高考物理动量守恒定律解题技巧(超强)及练习题(含答案)

高考物理动量守恒定律解题技巧(超强)及练习题(含答案)

一、高考物理精讲专题动量守恒定律

1．如图所示，一个带圆弧轨道的平台固定在水平地面上，光滑圆弧MN 的半径为R =3.2m ，水平部分NP 长L =3.5m ，物体B 静止在足够长的平板小车C 上，B 与小车的接触面光滑，小车的左端紧贴平台的右端．从M 点由静止释放的物体A 滑至轨道最右端P 点后再滑上小车，物体A 滑上小车后若与物体B 相碰必粘在一起，它们间无竖直作用力．A 与平台水平轨道和小车上表面的动摩擦因数都为0.4，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等．物体A 、B 和小车C 的质量均为1kg ，取g =10m/s 2．求

(1)物体A 进入N 点前瞬间对轨道的压力大小？ (2)物体A 在NP 上运动的时间？ (3)物体A 最终离小车左端的距离为多少？

【答案】(1)物体A 进入N 点前瞬间对轨道的压力大小为30N ； (2)物体A 在NP 上运动的时间为0.5s (3)物体A 最终离小车左端的距离为3316

m 【解析】

试题分析：（1）物体A 由M 到N 过程中，由动能定理得：m A gR=m A v N 2 在N 点，由牛顿定律得 F N -m A g=m A 联立解得F N =3m A g=30N

由牛顿第三定律得，物体A 进入轨道前瞬间对轨道压力大小为：F N ′=3m A g=30N （2）物体A 在平台上运动过程中 μm A g=m A a L=v N t-at 2

代入数据解得 t=0.5s t=3.5s(不合题意，舍去) （3）物体A 刚滑上小车时速度 v 1= v N -at=6m/s

从物体A 滑上小车到相对小车静止过程中，小车、物体A 组成系统动量守恒，而物体B 保持静止 (m A + m C )v 2= m A v 1 小车最终速度 v 2=3m/s

此过程中A 相对小车的位移为L 1，则

2211211222mgL mv mv μ=-?解得：L 1＝94

m

物体A 与小车匀速运动直到A 碰到物体B ，A ，B 相互作用的过程中动量守恒： (m A + m B )v 3= m A v 2

此后A ，B 组成的系统与小车发生相互作用，动量守恒，且达到共同速度v 4 (m A + m B )v 3+m C v 2=" (m"A +m B +m C ) v 4 此过程中A 相对小车的位移大小为L 2，则

222223*********mgL mv mv mv μ=+?-?解得：L 2＝

316

m 物体A 最终离小车左端的距离为x=L 1-L 2=

3316

m 考点：牛顿第二定律；动量守恒定律；能量守恒定律.

2．如图所示，一辆质量M=3 kg 的小车A 静止在光滑的水平面上，小车上有一质量m=l kg 的光滑小球B ，将一轻质弹簧压缩并锁定，此时弹簧的弹性势能为E p =6J ，小球与小车右壁距离为L=0.4m ，解除锁定，小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层碰撞并被粘住，求：

①小球脱离弹簧时的速度大小；

②在整个过程中，小车移动的距离。 【答案】（1）3m/s （2）0.1m 【解析】

试题分析：（1）除锁定后弹簧的弹性势能转化为系统动能，根据动量守恒和能量守恒列出等式得 mv 1-Mv 2=0

22121122

P E mv Mv =

+ 代入数据解得：v 1=3m/s v 2=1m/s （2）根据动量守恒和各自位移关系得12x x

m M t t

=，x 1+x 2=L 代入数据联立解得：24

L

x =

=0.1m 考点：动量守恒定律；能量守恒定律.

3．冰球运动员甲的质量为80.0kg 。当他以5.0m/s 的速度向前运动时，与另一质量为100kg 、速度为3.0m/s 的迎面而来的运动员乙相撞。碰后甲恰好静止。假设碰撞时间极短，求：

（1）碰后乙的速度的大小； （2）碰撞中总动能的损失。 【答案】（1）1.0m/s （2）1400J 【解析】

试题分析：（1）设运动员甲、乙的质量分别为m 、M ，碰前速度大小分别为v 、V ，碰后乙的速度大小为V′，规定甲的运动方向为正方向，由动量守恒定律有：mv-MV=MV′…① 代入数据解得：V′=1．0m/s…②

（2）设碰撞过程中总机械能的损失为△E ，应有：mv 2+MV 2＝MV′2+△E…③ 联立②③式，代入数据得：△E=1400J 考点：动量守恒定律；能量守恒定律

4．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

022

011222M 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

+?=

5．如图，水平面上相距为L=5m 的P 、Q 两点分别固定一竖直挡板，一质量为M=2kg 的小物块B 静止在O 点，OP 段光滑，OQ 段粗糙且长度为d=3m ．一质量为m=1kg 的小物块A 以v 0=6m/s 的初速度从OP 段的某点向右运动，并与B 发生弹性碰撞．两物块与OQ 段的动摩擦因数均为μ=0．2，两物块与挡板的碰撞时间极短且均不损失机械能．重力加速度g=10m/s 2，求

