高中物理动量定理技巧(很有用)及练习题及解析

高中物理动量定理技巧(很有用)及练习题及解析

一、高考物理精讲专题动量定理

1．质量为m 的小球，从沙坑上方自由下落，经过时间t 1到达沙坑表面，又经过时间t 2停

在沙坑里．求：

⑴沙对小球的平均阻力F ；

⑵小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I ． 【答案】(1)122

()

mg t t t (2)1mgt 【解析】

试题分析：设刚开始下落的位置为A ，刚好接触沙的位置为B ，在沙中到达的最低点为C.⑴在下落的全过程对小球用动量定理：重力作用时间为t 1+t 2，而阻力作用时间仅为t 2，以竖直向下为正方向，有： mg(t 1+t 2)-Ft 2=0, 解得：

方向竖直向上

⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理：在t 1时间内只有重力的冲量，在t 2时间内只有总冲量（已包括重力冲量在内），以竖直向下为正方向，有： mgt 1-I=0,∴I=mgt 1方向竖直向上 考点：冲量定理

点评：本题考查了利用冲量定理计算物体所受力的方法．

2．汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能的有效方法之一．设汽车在碰撞过程中受到的平均撞击力达到某个临界值F 0时，安全气囊爆开．某次试验中，质量m 1=1 600 kg 的试验车以速度v 1 = 36 km/h 正面撞击固定试验台，经时间t 1 = 0.10 s 碰撞结束，车速减为零，此次碰撞安全气囊恰好爆开．忽略撞击过程中地面阻力的影响． （1）求此过程中试验车受到试验台的冲量I 0的大小及F 0的大小；

（2）若试验车以速度v 1撞击正前方另一质量m 2 =1 600 kg 、速度v 2 =18 km/h 同向行驶的汽车，经时间t 2 =0.16 s 两车以相同的速度一起滑行．试通过计算分析这种情况下试验车的安全气囊是否会爆开．

【答案】（1）I 0 = 1.6×104

N·s ， 1.6×105

N ；（2）见解析 【解析】 【详解】

（1）v 1 = 36 km/h = 10 m/s ，取速度v 1 的方向为正方向，由动量定理有 －I 0 = 0－m 1v 1 ①

将已知数据代入①式得 I 0 = 1.6×104 N·

s ②

由冲量定义有I 0 = F 0t 1 ③

将已知数据代入③式得 F 0 = 1.6×105 N ④

（2）设试验车和汽车碰撞后获得共同速度v ，由动量守恒定律有 m 1v 1+ m 2v 2 = (m 1+ m 2)v ⑤

对试验车，由动量定理有 －Ft 2 = m 1v －m 1v 1 ⑥ 将已知数据代入⑤⑥式得 F = 2.5×104 N ⑦

可见F ＜F 0，故试验车的安全气囊不会爆开 ⑧

3．如图所示，在倾角θ=37°的足够长的固定光滑斜面的底端，有一质量m =1.0kg 、可视为质点的物体，以v 0=6.0m/s 的初速度沿斜面上滑。已知sin37o=0.60，cos37o=0.80，重力加速度g 取10m/s 2，不计空气阻力。求： （1）物体沿斜面向上运动的加速度大小；

（2）物体在沿斜面运动的过程中，物体克服重力所做功的最大值； （3）物体在沿斜面向上运动至返回到斜面底端的过程中，重力的冲量。

【答案】（1）6.0m/s 2（2）18J （3）20N·s ，方向竖直向下。 【解析】 【详解】

（1）设物体运动的加速度为a ，物体所受合力等于重力沿斜面向下的分力为：

F=mg sin θ

根据牛顿第二定律有：

F=ma ；

解得：

a =6.0m/s 2

（2）物体沿斜面上滑到最高点时，克服重力做功达到最大值，设最大值为v m ；对于物体沿斜面上滑过程，根据动能定理有：

21

2

0m W mv -=-

解得

W =18J ；

（3）物体沿斜面上滑和下滑的总时间为：

0226

2s 6

v t a ?=

== 重力的冲量：

20N s G I mgt ==?

方向竖直向下。

4．如图所示，一个质量为m 的物体，初速度为v 0，在水平合外力F （恒力）的作用下，经过一段时间t 后，速度变为v t 。

(1)请根据上述情境，利用牛顿第二定律推导动量定理，并写出动量定理表达式中等号两边物理量的物理意义。

(2)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。请运用所学物理知识分析说明这样做的道理。

【答案】详情见解析 【解析】 【详解】

(1)根据牛顿第二定律F ma =,加速度定义0

i v v a t

-=

解得 0=-i Ft mv mv

即动量定理, Ft 表示物体所受合力的冲量，mv t -mv 0表示物体动量的变化 (2)快递物品在运送途中难免出现磕碰现象，根据动量定理

0=-i Ft mv mv

在动量变化相等的情况下，作用时间越长，作用力越小。充满气体的塑料袋富有弹性，在碰撞时，容易发生形变，延缓作用过程，延长作用时间，减小作用力，从而能更好的保护快递物品。

