高考物理 热点快速突破 必考部分 专题14 碰撞与动量守恒(无答案)
2020年高考物理专题精准突破实验：验证动量守恒定律(解析版)
2020年高考物理专题精准突破专题实验：验证动量守恒定律【专题诠释】一、实验原理及注意事项注意事项1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2．方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。
(2)若利用摆球进行验证，两摆球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内。
(3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。
(4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球。
3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。
二、数据处理与误差分析【数据处理】由实验测得数据，m1碰撞前后光电计时器测得时间为t1、t′1，m2碰撞前后光电计时器测得时间为t2、t′2，验证表达式m1lt1－m2lt2＝m1lt′1－m2lt′2(l为滑块的长度)是否成立。
误差分析1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。
(1)碰撞是否为一维。
(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。
2．偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。
自作主张自作主张三、实验创新设计将上面四种基本方法进行组合、迁移、可以延伸出多种验证动量守恒的方法．创新角度实验装置图创新解读【高考领航】【2019·浙江选考】小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示，悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰后小球A继续摆动，小球B做平抛运动。
图1 图2（1）小明用游标卡尺测小球A 直径如图2所示，则d =_______mm 。
又测得了小球A 质量m 1，细线长度l ，碰撞前小球A 拉起的角度α和碰撞后小球B 做平抛运动的水平位移x 、竖直下落高度h 。
为完成实验，还需要测量的物理量有：______________________。
冲量和动量守恒讲义(含详细解析)
第五章 动 量一、考纲要求碰撞与动量守恒 动量、动量守恒定律及其应用弹性碰撞和非弹性碰撞Ⅱ Ⅰ 只限于一维 二、知识网络第1讲 冲量 动量 动量定理★一、考情直播1．考纲解读2．考点整合考点一 动量的概念（1）定义：物体的质量和速度的乘积叫做动量，公式：p =mv（2）动量是描述物体运动状态的一个状态量，它与时刻相对应．（3）动量是矢量，它的方向和速度的方向相同．（4）动量的相对性：由于物体的速度与参考系的选取有关，所以物体的动量也与参考系选取有关，因而动量具有相对性．题中没有特别说明的，一般取地面或相对地面静止的物体为参考系．（5）动量的变化：0p p p t -=∆．由于动量为矢量，则求解动量的变化时，其运算遵循平行四边形定则．考纲内容 能力要求考向定位 动量和冲量理解动量的的概念，知道冲量的意义理解动量和冲量都是矢量，会计算一维动量变化理解动量变化和力之间的关系，会用来计算相关问题 考纲对冲量、动量的考查主要集中在对概念的理解和简单应用上，考纲要求为I 级，动量定理在考纲中没有明确提出来，但是在教材中出现了动量定理的表达式，因此要掌握动量定理的一般应用． 冲量、动量、动量定理、动量守恒定律定义：力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量 特征：属于过程量.单位是牛·秒 方向：当力的方向不变，冲量的方向为力的方向 力的方向变化，用替代法判断冲量方向 冲量 动量定理 表述：物体所受合力的冲量等于物体的动量变化 表达式：Ft=P 末-P 初==m v t -m v 0 实际应用：打击问题等 动量守恒定律 表述：一个系统不受外力或者受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变 表达式：22112211v m v m v m v m '+'=+ 实际应用：碰撞，爆炸等动量 定义：物体的质量和速度的乘积叫做动量 特征：①动量是状态量，它与某一时刻相关 ②动量是矢量，其方向质量物体运动速度的方向A 、若初末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算．B 、若初末动量不在同一直线上，则运算遵循平行四边形定则．（6）动量与动能的关系：k mE P 2 ，注意动量是矢量，动能是标量，动量改变，动能不一定改变，但动能改变动量是一定要变的．【例1】如图6-1-1一个质量是0．2kg 的钢球，以2m/s 的速度射到坚硬的大理石板上，立即反弹，速度大小仍为2m/s【解析】取水平向右的方向为正方向，碰撞前钢球的速度v =2m/s ，碰撞前钢球的动量为p =mv =0．2×2kg ·m/s=0．4kg ·m/s碰撞后钢球的速度为v ′= -2m/s ，碰撞后钢球的动量为p ′=mv ′=-0．2×2kg ·m/s=-0．4kg ·m/s ．碰撞前后钢球动量的变化为：Δp =p ˊ-p =-0．4kg ·m/s-0．4 kg ·m/s=-0．8 kg ·m/s且动量变化的方向向左．【规律总结】动量是一个矢量，动量的方向和速度方向相同，所以只要物体的速度大小或方向发生变化，动量就一定发生变化．例如做匀速直线运动的物体其动量是恒量，而做匀速圆周运动的物体，由于速度方向不断在改变，即使其动量大小不变，但因其方向不断改变，所以其动量是一变量．考点二 冲量的概念(1)定义:力和力的作用时间的乘积叫做冲量：I =Ft(2)冲量是描述力的时间积累效应的物理量，是过程量，它与时间相对应．(3)冲量是矢量，它的方向由力的方向决定（不能说和力的方向相同）．如果力的方向在作用时间内保持不变，那么冲量的方向就和力的方向相同．如果力的方向在不断变化，如绳子拉物体做圆周运动，则绳的拉力在时间t 内的冲量，就不能说是力的方向就是冲量的方向．对于方向不断变化的力的冲量，其方向可以通过动量变化的方向间接得出．(4)高中阶段只要求会用I=Ft 计算恒力的冲量．对于变力的冲量，高中阶段只能利用动量定理通过物体的动量变化来求．(5)要注意的是：冲量和功不同．恒力在一段时间内可能不作功，但一定有冲量．特别是力作用在静止的物体上也有冲量．【例2】恒力F 作用在质量为m 的物体上，如图6-1-2所示，由于地面对物体的摩擦力较大，没有被拉动，则经时间t ，下列说法正确的是（ ）A ．