（1）A 与B 在O 点碰后瞬间各自的速度； （2）两物块各自停止运动时的时间间隔． 【答案】（1），方向向左；

，方向向右．（2）1s

【解析】

试题分析：（1）设A 、B 在O 点碰后的速度分别为v 1和v 2，以向右为正方向 由动量守恒：

碰撞前后动能相等：

解得：

方向向左，

方向向右）

（2）碰后，两物块在OQ 段减速时加速度大小均为：

B 经过t 1时间与Q 处挡板碰，由运动学公式：得：

（

舍去）

与挡板碰后，B 的速度大小，反弹后减速时间

反弹后经过位移

，B 停止运动．

物块A 与P 处挡板碰后，以v 4=2m/s 的速度滑上O 点，经过停止．

所以最终A 、B 的距离s=d-s 1-s 2=1m ，两者不会碰第二次． 在AB 碰后，A 运动总时间，

整体法得B 运动总时间

，则时间间隔

．

考点：弹性碰撞、匀变速直线运动

6．如图所示，在光滑的水平面上有一长为L 的木板B ，其右侧边缘放有小滑块C ，与木板

B 完全相同的木板A 以一定的速度向左运动，与木板B 发生正碰，碰后两者粘在一起并继

续向左运动，最终滑块C 刚好没有从木板A 上掉下．已知木板A 、B 和滑块C 的质量均为

m ，C 与A 、B 之间的动摩擦因数均为μ.求：

(1)木板A 与B 碰前的速度v 0； (2)整个过程中木板B 对木板A 的冲量I . 【答案】(1)2

(2)－

，负号表示B 对A 的冲量方向向右

【解析】(1)木板A 、B 碰后瞬时速度为v 1，碰撞过程中动量守恒，以A 的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv 0＝2mv 1.

A 、

B 粘为一体后通过摩擦力与

C 发生作用，最后有共同的速度v 2，此过程中动量守恒，以A 的速度方向为正方向，由动量守恒定律得2mv 1＝3mv 2. C 在A 上滑动过程中，由能量守恒定律得 －μmgL ＝·3mv －·2mv . 联立以上三式解得v 0＝2

.

(2)根据动量定理可知，B 对A 的冲量与A 对B 的冲量等大反向，则I 的大小等于B 的动量变化量，即I ＝－mv 2＝－

，负号表示B 对A 的冲量方向向右。

7．如图所示，光滑的水平地面上有一木板，其左端放有一重物，右方有一竖直的墙.重物质量为木板质量的2倍，重物与木板间的动摩擦因数为μ.使木板与重物以共同的速度v 0向右运动，某时刻木板与墙发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后木板以原速率反弹.设木板足够长，重物始终在木板上.重力加速度为g.求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间.

【答案】0

43v t g

μ= 【解析】

解：木板第一次与墙碰撞后，向左匀减速直线运动，直到静止，

再反向向右匀加速直线运动直到与重物有共同速度，再往后是匀速直线运动，直到第二次撞墙．

木板第一次与墙碰撞后，重物与木板相互作用直到有共同速度v ，动量守恒，有：

2mv 0﹣mv 0=（2m+m ）v ，解得：v=

木板在第一个过程中，用动量定理，有：mv ﹣m （﹣v 0）=μ2mgt 1 用动能定理，有：

﹣

=﹣μ2mgs

木板在第二个过程中，匀速直线运动，有：s=vt 2 木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间t=t 1+t 2=+

=

答：木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间为

【点评】本题是一道考查动量守恒和匀变速直线运动规律的过程复杂的好题，正确分析出运动规律是关键．

8．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 2

12E 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：

22

212311122222

Mv Mv mv ?=?+ 解得：3 1.6 /v m s =

9．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：()2

22Mv h m M g

=+

10．（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

11．如图所示，一质量为M 的平板车B 放在光滑水平面上，在其右端放一质量为m 的小木块A ，m ＜M,A 、B 间粗糙，现给A 和B 以大小相等、方向相反的初速度v0,使A 开始向左运动，B 开始向右运动，最后A 不会滑离B ，求：

（1）A 、B 最后的速度大小和方向；

（2）从地面上看，小木块向左运动到离出发点最远处时，平板车的速度大小和方向．

【答案】（1）

0M m

v M m

-+（2）2022M m v Mg μ- 【解析】

试题分析：（1）由A 、B 系统动量守恒定律得： Mv0—mv0=（M +m ）v ① 所以v=v0

方向向右

（2）A 向左运动速度减为零时，到达最远处，设此时速度为v′,则由动量守恒定律得：

Mv0—mv0="Mv′"00

Mv mv v M

-'=

方向向右 考点：动量守恒定律；

点评：本题主要考查了动量守恒定律得直接应用，难度适中．

12．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