5．质量为0.2kg 的小球竖直向下以6m/s 的速度落至水平地面，再以4m/s 的速度反向弹回，取竖直向上为正方向，

（1）求小球与地面碰撞前后的动量变化；

（2）若小球与地面的作用时间为0.2s ，则小球受到地面的平均作用力大小？（取g=10m/s 2）．

【答案】（1）2kg?m/s ；方向竖直向上；（2）12N ；方向竖直向上； 【解析】 【分析】 【详解】

（1）小球与地面碰撞前的动量为：p 1=m (－v 1)=0.2×(－6) kg·m/s=－1.2 kg·m/s 小球与地面碰撞后的动量为p 2=mv 2=0.2×4 kg·

m/s=0.8 kg·m/s 小球与地面碰撞前后动量的变化量为Δp =p 2－p 1=2 kg·m/s （2）由动量定理得(F －mg )Δt =Δp

所以F=

p

t

?

?

＋mg=

2

0.2

N＋0.2×10N=12N，方向竖直向上．

6．两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度B=0.5T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计．导轨间的距离l=0.20m，两根质量均m=0.10kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50Ω．在t=0时刻，两杆都处于静止状态．现有一与导轨平行，大小0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动．经过T=5.0s，金属杆甲的加速度为

a=1.37 m/s2，求此时两金属杆的速度各为多少？

【答案】8.15m/s 1.85m/s

【解析】

设任一时刻两金属杆甲、乙之间的距离为，速度分别为和，经过很短时间，杆甲移动距离，杆乙移动距离，回路面积改变

由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势：

回路中的电流：

杆甲的运动方程：

由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量变化（时为0）等于外力F的冲量：

联立以上各式解得

代入数据得＝8.15m/s ＝1.85m/s

【名师点睛】

两杆同向运动，回路中的总电动势等于它们产生的感应电动势之差，即与它们速度之差有关，对甲杆由牛顿第二定律列式，对两杆分别运用动量定理列式，即可求解．

7．在水平地面的右端B 处有一面墙，一小物块放在水平地面上的A 点，质量m ＝0.5 kg ，AB 间距离s ＝5 m ，如图所示．小物块以初速度v 0＝8 m/s 从A 向B 运动，刚要与墙壁碰撞时的速度v 1＝7 m/s ，碰撞后以速度v 2＝6 m/s 反向弹回．重力加速度g 取10 m/s 2.求： (1) 小物块与地面间的动摩擦因数μ；

(2) 若碰撞时间t ＝0.05 s ，碰撞过程中墙面对小物块平均作用力F 的大小．

【答案】(1)0.15 (2)130 N 【解析】 【详解】

(1)从A 到B 过程，由动能定理，有：－μmgs ＝12mv 12－1

2

mv 02 可得：μ＝0.15.

(2)对碰撞过程，规定向左为正方向，由动量定理，有：Ft ＝mv 2－m (－v 1) 可得：F ＝130 N.

8．质量为2kg 的球，从4.05m 高处自由下落到水平钢板上又被竖直弹起，弹起后能达到的最大高度为3.2m ，如果球从开始下落到弹起并达到最大高度所用时间为1.75s ，不考虑空气阻力（g 取10m/s 2），求小球对钢板的作用力的大小和方向． 【答案】700N 【解析】 【详解】

物体从下落到落地过程中经历的时间为1t ，从弹起到达到最高点经历的时间为2t ，则有：

21112h gt =

，2

2212

h gt = 可得：1122 4.05

s 0.9s 10

h t g ?=

==， 2222 3.2s 0.8s 10

h t g ?=

== 球与钢板作用的时间：12 1.750.90.8s 0.05s t t t t ?=--=--=总 由动量定理对全过程可列方程：00mgt F t -?=-总 可得钢板对小球的作用力210 1.75

N 700N 0.05

mgt F t ??=

==?总，方向竖直向上．

9．如图甲所示，蹦床是常见的儿童游乐项目之一，儿童从一定高度落到蹦床上，将蹦床压下后，又被弹回到空中，如此反复，达到锻炼和玩耍的目的．如图乙所示，蹦床可以简化为一个竖直放置的轻弹簧，弹力的大小为kx （x 为床面下沉的距离，也叫形变量；k 为常

量），蹦床的初始形变量可视为0，忽略空气阻力的影响．

（1）在一次玩耍中，某质量为m 的小孩，从距离蹦床床面高H 处由静止下落，将蹦床下压到最低点后，再被弹回至空中．

a ．请在图丙中画出小孩接触蹦床后，所受蹦床的弹力F 随形变量x 变化的图线；

b ．求出小孩刚接触蹦床时的速度大小v ；

c ．若已知该小孩与蹦床接触的时间为t ，求接触蹦床过程中，蹦床对该小孩的冲量大小I ． （2）借助F -x 图，可确定弹力做功的规律．在某次玩耍中，质量不同的两个小孩（均可视为质点），分别在两张相同的蹦床上弹跳，请判断：这两个小孩，在蹦床上以相同形变量由静止开始，上升的最大高度是否相同？并论证你的观点．