拉力F 对物体的冲量大小为零B ．拉力F 对物体的冲量大小为FtC ．拉力F 对物体的冲量大小是Ft cos θD ．合力对物体的冲量大小为零【解析】按照冲量的定义，物体受到恒力F 作用，其冲量为Ft，物体因为静止，合外力为0，所以合力冲量为0．【易错提示】力对物体有冲量作用必须具备力和该力作用下的时间两个条件．只要有力并且作用一段时间，那么该力对物体就有冲量作用，所以冲量是过程量．需要注意的是冲量和功不同．恒力在一段时间内可能图6-1-1 图6-1-2不作功，但一定有冲量．特别是力作用在静止的物体上也有冲量．考点三 动量定理（1）动量定理：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化．既I =Δp（2）动量定理的理解①动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因，冲量是物体动量变化的量度．这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量（或者说是物体所受各外力冲量的矢量和）．②动量定理给出了冲量（过程量）和动量变化（状态量）间的互求关系． ③现代物理学把力定义为物体动量的变化率：t P F ∆∆=（牛顿第二定律的动量形式）． ④动量定理的表达式是矢量式．在一维的情况下，各个矢量必须以同一个规定的方向为正．遇到涉及力、时间和速度变化的问题时．运用动量定理解答往往比运用牛顿运动定律及运动学规律求解简便．应用动量定理解题的思路和一般步骤为：(l)明确研究对象和物理过程；(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况；(3)选取正方向，确定物体在运动过程中始末两状态的动量；(4)依据动量定理列方程、求解．【例3】 一粒钢珠从静止状态开始自由下落，然后陷人泥潭中．若把在空中下落的过程称为过程Ⅰ，进人泥潭直到停止的过程称为过程Ⅱ， 则( )A 、过程I 中钢珠的动量的改变量等于重力的冲量B 、过程Ⅱ中阻力的冲量的大小等于过程I 中重力的冲量的大小C 、I 、Ⅱ两个过程中合外力的总冲量等于零D 、过程Ⅱ中钢珠的动量的改变量等于零【解析】根据动量定理可知，在过程I 中，钢珠从静止状态自由下落．不计空气阻力，小球所受的合外力即为重力，因此钢珠的动量的改变量等于重力的 冲量，选项A 正确；过程I 中阻力的冲量的大小等于过程I 中重力的冲量的大小与过程Ⅱ中重力的冲量的大小之和，显然B 选项不对；在I 、Ⅱ两个过程中，钢珠动量的改变量各不为零．且它们大小相等、方向相反，但从整体看，钢珠动量的改变量为零，故合外力的总冲量等于零，故C 选项正确，D 选项错误．因此，本题的正确选项为A 、C ．【规律总结】这种题本身并不难，也不复杂，但一定要认真审题．要根据题意所要求的冲量将各个外力灵活组合．若本题目给出小球自由下落的高度，可先把高度转换成时间后再用动量定理．当t 1>> t 2时，F >>mg ．（3）简解多过程问题．【例4】一个质量为m=2kg 的物体，在F 1=8N 的水平推力作用下，从静止开始沿水平 面运动了t 1=5s ，然后推力减小为F 2=5N ，方向不变，物体又运动了t 2=4s 后撤去外力，物体再经 过t 3=6s 停下来．试求物体在水平面上所受的摩擦力．【解析】：规定推力的方向为正方向，在物体运动的整个过程中，物体的初动量P 1=0P 2=O ．据动量定理有： 0)((3212211=++-+t t t f t F t F 即：0)645(4558=++-⨯+⨯f Nf 4=【规律总结】由例4可知，合理选取研究过程，能简化解题步骤，提高解题速度．本题也可以用牛顿运动定律求解．同学们可比较这两种求解方法的简繁情况．（4）求解平均力问题【例5】质量是60kg 的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护作用，最后使人悬挂在空中．已知弹性安全带缓冲时间为1．2s ，安全带伸直后长5m ，求安全带所受的平均作用力．（ g= 10m ／s 2）【解析】人下落为自由落体运动，下落到底端时的速度为：gh V 220= s m gh V /1020==∴取人为研究对象，在人和安全带相互作用的过程中，人受到重力mg 和安全带给的冲力 F ，取F 方向为正方向，由动量定理得： Ft =m V —m V 0 所以N tmV mg F 11000=+=，（方向竖直向下） 【注意】 动量定理既适用于恒力作用下的问题，也适用于变力作用下的问题．如果是在变力作用下的问题，由动量定理求出的力是在t 时间内的平均值．（5）求解恒力作用下的曲线运动问题【例6】如图6-1-3所示，以v o ＝10m ／s 2的初速度与水平方向成300角抛出一个质量m ＝2kg 的小球．忽略空气阻力的作用，g 取10m ／s 2．求抛出后第2s 末小球速度的大小．【解析】小球在运动过程中只受到重力的作用，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做匀变速运动，竖直方向应用动量定理得：F y t=m v y -m v y0所以mgt=m v y -(-m v 0．sin300)，解得v y =gt-v 0．sin300=15m/s ．而v x =v 0．cos300=s m /35在第2s 未小球的速度大小为：s m v v v y /310220=+=【注意】在求解曲线运动问题中，一般以动量定理的分量形式建立方程，即：F x t=m v x -m v x0；F y t=m v y -m v y0．（5）求解流体问题【例7】某种气体分子束由质量m=5．4X10-26kg 速度V ＝460m/s 的分子组成，各分子都向同一方向运动，垂直地打在某平面上后又以原速率反向弹回，如分子束中每立方米的体积内有n 0＝1．5X1020个分子，求被分子束撞击的平面所受到的压强．【解析】设在△t 时间内射到 S 的某平面上的气体的质量为ΔM ，则： m n tS V M 0.∆=∆取ΔM 为研究对象，受到的合外力等于平面作用到气体上的压力F 以V 方向规定为正方向，由动量定理得:-FΔt=ΔMV-(-ΔM ．V)，解得Sm n V F 022-=，平面受到的压强P 为： a P m n V S F P 428.32/02===【注意】处理有关流体(如水、空气、高压燃气等)撞击物体表面产生冲力（或压强）的问题，可以说非动量定理莫属．解决这类问题的关键是选好研究对象，一般情况下选在极短时间△t 内射到物体表面上的流体为研究对象（6）对系统应用动量定理．【例8】如图6-1-4所示， 质量为M 的汽车带着质量为m 的拖车在平直公路上以加速度a 匀加速前进，当速度为V 0时拖车突然与汽车脱钩，到拖车停下瞬间司机才发现．若汽车的牵引力一直未变，车与路面的动摩擦因数为μ，那么拖车刚停下时，汽车的瞬时速度是多大？