒定律得

弹簧的最大弹性势能E p =0.4J

小球a 与小球b 通过弹簧相互作用的整个过程中，a 球最终速度为，b 求最终速度为，由动量守恒定律

由能量守恒定律：

根据动量定理有：

得小球a 通过弹簧与小球b 相互作用的整个过程中，弹簧对小球b 的冲量I 的大小为

I =0.8N·s

7．（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：2B 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 2B M 210mv mgs -=-μ ……2分 解得222B 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

12?=?μ ……2分⑤ 设弹射装置对A 做功为W ，2

A

21v 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

8．如图所示，在沙堆表面放置一长方形木块A ，其上面再放一个质量为m=0.10kg 的爆竹B ，木块的质量为M=6.0kg ．当爆竹爆炸时，因反冲作用使木块陷入沙中深度h=5cm ，而木块所受的平均阻力为f=80N ．若爆竹的火药质量以及空气阻力可忽略不计，g 取10m/s 2，求爆竹能上升的最大高度．

【答案】60m h =

【解析】

试题分析：木块下陷过程中受到重力和阻力作用，根据动能定理可得

211()02

mg f h Mv -=-（1） 爆竹爆炸过程中木块和爆竹组成的系统动量守恒，故有21mv Mv =（2）

爆竹完后，爆竹做竖直上抛运动，故有222v g h =?（3）

联立三式可得：600h m ?=

考点：考查了动量守恒定律，动能定理的应用

点评：基础题，比较简单，本题容易错误的地方为在A 下降过程中容易将重力丢掉

9．如图所示，在水平面上有一弹簧，其左端与墙壁相连，O 点为弹簧原长位置，O 点左侧

水平面光滑，水平段OP长L=1m，P点右侧一与水平方向成的足够长的传送带与水平面在P点平滑连接，皮带轮逆时针转动速率为3m/s，一质量为1kg可视为质点的物块A 压缩弹簧（与弹簧不栓接），使弹簧获得弹性势能，物块与OP段动摩擦因数

，另一与A完全相同的物块B停在P点，B与传送带的动摩擦因数，传送带足够长，A与B的碰撞时间不计，碰后A．B交换速度，重力加速度，现释放A，求：

（1）物块A．B第一次碰撞前瞬间，A的速度

（2）从A．B第一次碰撞后到第二次碰撞前，B与传送带之间由于摩擦而产生的热量（3）A．B能够碰撞的总次数

【答案】（1）（2）（3）6次

【解析】

试题分析：（1）设物块质量为m，A与B第一次碰前的速度为，则：

解得：

（2）设A.B第一次碰撞后的速度分别为，则，

碰后B沿传送带向上匀减速运动直至速度为零，加速度大小设为，

则：，解得：

运动的时间，位移

此过程相对运动路程

此后B反向加速，加速度仍为，与传送带共速后匀速运动直至与A再次碰撞，

加速时间为

位移为

此过程相对运动路程

全过程生热

（3）B与A第二次碰撞，两者速度再次互换，此后A向左运动再返回与B碰撞，B沿传送带向上运动再次返回，每次碰后到再次碰前速率相等，重复这一过程直至两者不再碰

撞．则对A.B和弹簧组成的系统，从第二次碰撞后到不再碰撞：

解得第二次碰撞后重复的过程数为n=2.25，所以碰撞总次数为N=2+2n=6.5=6次（取整数）

考点：动能定理；匀变速直线运动的速度与时间的关系；牛顿第二定律

【名师点睛】本题首先要理清物体的运动过程，其次要准确把握每个过程所遵守的物理规律，特别要掌握弹性碰撞过程，动量和机械能均守恒，两物体质量相等时交换速度

10．如图所示，固定点O上系一长L＝0.6 m的细绳，细绳的下端系一质量m＝1.0 kg的小球(可视为质点)，原来处于静止状态，球与平台的B点接触但对平台无压力，平台高h＝0.80 m，一质量M＝2.0 kg的物块开始静止在平台上的P点，现对物块M施予一水平向右的初速度v0，物块M沿粗糙平台自左向右运动到平台边缘B处与小球m发生正碰，碰后小球m在绳的约束下做圆周运动，经最高点A时，绳上的拉力恰好等于小球的重力，而物块M落在水平地面上的C点，其水平位移x＝1.2 m，不计空气阻力，g＝10 m/s2.