【答案】（1）a. b. 2v gH = c. I 22mgt m gH =+（2）上升高度与

质量m 有关，质量大的上升高度小 【解析】 【分析】

（1）a 、根据胡克定律求出劲度系数，抓住弹力与形变量成正比，作出弹力F 随x 变化的示意图．

b 、根据机械能守恒求出小孩刚接触蹦床时的速度大小；

c 、根据动量定理求出蹦床对该小孩的冲量大小．

（2）根据图线围成的面积表示弹力做功，得出弹力做功的表达式，根据动能定理求出弹力做功，从而求出x 1的值． 【详解】

（1）a.根据胡克定律得：F kx =，所以F 随x 的变化示意图如图所示

b.小孩子有高度H 下落过程，由机械能守恒定律：212

mgH mv = 得到速度大小：2v gH =

c.以竖直向下为正方向，接触蹦床的过程中，根据动量守恒：mgt I mv mv +=-- 其中2v gH =

可得蹦床对小孩的冲量大小为：22I mgt m gH =+

（2）设蹦床的压缩量为x ，小孩离开蹦床后上升了H ．从最低点处到最高点，重力做功

()mg x H -+，根据F-x 图象的面积可求出弹力做功：2

2kx W =-弹

从最低点处到最高点，根据动能定理：()2

02

kx mg H x -++=

可得：2

2kx H x mg

=

-，可以判断上升高度与质量m 有关，质量大的上升高度小． 【点睛】

解决本题的关键知道运动员在整个过程中的运动情况，结合运动学公式、动能定理等知识进行求解．

10．如图所示，光滑水平面上放着质量都为m 的物块A 和B ，A 紧靠着固定的竖直挡板，A 、B 间夹一个被压缩的轻弹簧（弹簧与A 、B 均不拴接），用手挡住B 不动，此时弹簧压缩的弹性势能为

．在A 、B 间系一轻质细绳，细绳的长略大于弹簧的自然长度。放手

后绳在短暂时间内被拉断，之后B 继续向右运动，一段时间后与向左匀速运动、速度为v 0的物块C 发生碰撞，碰后B 、C 立刻形成粘合体并停止运动，C 的质量为2m 。求：

（1）B 、C 相撞前一瞬间B 的速度大小； （2）绳被拉断过程中，绳对A 的冲量I 。 【答案】（1）

（2）

【解析】（1）由动量守恒定律可知：

得：

（2）由能量守恒可得：

得：

动量守恒：

冲量： 得：

11．如图所示，质量为m =1.0 kg 的物块A 以v 0=4.0 m/s 速度沿粗糙水平面滑向静止在水平面上质量为M =2.0 kg 的物块B ，物块A 和物块B 碰撞时间极短，碰后两物块粘在一起．已知物块A 和物块B 均可视为质点，两物块间的距离为L =1.75 m ，两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.20，重力加速度g =10 m/s 2.求：

（1）物块A 和物块B 碰撞前的瞬间，物块A 的速度v 的大小； （2）物块A 和物块B 碰撞的过程中，物块A 对物块B 的冲量I ； （3）物块A 和物块B 碰撞的过程中，系统损失的机械能ΔE . 【答案】（1）3 m/s （2）2 N·s，方向水平向右（3）

【解析】试题分析：物块A 运动到和物块B 碰撞前的瞬间，根据动能定理求得物块A 的速度；以物块A 和物块B 为系统，根据动量守恒求得碰后两物块速度，再根据动量定理求得物块A 对物块B 的冲量．以物块A 和物块B 为系统，根据能量守恒求得系统损失的机械能．

（1）物块A 运动到和物块B 碰撞前的瞬间，根据动能定理得

，解得

（2）以物块A 和物块B 为系统，根据动量守恒得：，

以物块B 为研究对象，根据动量定理得：

，解得

，方向水平向右

（3）以物块A 和物块B 为系统，根据能量守恒得

解得：

12．一个质量为2kg 的物体静止在水平桌面上，如图1所示，现在对物体施加一个水平向右的拉力F ，拉力F 随时间t 变化的图像如图2所示，已知物体在第1s 内保持静止状态，第2s 初开始做匀加速直线运动，第3s 末撤去拉力，第5s 末物体速度减小为0.求：

(1)前3s 内拉力F 的冲量． (2)第2s 末拉力F 的功率． 【答案】（1）25N s ? （2）50W 【解析】 【详解】

（1）由动量定理有

1122I Ft F t =+

即前3s 内拉力F 的冲量为

25N s I =?

（2）设物体在运动过程中所受滑动摩擦力大小为f ，则在2s ～6s 内，由动量定理有

2223()0F t f t t -+=

设在1s ～3s 内物体的加速度大小为a ，则由牛顿第二定律有

2F f ma -=

第2s 末物体的速度为

2v at =

第2s 末拉力F 的功率为

2P F v =

联立以上方程可求出

50W P =