V 0 300图6-1-3 m V 0 V /图6-1-M图6-1-4【解析】以汽车和拖车系统为研究对象，全过程系统受的合外力始终为()a m M +，该过程经历时间为V 0/μg ，末状态拖车的动量为零．全过程对系统用动量定理可得：()()()()0/0/0,V Mgg a m M V V m M MV g V a m M μμμ++=∴+-=⋅+ 【注意】这种方法只能用在拖车停下之前．因为拖车停下后，系统受的合外力中少了拖车受到的摩擦力，因此合外力大小不再是()a m M +．★二、高考热点探究一般而言，高考中对冲量、动量的考查主要集中在对概念的理解和简单应用，动量定理的一般应用及对现象的解析【真题1】一位质量为m 的运动员从下蹲状态向上起跳，经Δt 时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v ．在此过程中，（ ）A ．地面对他的冲量为mv +mg Δt ，地面对他做的功为21mv 2 B ．地面对他的冲量为mv+mg Δt ，地面对他做的功为零C ．地面对他的冲量为mv ，地面对他做的功为21mv 2 D ．地面对他的冲量为mv －mg Δt ，地面对他做的功为零【解析】取运动员为研究对象，由动量定理得：()0-=∆-mv t mg F ，即t mg mv t F I ∆+=∆=，运动员地面没有离开地面，地面对运动员的弹力做功为零．所以B 选项正确．【点评】本题考查了考生对冲量和功这两个概念的理解，冲量和功都是过程量，但决定因素不一样，冲量是力在时间上的积累，而功是力在空间上的积累．【真题2】如图6-1-5所示，一质量为m 的小球，以初速度0v 沿水平方向射出，恰好垂直地射到一倾角为300的固定斜面上，并立即反方向弹回．已知反弹速度的大小是入射速度大小的43，求在碰撞中斜面对小球的冲量大小．【解析】小球在碰撞斜面前做平抛运动．设刚要碰撞斜面时小球速度为v ．由题意，v 的方向与竖直线的夹角为30°，且水平分量仍为v 0，如图．由此得v ＝2v 0 ，碰撞过程中，小球速度由v 变为反向的.43v 碰撞时间极短，可不计重力的冲量，由动量定理，斜面对小球的冲量为 mv v m I +=)43( ，图6-1-5由①、②得 027mv I = 【点评】本题考查了考生应用动量定理处理变力的冲量的能力，在应用动量定理的时候一定要注意其矢量性．【真题3】如图6-1-6一倾角为θ＝45°的斜面固定于地面，斜面顶端离地面的高度h 0＝1m ，斜面底端有一垂直于斜而的固定挡板．在斜面顶端自由释放一质量m ＝0.09kg 的小物块（视为质点）．小物块与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.2．当小物块与挡板碰撞后，将以原速返回．重力加速度g ＝10 m/s 2．在小物块与挡板的前4次碰撞过程中，挡板给予小物块的总冲量是多少？【解析】解法一：设小物块从高为h 处由静止开始沿斜面向下运动，到达斜面底端时速度为v ． 由功能关系得θθμsin cos 212h mg mv mgh +=① 以沿斜面向上为动量的正方向．按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量)(v m mv I --= ②设碰撞后小物块所能达到的最大高度为h’，则θθμsin cos 212h mg h mg mv '+'= ③ 同理，有 θθμsin cos 212h mg v m h mg '+'=' ④ )(v m v m I '--'=' ⑤式中，v’为小物块再次到达斜面底端时的速度，I’为再次碰撞过程中挡板给小物块的冲量．由①②③④⑤式得kI I =' ⑥式中 μθμθ+-=t a n t a n k ⑦ 由此可知，小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数，首项为)c o t 1(2201θμ-=gh m I ⑧总冲量为 )1(3214321k k k I I I I I I +++=+++= ⑨由 )11112kk k k k nn --=⋯+++- ⑩ 得 )cot 1(221104θμ---=gh m kk I ⑾ 代入数据得 )63(43.0+=I N·s ⑿解法二：设小物块从高为h 处由静止开始沿斜面向下运动，小物块受到重力，斜面对它的摩擦力和支持力，小物块向下运动的加速度为a ，依牛顿第二定律得ma mg mg =-θμθcos sin ①设小物块与挡板碰撞前的速度为v ，则 θsin 22h a v = ② 以沿斜面向上为动量的正方向．按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量为)(v m mv I --= ③图6-1-6由①②③式得)cot 1(221θμ-=gh m I ④设小物块碰撞后沿斜面向上运动的加速度大小为a’， 依牛顿第二定律有a m mg mg '=-θμθcos sin ⑤ 小物块沿斜面向上运动的最大高度为θsin 22a v h '=' ⑥ 由②⑤⑥式得 h k h 2=' ⑦式中 μθμθ+-=tan tan k ⑧ 同理，小物块再次与挡板碰撞所获得的冲量)cot 1(22θμ-'='h g m I ⑨由④⑦⑨式得 kI I =' ⑩由此可知，小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数，首项为)c o t 1(2201θμ-=gh m I ⑾总冲量为 )1(3214321k k k I I I I I I +++=+++= ⑿由 )11112k k k k k nn --=⋯+++- ⒀得 )cot 1(221104θμ---=gh m kk I ⒁ 代入数据得 )63(43.0+=I N·s ⒂★三、抢分频道◇限时基础训练（20分钟）班级 姓名 成绩1．篮球运动员接传来的篮球时，通常要先伸出两臂迎接，手接触到球后，两臂随球迅速引至胸前．这样做可以（ ）A ．减小球对手的冲量B ．减小球的动量变化率C ．减小球的动量变化量D ．减小球的动能变化量1．【答案】B ．这样接球目的是为了通过延长作用时间减少篮球对运动员的作用力，即动量变化率tP F ∆∆=． 2．玻璃茶杯从同一高度掉下，落在水泥地上易碎，落在海锦垫上不易碎，这是因为茶杯与水泥地撞击过程中（ ）A ．茶杯动量较大B ．茶杯动量变化较大C ．茶杯所受冲量较大D ．茶杯动量变化率较大2．【答案】D ．玻璃杯从同一高度落下掉在石头作用时间短，动量变化相同，所以作用力大．3．质量为m 的钢球自高处落下，以速率v 1碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短，离地的速率为v 2．在碰撞过程中，钢球受到的冲量的方向和大小为（ ）A ．向下，m(v 1－v 2）B ．向下，m(v 1＋v 2）C ．向上，m(v 1－v 2）D ．向上，m(v 1＋v 2）3．【答案】D ．钢球落地前瞬间的动量（初动量）为mv 1，方向竖直向下．