(1)求物块M碰撞后的速度大小；

(2)若平台表面与物块M间的动摩擦因数μ＝0.5，物块M与小球的初始距离为x1＝1.3 m，求物块M在P处的初速度大小．

【答案】（1）3.0m/s（2）7.0m/s

【解析】

试题分析：（1）碰后物块M做平抛运动，设其平抛运动的初速度为V

① （2分）

S = Vt ② （2分）

得：=" 3.0" m/s ③ （2分）

（2）物块与小球在B处碰撞，设碰撞前物块的速度为V1，碰撞后小球的速度为V2，由动量守恒定律：

MV1= mV2+ MV ⑥ （2分）

碰后小球从B处运动到最高点A过程中机械能守恒，设小球在A点的速度为V A：

⑦（2分）

小球在最高点时依题给条件有：⑧ （2分）

由⑦⑧解得：V2=" 6.0" m/s ⑨ （1分）

由③⑥⑨得：=" 6.0" m/s ⑩ （1分）

物块M从P运动到B处过程中，由动能定理：

⑾（2分）

解得：=" 7.0" m/s ⑿（2分）

考点：本题考查了平抛运动的规律、动量守恒定律、机械能守恒定律及动能定理的应用

11．如图所示，水平光滑轨道AB与以O点为圆心的竖直半圆形光滑轨道BCD相切于B 点，半圆形轨道的半径r=0.30m．在水平轨道上A点静止放置一质量为m2=0.12kg的物块2，现有一个质量m1=0.06kg的物块1以一定的速度向物块2运动，并与之发生正碰，碰撞过程中无机械能损失，碰撞后物块2的速度v2=4.0m/s．物块均可视为质点，g取10m/s2，求：

（1）物块2运动到B点时对半圆形轨道的压力大小；

（2）发生碰撞前物块1的速度大小；

（3）若半圆形轨道的半径大小可调，则在题设条件下，为使物块2能通过半圆形轨道的最高点，其半径大小应满足什么条件．

【答案】

【小题1】7.6N

【小题2】6.0m/s

【小题3】0.32m

【解析】

（1）设轨道B点对物块2的支持力为N，根据牛顿第二定律有

N-m2g=m2v22/R

解得 N=7.6N

根据牛顿第三定律可知，物块2对轨道B点的压力大小N′=7.6N

（2）设物块1碰撞前的速度为v0，碰撞后的速度为v1，对于物块1与物块2的碰撞过程，根据动量守恒定律有 m1v0=mv1+m2v2

因碰撞过程中无机械能损失，所以有m1v02=m1v12+m2v22

代入数据联立解得 v0=6.0m/s

（3）设物块2能通过半圆形轨道最高点的最大半径为R m，对应的恰能通过最高点时的速度大小为v，根据牛顿第二定律，对物块2恰能通过最高点时有 m2g=m2v2/R m

对物块2由B运动到D的过程，根据机械能守恒定律有

m2v22=m2g?2R m+m2v2

联立可解得：R m=0.32m

所以，为使物块2能通过半圆形轨道的最高点，半圆形轨道半径不得大于0.32m

12．如图所示，物块质量m=4kg，以速度v=2m/s水平滑上一静止的平板车上，平板车质量M=16kg，物块与平板车之间的动摩擦因数μ=0.2，其他摩擦不计（g=10m/s2），求：

（1）物块相对平板车静止时，物块的速度；

（2）物块在平板车上滑行的时间；

（3）物块在平板车上滑行的距离，要使物块在平板车上不滑下，平板车至少多长？

【答案】（1）0.4m/s（2）（3）

【解析】

解：物块滑下平板车后，在车对它的摩擦力作用下开始减速，车在物块对它的摩擦力作用下开始加速，当二者速度相等时，物块相对平板车静止，不再发生相对滑动。

（1）物块滑上平板车的过程中，二者组成的系统动量守恒，取v 的方向为正方向。mv=

（M+m）v′，，即物块相对平板车静止时，物块速度为0.4m/s。（2）由动量定理，

（3）物块在平板车上滑行时，二者都做匀变速直线运动，且运动时间相同，因此，对物块

，对板车，物块在板车上滑行的距离，要

使物块在平板车上不滑下，平板车至少长0.8m。

本题考查的是对动量守恒定律和动量定理问题的应用，根据动量守恒定律可求出物块相对平板车静止时的速度，再由动量定理得到时间；由匀变速直线运动的特点，可得结果。