经地面作用后其动量变为mv 2，方向竖直向上．设竖直向上为正方向，据动量变化△P =P '-P 得：△P = mv 2-（- mv 1）= m (v 1+v 2)，因地面对钢球的作用力竖直向上，所以其冲量方向也竖直向上．4．质量为5 kg 的物体，原来以v=5 m/s 的速度做匀速直线运动，现受到跟运动方向相同的冲量15 N·s 的作用，历时4 s ，物体的动量大小变为（ ）A ．80 kg·m/sB ．160 kg·m/sC ．40 kg·m/s D．10 kg·m/s4．【答案】C ．取初速度方向为正方向，由动量定理mv v m Ft -'=代入数据可得Ｃ．5．一物体竖直向上抛出，从开始抛出到落回抛出点所经历的时间是t ，上升的最大高度是H ，所受空气阻力大小恒为F ，则在时间t 内（ ）A ．物体受重力的冲量为零B ．在上升过程中空气阻力对物体的冲量比下降过程中的冲量小C ．物体动量的增量大于抛出时的动量D ．物体机械能的减小量等于FH5．【答案】BC ．由运动学知，上升的时间大于下降的时间，根据冲量定义Ft I =，可知A 错B 对；取竖直向上为正，物体动量的增量()()mv v v m mv v m p 〉'+=--'=∆，故C 正确；由于阻力做功等于2FH ，故D 错误．6．如图6-1-7（甲），物体A 和B 用轻绳相连挂在轻质弹簧下静止不动，A 的质量为m ，B 的质量为M ，当连接A 、B 的绳突然断开后，物体A 上升经某一位置时的速度大小为v ，这时物体B 下落的速度大小为u ，如图（乙）所示．在这段时间里，弹簧的弹力对物体A 的冲量（ ） A. mv B. mv Mu - C. mv Mu + D. mv mu +6．【答案】D ．分别以A 、B 为研究对象，由动量定理得Mu Mgt mv mgt I ==-21，，两物体的运动具有同时性，则21t t =，所以mv mu I +=．7．如图6-1-8所示，两个质量相等的物体在同一高度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止自由滑下，到达斜面底端的过程中，两个物体具有的相同的物理量是（ ）AB C D ．以上几个量都不同7．【答案】D ．角度不同，所用的时间不同，速度方向不同，到达所以到底端的速度水平分量也不同，动量就不同，重力的冲量也不同，故Ｄ正确．8．质点所受的力F 随时间变化的规律如图6-1-9所示，力的方向始终在一直线上．已知t ＝0时质点的速度为零．在图示t 1、t 2、t 3和t 4各时刻中，哪一时刻质点的速度最大（ ）A ．t 1B ．t 2C ．t 3D ．t 4８．【答案】0～t2阶段，冲量为正，t 2～t 4阶段，冲量为负，由动量定理判断t 2时刻“面积”最大，动量最大，进而得出t 2时刻速度最大.９．粗糙水平面上物体在水平拉力F 作用下从静止起加速运动，经过时间t 撤去F ，在阻力f 作用下又经3t 停下，则F ：f 为（ ）A ．3：1B ．4：1C ．1：4D ．1；3８．【答案】Ｂ．用全过程法求解即可，04=⋅-t f Ft ，1:4:=f F ，故Ｂ正确．图6-1-7图6-1-8 图6-1-7 图6-1-810．（2001年京、皖、蒙春季高考试题）质量为m =0．10 kg 的小钢球以v 0=10 m/s 的水平速度抛出，下落h =5 m 时撞击一钢板，撞后速度恰好反向，则钢板与水平面的夹角θ=_______．刚要撞击钢板时小球的动量大小为_______．(取g =10 m/s 2)10．【答案】45°；2kg ·m/s 小球撞击后速度恰好反向，说明撞击前速度与钢板垂直．利用这一结论可求得钢板与水平面的夹角θ=45°，利用平抛运动规律（或机械能守恒定律）可求得小球与钢板撞击前的速度大小v=2v0=102m/s ，因此其动量的大小为p=mv=2kg ·m/s ．◇基础提升训练1．质量不等的两个物体静止在光滑的水平面上，两物体在外力作用下，获得相同的动能.下面的说法中正确的是（ ）A.质量小的物体动量变化大B.质量大的物体受的冲量大C.质量大的物体末动量小D.质量大的物体动量变化率一定大1．【答案】B ．根据p =mv =k 2mE 知，两物体在外力的作用下获得相等的动能，质量大的物体获得的动量大，则其所受的冲量大，B 选项正确，A 、C 选项错.根据题目条件无法比较动量变化率的大小，D 选项错． 2．沿同一直线，甲、乙两物体分别在阻力F 1、F 2作用下做直线运动，甲在t 1时间内，乙在t 2时间内动量p 随时间t 变化的p －t 图象如图6-1-10所示.设甲物体在t 1时间内所受到的冲量大小为I 1，乙物体在t 2时间内所受到的冲量大小为I 2，则两物体所受外力F 及其冲量I 的大小关系是（ ）A.F 1＞F 2，I 1=I 2B.F 1＜F 2，I 1＜I 2C.F 1＞F 2，I 1＞I 2D.F 1=F 2，I 1=I 2 2．【答案】A ．由F =t p ∆∆知F 1＞F 2.由Ft =Δp 知I 1=I 2． 3．质量为m 的小球从h 高处自由下落，与地面碰撞时间为Δt ，地面对小球的平均作用力为F ，取竖直向上为正方向，在与地面碰撞过程中（ ）A.重力的冲量为mg （gh 2+Δt ） B.地面对小球作用力的冲量为F ·ΔtC.合外力对小球的冲量为（mg +F ）·ΔtD.合外力对小球的冲量为（mg －F ）·Δt３．【答案】B ．在与地面碰撞过程中，取竖直向上为正方向，重力的冲量为－mg Δt ，合外力对小球的冲量为（F －mg ）Δt ，故正确选项应为Ｂ．４．一个物体同时受到两个力F 1、F 2的作用，F 1、F 2与时间的关系如图6-1-11所示，如果该物体从静止开始运动，当该物体具有最大速度时，物体运动的时间是_______s ，该物体的最大动量值是_______kg ·m/s.４．【答案】5，25．由图象知t =5 s 时，F 1、F 2大小相等，此后F 2＞F 1，物体开始做减速运动，故t =5 s 时速度最大.由I =Ft 知，F －t 图象中图线与时间轴所围面积为力的冲量，所以，前5 s 内F 1、F 2的冲量分别为I 1=37.5 N ·s ，I 2=－12.5 N ·s ，所以，前5 s 内合力的冲量为I =I 1+I 2=25 N ·s ，由动量定理知，物体在p t t t O 12甲 乙 图6-1-10 t /s F /NO 1010-105F F 12 图6-1-11前5 s 内增加的动量，也就是从静止开始运动后5 s 末的动量，为25 kg ·m/s.◇能力提升训练1. 如图6-1-12所示，一铁块压着一纸条放在水平桌面上，当以速度v 抽出纸条后，铁块掉在地上的P 点.若以2v 速度抽出纸条，则铁块落地点为（ ）A.仍在P 点B.在P 点左边C.在P 点右边不远处D.在P 点右边原水平位移的两倍处1．【答案】B ．纸条抽出的过程，铁块所受的滑动摩擦力一定，以v 的速度抽出纸条，铁块所受滑动摩擦力的作用时间较长，铁块获得速度较大，平抛运动的水平位移较大.以2v 的速度抽出纸条的过程，铁块受滑动摩擦力作用时间较短，铁块获得速度较小，平抛运动的位移较小，故B 选项正确．2.如图6-1-13所示，质量为m 的小球在竖直光滑圆形内轨道中做圆周运动，周期为T ，则（ ） ①每运转一周，小球所受重力的冲量的大小为0②每运转一周，小球所受重力的冲量的大小为mgT③每运转一周，小球所受合力的冲量的大小为0④每运转半周，小球所受重力的冲量的大小一定为mgT /2以上结论正确的是 A.①④ B.②③ C.②③④ D.①③④ 2．【答案】B ．重力为恒力，故物体每转一周重力的冲量为mgT .由于物体做的是非匀速圆周运动，故转半周的时间不一定是21T ，所以，重力的冲量也不一定是mg 2T .每转一周，物体的动量变化量为零，故合外力的冲量为零.选项B 正确．3．如图6-1-14，质量分别为m A 、m B 的木块叠放在光滑的水平面上，在A 上施加水平恒力F ，使两木块从静止开始做匀加速运动，A 、B 无相对滑动，则经过t s ，木块A 所受的合外力的冲量为_______，木块B 的动量的增量Δp 为_______.3．【答案】B A A m m Ft m +，BA B m m Ft m +.因A 、B 之间无相对运动，可把A 、B 看作一个整体，由牛顿第二定律有F =（m A +m B ）a 得：a =B A m m F + ，木块A 所受的合外力F A ＝B A A m m F m +，木块A 所受合外力的冲量I A ＝B A A m m Ft m + ，木块B 动量的增量Δp B ＝BA B m m Ft m +． 4．质量m =5 kg 的物体在恒定水平推力F =5 N 的作用下，自静止开始在水平路面上运动，t 1=2 s 后，撤去力F ，物体又经t 2=3 s 停了下来.求物体运动中受水平面滑动摩擦力的大小.4．【解析】：因物体在水平面上运动，故只需考虑物体在水平方向上受力即可，在撤去力F 前，物体在水平方向上还受方向与物体运动方向相反的滑动摩擦力F f ，撤去力F 后，物体只受摩擦力F f .取物体运动方向为正方向.方法一：设撤去力F 时物体的运动速度为v .对于物体自静止开始运动至撤去力F 这一过程，由动量定理v 纸条铁块P图6-1-12 图6-1-13B A F图6-1-14有 （F －F f ）t 1=mv对于撤去力F 直至物体停下这一过程，由动量定理有 （－F f ）t 2=0－mv联立解得运动中物体所受滑动摩擦力大小为 F f =211t t Ft +=2 N. 说明：式①②中F f 仅表示滑动摩擦力的大小，F f 前的负号表示F f 与所取正方向相反.方法二：将物体整个运动过程视为在一变化的合外力作用下的运动过程.在时间t 1内物体所受合外力为（F －F f ），在时间t 2内物体所受合外力为－F f ，整个运动时间（t 1+t 2）内，物体所受合外力冲量为（F －F f ）t 1+（－F f ）t 2.对物体整个运动过程应用动量定理有（F －F f ）t 1+（－F f ）t 2=0解得F f =211t t Ft +=2 N. 5．有一宇宙飞船，它的正面面积S =0.98 m 2，以v =2×103 m/s 的速度飞入一宇宙微粒尘区，此尘区每立方米空间有一个微粒，微粒的平均质量m =2×10－7 kg.要使飞船速度保持不变，飞船的牵引力应增加多少?（设微粒与飞船外壳碰撞后附于飞船上）.5．解析：微粒尘由静止至随飞船一起运动，微粒的动量增加量是飞船对微粒作用的效果，设增加的牵引力为F ，依动量定理列方程Ft =nmv －0，即微粒对飞船的冲量大小也为Ft ，其中n =V Svt =1Svt ，F =t nmv =1Svt ·t mv =Smv 2=0.98×2×10－7×（2×103）2 N=0.78 N. 欢迎您的光临，W ord 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高考物理重点专题讲解及突破07 碰撞与动量守恒(含解析)-人教版高三全册物理试题
2020-2021年高考物理重点专题讲解与突破07：碰撞与动量守恒超重点1：动量定理的应用一、动量1．定义：运动物体的质量和速度的乘积叫作物体的动量，通常用p来表示．2．表达式：p＝mv.3．单位：kg·m/s.4．标矢性：动量是矢量，其方向和速度方向一样．5．动量、动能、动量变化量的比拟※考点一对动量、冲量的理解与计算1．冲量和动量的比拟2.(1)冲量和功都是过程量．冲量是表示力对时间的积累作用，功表示力对位移的积累作用．(2)冲量是矢量，功是标量．(3)力作用的冲量不为零时，力做的功可能为零；力做的功不为零时，力作用的冲量一定不为零．[题组突破训练]1．(2020·福建漳州模拟)一个质量是5 kg的小球以5 m/s的速度竖直落到地板上，随后以3 m/s的速度反向弹回．假设取竖直向下的方向为正方向，如此小球动量的变化量是( )A．10 kg·m/s B．－10 kg·m/sC．40 kg·m/s D．－40 kg·m/s【解析】以向下为正方向，如此初动量p1＝mv1＝25 kg·m/s，末动量p2＝－mv2＝－15 kg·m/s，如此Δp＝p2－p1＝－40 kg·m/s，选项D正确．【答案】D2.如下列图，质量为m的小滑块沿倾角为θ的斜面向上滑动，经过时间t1，速度为零并又开始下滑，经过时间t2回到斜面底端，滑块在运动过程中受到的摩擦力大小始终为F f.在整个运动过程中，重力对滑块的总冲量为( )A．mg(t1＋t2)sin θB．mg(t1－t2)sin θC．mg(t1＋t2) D．0【解析】物体整个运动过程的总时间t＝t1＋t2，故由冲量的定义可知重力的冲量I＝mg(t1＋t2)，选项C正确．【答案】C※考点二对动量定理的理解与应用1．理解动量定理的要点(1)应用动量定理时研究对象既可以是单一物体，也可以是系统，当为系统时不考虑内力的冲量．(2)求合力的冲量的方法有两种：第一先求合力再求合力冲量，第二求出每个力的冲量再对冲量求和．(3)动量定理是矢量式，列方程之前先规定正方向．2.用动量定理解释现象(1)Δp一定时，F的作用时间越短，力就越大；时间越长，力就越小．(2)F一定，此时力的作用时间越长，Δp就越大；力的作用时间越短，Δp就越小．分析问题时，要把哪个量一定，哪个量变化搞清楚．3．动量定理的两个重要应用(1)应用I＝Δp求变力的冲量．如果物体受到大小或方向改变的力的作用，如此不能直接用I＝Ft求变力的冲量，可以求出该力作用下物体动量的变化量Δp ，等效代换为力的冲量I .(2)应用Δp ＝F Δt 求动量的变化量．例如，在曲线运动中，速度方向时刻在变化，求动量变化(Δp ＝p 2－p 1)需要应用矢量运算方法，计算比拟复杂，如果作用力是恒力，可以求恒力的冲量，等效代换动量的变化量．【典例】 一高空作业的工人重为600 N ，系一条长为L ＝5 m 的安全带，假设工人不慎跌落时安全带的缓冲时间t ＝1 s ，如此安全带受的冲力是多少？(g 取10 m/s 2)【解析】 方法一：程序法依题意作图，如下列图，设工人刚要拉紧安全带时的速度为v 1， 如此v 21＝2gL ，得v 1＝2gL 经缓冲时间t ＝1 s 后速度变为0，取向下为正方向，对工人由动量定理知，工人受两个力作用，即拉力F 和重力mg .所以(mg －F )t ＝0－mv 1，F ＝mgt ＋mv 1t将数值代入得F ＝1 200 N.由牛顿第三定律，工人给安全带的冲力F ′为1 200 N ，方向竖直向下． 方法二：全过程整体法在整个下落过程中对工人应用动量定理，在整个下落过程中，重力的冲量大小为mg ·( 2L g＋t )，拉力F 的冲量大小为Ft .初、末动量都是零，取向下为正方向，由动量定理得mg (2Lg＋t )－Ft ＝0解得F ＝mg2Lg ＋tt＝1 200 N.由牛顿第三定律知工人给安全带的冲力F ′＝F ＝1 200 N ，方向竖直向下． 【答案】1 200 N[题组突破训练]1．一个质量为m ＝100 g 的小球从h ＝0.8 m 的高处自由下落，落到一个厚软垫上，假设从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了t ＝0.2 s ，规定竖直向下的方向为正，如此在这段时间内，软垫对小球的冲量为(取g ＝10 m/s 2)( )A ．0.6 N ·sB ．0.4 N ·sC ．－0.6 N ·sD ．－0.4 N ·s【解析】设小球自由下落h ＝0.8 m 的时间为t 1，由h ＝12gt 2得t 1＝2hg＝0.4 s.如设I N 为软垫对小球的冲量，并令竖直向下的方向为正方向，如此对小球整个运动过程运用动量定理得mg (t 1＋t )＋I N ＝0，解得I N ＝－0.6 N ·s.负号表示软垫对小球的冲量方向和重力的方向相反．应当选项C 正确． 【答案】C2．一艘帆船在湖面上顺风航行，在风力的推动下做速度为v 0＝4 m/s 的匀速直线运动．假设该帆船在运动状态下突然失去风力的作用，如此帆船在湖面上做匀减速直线运动，经过t ＝8 s 才可静止．该帆船的帆面正对风的有效面积为S ＝10 m 2，帆船的总质量约为M ＝936 kg.假设帆船在航行过程中受到的阻力恒定不变，空气的密度为ρ＝1.3 kg/m 3，在匀速行驶状态下估算：(1)帆船受到风的推力F 的大小； (2)风速的大小v .【解析】(1)风突然停止，帆船只受到阻力F f 的作用，做匀减速直线运动，设帆船的加速度为a ，如此a ＝0－v 0t＝－0.5 m/s 2根据牛顿第二定律有－F f ＝Ma ，所以F f ＝468 N 如此帆船匀速运动时，有F －F f ＝0 解得F ＝468 N.(2)设在时间t 内，正对着吹向帆面的空气的质量为m ，根据动量定理有－Ft ＝m (v 0－v ) 又m ＝ρS (v －v 0)t 所以Ft ＝ρS (v －v 0)2t 解得v ＝10 m/s.【答案】(1)468 N (2)10 m/s3.(2015·高考安徽卷)一质量为0.5 kg 的小物块放在水平地面上的A 点，距离A 点5 m 的位置B 处是一面墙，如下列图．一物块以v 0＝9 m/s 的初速度从A 点沿AB 方向运动，在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7 m/s ，碰后以6 m/s 的速度反向运动直至静止．g 取10 m/s 2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ；(2)假设碰撞时间为0.05 s ，求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F ；(3)求物块在反向运动过程中抑制摩擦力所做的功W .【解析】(1)对小物块从A 运动到B 处的过程中，应用动能定理，有 －μmgs ＝12mv 2－12mv 20①代入数值解得μ＝0.32.②(2)取向右为正方向，碰后滑块速度v ′＝－6 m/s 由动量定理得F Δt ＝mv ′－mv ③ 解得F ＝－130 N ④其中“－〞表示墙面对物块的平均力方向向左． (3)对物块反向运动过程中应用动能定理得 －W ＝0－12mv ′2⑤解得W ＝9 J.【答案】(1)0.32 (2)130 N (3)9 J一、动量守恒定律 1．动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变． (2)四种表达式①p ＝p ′，系统相互作用前总动量p 等于相互作用后的总动量p ′.②m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和．③Δp 1＝－Δp 2，相互作用的两个物体动量的增量等大反向． ④Δp ＝0，系统总动量的增量为零． 2．动量守恒定律的应用条件不受外力或所受外力的合力为零，不是系统内每个物体所受的合外力都为零，更不能认为系统处于平衡状态．二、弹性碰撞和非弹性碰撞超重点2：动量守恒定律与其应用1．碰撞：碰撞是指物体间的相互作用持续时间很短，而物体间相互作用力很大的现象．2．特点：在碰撞现象中，一般都满足内力远大于外力，可认为相互碰撞的系统动量守恒．3．分类动量是否守恒机械能是否守恒弹性碰撞守恒守恒非弹性碰撞守恒有损失完全非弹性碰撞守恒损失最大4.反冲(1)在某些情况下，原来系统内物体具有一样的速度，发生相互作用后各局部的末速度不再一样而分开．这类问题相互作用的过程中系统的动能增大，且常伴有其他形式能向动能的转化．(2)反冲运动的过程中，如果合外力为零或外力的作用远小于物体间的相互作用力，可利用动量守恒定律来处理．5．爆炸问题：爆炸与碰撞类似，物体间的相互作用力很大，且远大于系统所受的外力，所以系统动量守恒，爆炸过程中位移很小，可忽略不计，作用后从相互作用前的位置以新的动量开始运动．※考点一动量守恒的条件与应用1．动量守恒的条件(1)理想守恒：系统不受外力或所受外力的矢量和为零，如此系统动量守恒．(2)近似守恒：系统受到的外力矢量和不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．(3)某一方向上守恒：系统在某个方向上所受外力矢量和为零时，系统在该方向上动量守恒．2．动量守恒定律的“六种〞性质系统性研究对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统条件性首先判断系统是否满足守恒条件相对性公式中v1、v2、v1′、v2′必须相对于同一个惯性系公式中v1、v2是在相互作用前同一时刻的速度，v1′、v2′是相互作用后同一时刻同时性的速度矢量性应先选取正方向，但凡与选取的正方向一致的动量为正值，相反为负值普适性不仅适用低速宏观系统，也适用于高速微观系统[题组突破训练]1．一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A并留在其中，A、B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如下列图，如此在子弹打击木块A 与弹簧被压缩的过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统( )A ．动量守恒，机械能守恒B ．动量不守恒，机械能守恒C ．动量守恒，机械能不守恒D ．无法判定动量、机械能是否守恒【解析】动量守恒的条件是系统不受外力或所受外力的合力为零，此题中子弹、两木块、弹簧组成的系统，水平方向上不受外力，竖直方向上所受外力的合力为零，所以动量守恒．机械能守恒的条件是除重力、弹力对系统做功外，其他力对系统不做功，此题中子弹射入木块的过程中有局部机械能转化为内能(发热)，所以系统的机械能不守恒．故C 正确，A 、B 、D 错误．【答案】C2．如图，质量为M 的小船在静止水面上以速率v 0向右匀速行驶，一质量为m 的救生员站在船尾，相对小船静止．假设救生员以相对水面速率v 水平向左跃入水中，如此救生员跃出后小船的速率为( )A ．v 0＋m M vB ．v 0－m M vC ．v 0＋m M(v 0＋v )D ．v 0＋m M(v 0－v )【解析】设水平向右为正方向，根据动量守恒定律，对救生员和船有(M ＋m )v 0＝－mv ＋Mv x ，解得v x ＝v 0＋mM(v 0＋v )，选项C 正确．【答案】C3.如下列图，人站在滑板A 上，以v 0＝3 m/s 的速度沿光滑水平面向右运动．当靠近前方的横杆时，人相对滑板竖直向上起跳越过横杆，A 从横杆下方通过，与静止的滑板B 发生碰撞并粘在一起，之后人落到B 上，与滑板一起运动，人、滑板A 和滑板B 的质量分别为m 人＝70 kg 、m A ＝10 kg 和m B ＝20 kg ，求：(1)A 、B 碰撞过程中，A 对B 的冲量的大小和方向； (2)人最终与滑板的共同速度的大小． 【解析】(1)A 、B 碰撞过程中，由动量守恒有m A v 0＝(m A ＋m B )v 1代入数据解得v 1＝1 m/s由动量定理得，A 对B 的冲量I ＝m B v 1＝20 N ·s方向水平向右．(2)对人、A、B组成的系统进展全过程分析，由动量守恒有(m人＋m A)v0＝(m人＋m A＋m B)v代入数据解得v＝2.4 m/s【答案】(1)20 N·s 水平向右(2)2.4 m/s※考点二碰撞问题的分析1．碰撞现象满足的规律(1)动量守恒定律．(2)机械能不增加．(3)速度要合理．①假设碰前两物体同向运动，如此应有v后>v前，碰后原来在前的物体速度一定增大，假设碰后两物体同向运动，如此应有v前′≥v后′.②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变．2．弹性碰撞的结论两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒．以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例，如此有m1v1＝m1v1′＋m2v2′1 2m1v21＝12m1v1′2＋12m2v2′2解得v1′＝m1－m2v1m1＋m2，v2′＝2m1v1m1＋m2结论：(1)当m1＝m2时，v1′＝0，v2′＝v1(质量相等，速度交换)；(2)当m1＞m2时，v1′＞0，v2′＞0，且v2′＞v1′(大碰小，一起跑)；(3)当m1＜m2时，v1′＜0，v2′＞0(小碰大，要反弹)；(4)当m1≫m2时，v1′＝v1，v2′＝2v1(极大碰极小，大不变，小加倍)；(5)当m1≪m2时，v1′＝－v1，v2′＝0(极小碰极大，小等速率反弹，大不变)．[典例1] 如图甲所示，光滑水平面上有P、Q两物块，它们在t＝4 s时发生碰撞，图乙是两者的位移—时间图象，物块P的质量为m P＝1 kg，由此可知( )A．碰撞前P的动量为16 kg·m/sB．两物块的碰撞可能为弹性碰撞C．物块Q的质量为4 kgD．两物块碰撞过程中P对Q作用力的冲量是3 N·s【解析】根据位移—图象可知，碰撞前P的速度v0＝4 m/s，碰撞前P的动量为p0＝m P v0＝4 kg·m/s，选项A错误．根据位移—图象，碰撞后二者速度一样，说明碰撞为完全非弹性碰撞，选项B错误．碰撞后，二者的共同速度v＝1 m/s，由动量守恒定律，m P v0＝(m P＋m Q)v，解得m Q＝3 kg，选项C错误．由动量定理，两物块碰撞过程中P对Q作用力的冲量是I＝Δp Q＝m Q v＝3 N·s，选项D正确．【答案】D[题组突破训练]1.(多项选择)如下列图，动量分别为p A＝12 kg·m/s、p B＝13 kg·m/s的两个小球A、B在光滑的水平面上沿一直线向右运动，经过一段时间后两球发生正碰，分别用Δp A、Δp B表示两小球动量的变化量，如此如下选项中可能正确的答案是( ) A．Δp A＝－3 kg·m/s，Δp B＝3 kg·m/sB．Δp A＝－2 kg·m/s，Δp B＝2 kg·m/sC．Δp A＝－ 24 kg·m/s，Δp B＝24 kg·m/sD．Δp A＝3 kg·m/s，Δp B＝－3 kg·m/s【解析】此题属于追与碰撞问题，碰前，后面运动物体的速度一定要大于前面运动物体的速度(否如此无法实现碰撞)，碰后，前面物体的动量增大，后面物体的动量减小，减小量等于增大量，所以Δp A<0，Δp B>0，并且Δp A＝－Δp B.据此可排除选项D；假设Δp A＝－24 kg·m/s、Δp B＝24 kg·m/s，碰后两球的动量分别为p A′＝－12 kg·m/s、p B′＝37 kg·m/s，根据关系式E k＝p22m可知，A球的质量和动量大小不变，动能不变，而B球的质量不变，但动量增大，所以B球的动能增大，这样系统的机械能比碰前增大了，选项C可以排除；经检验，选项A、B满足碰撞遵循的三个原如此．【答案】AB2.(2015·高考全国卷Ⅰ)如图，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间．A的质量为m，B、C的质量都为M，三者均处于静止状态．现使A以某一速度向右运动，求m和M之间应满足什么条件，才能使A只与B、C各发生一次碰撞．设物体间的碰撞都是弹性的．【解析】A 向右运动与C 发生第一次碰撞，碰撞过程中，系统的动量守恒、机械能守恒．设速度方向向右为正，开始时A 的速度为v 0，第一次碰撞后C 的速度为v C 1，A 的速度为v A 1.由动量守恒定律和机械能守恒定律得mv 0＝mv A 1＋Mv C 1①12mv 20＝12mv 2A 1＋12Mv 2C 1② 联立①②式得v A 1＝m －M m ＋Mv 0③v C 1＝2m m ＋Mv 0④如果m ＞M ，第一次碰撞后，A 与C 速度同向，且A 的速度小于C 的速度，不可能与B 发生碰撞；如果m ＝M ，第一次碰撞后，A 停止，C 以A 碰前的速度向右运动，A 不可能与B 发生碰撞；所以只需考虑m ＜M 的情况．第一次碰撞后，A 反向运动与B 发生碰撞．设与B 发生碰撞后，A 的速度为v A 2，B 的速度为v B 1，同样有v A 2＝m －M m ＋M v A 1＝(m －M m ＋M)2v 0⑤根据题意，要求A 只与B 、C 各发生一次碰撞，应有v A 2≤v C 1⑥联立④⑤⑥式得m 2＋4mM －M 2≥0解得m ≥(5－2)M另一解m ≤－(5＋2)M 舍去． 所以，m 和M 应满足的条件为 (5－2)M ≤m ＜M . 【答案】(5－2)M ≤m ＜M3．如图甲所示，物块A 、B 的质量分别是m A ＝4.0 kg 和m B ＝3.0 kg.用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，物块B 右侧与竖直墙相接触．另有一物块C 从t＝0时以一定速度向右运动，在t ＝4 s 时与物块A 相碰，并立即与A 粘在一起不再分开，物块C 的v t 图象如图乙所示．求：(1)物块C的质量m C；(2)B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能E p.【解析】(1)由图知，C与A碰前速度为v1＝9 m/s，碰后速度为v2＝3 m/s，C与A碰撞过程动量守恒．m C v1＝(m A＋m C)v2即m C＝2 kg.(2)12 s时B离开墙壁，之后A、B、C与弹簧组成的系统动量和机械能守恒，且当A、C与B的速度相等时，弹簧弹性势能最大(m A＋m C)v3＝(m A＋m B＋m C)v41 2(m A＋m C)v23＝12(m A＋m B＋m C)v24＋E p得E p＝9 J【答案】(1)2 kg (2)9 J※考点三爆炸、反冲问题1．对反冲现象的三点说明(1)系统内的不同局部在强大内力作用下向相反方向运动，通常用动量守恒来处理．(2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总机械能增加．(3)反冲运动中平均动量守恒．2．爆炸现象的三个规律(1)动量守恒：由于爆炸是在极短的时间内完成的，爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力，所以在爆炸过程中，系统的总动量守恒．(2)动能增加：在爆炸过程中，由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能，所以爆炸后系统的总动能增加．(3)位置不变：爆炸的时间极短，因而作用过程中，物体产生的位移很小，一般可忽略不计，可以认为爆炸后仍然从爆炸前的位置以新的动量开始运动．[题组突破训练]1．(2017·高考全国卷Ⅰ)将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s 的速度从火箭喷口在很短时间内喷出．在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)( )A ．30 kg ·m/sB ．5.7×102kg ·m/s C ．6.0×102kg ·m/sD ．6.3×102kg ·m/s【解析】燃气从火箭喷口喷出的瞬间，火箭和燃气组成的系统动量守恒，设燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为p ，根据动量守恒定律，可得p －mv 0＝0，解得p ＝mv 0＝0.050 kg ×600 m/s ＝30 kg ·m/s ，选项A 正确．【答案】A2．一弹丸在飞行到距离地面5 m 高时仅有水平速度v ＝2 m/s ，爆炸成为甲、乙两块水平飞出，甲、乙的质量之比为3∶1，不计质量损失，取重力加速度g ＝10 m/s 2，如此如下图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的答案是( )【解析】弹丸爆炸瞬间爆炸力远大于外力，故爆炸瞬间动量守恒．因两弹片均水平飞出，飞行时间t ＝2h g ＝1 s ．取向右为正方向，由水平速度v ＝xt知，选项A 中，v 甲＝2.5 m/s ，v 乙＝－0.5 m/s ；选项B中，v 甲＝2.5 m/s ，v 乙＝0.5 m/s ；选项C 中，v 甲＝1 m/s ，v 乙＝2 m/s ；选项D 中，v 甲＝－1 m/s ，v 乙＝2 m/s.因爆炸瞬间动量守恒，故mv ＝m 甲v 甲＋m 乙v 乙，其中m 甲＝34m ，m 乙＝14m ，v ＝2 m/s ，代入数值计算知选项B 正确．【答案】B※考点四 动量与能量综合问题1．求解动力学问题的三个根本观点(1)力的观点：运用牛顿定律结合运动学知识解题，可处理匀变速运动问题． (2)能量观点：用动能定理和能量守恒观点解题，可处理非匀变速运动问题． (3)动量观点：用动量守恒观点解题，可处理非匀变速运动问题． 2．利用“动量和能量〞观点解题的技巧(1)假设研究对象为一个系统，应优先考虑应用动量守恒定律和能量守恒定律(机械能守恒定律)．(2)假设研究对象为单一物体，且涉与功和位移问题时，应优先考虑动能定理．(3)因为动量守恒定律、能量守恒定律(机械能守恒定律)、动能定理都只考查一个物理过程的始末两个状态有关物理量间的关系，对过程的细节不予细究，这正是它们的方便之处．特别对于变力做功问题，就更显示出它们的优越性．[真题拓展探究]【典例2】(2016·高考全国卷Ⅱ)如图，光滑冰面上静止放置一外表光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上．某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h＝0.3 m(h小于斜面体的高度)．小孩与滑板的总质量为m1＝30 kg，冰块的质量为m2＝10 kg，小孩与滑板始终无相对运动．取重力加速度的大小g＝10 m/s2.(1)求斜面体的质量；(2)通过计算判断，冰块与斜面体别离后能否追上小孩？【解析】(1)规定向右为速度正方向．冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得m2v20＝(m2＋m3)v①1 2m2v220＝12(m2＋m3)v2＋m2gh②式中v20＝－3 m/s为冰块推出时的速度．联立①②式并代入题给数据得m3＝20 kg③(2)设小孩推出冰块后的速度为v1，由动量守恒定律有m1v1＋m2v20＝0④代入数据得v1＝1 m/s⑤设冰块与斜面体别离后的速度分别为v2和v3，由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20＝m2v2＋m3v3⑥1 2m2v220＝12m2v22＋12m3v23⑦联立③⑥⑦式并代入数据得v2＝1 m/s⑧由于冰块与斜面体别离后的速度与小孩推出冰块后的速度一样且处在后方，故冰块不能追上小孩．【答案】见解析拓展1 “子弹打击木板〞问题1.如下列图，一质量m1＝0.45 kg的平顶小车静止在光滑的水平轨道上．质量m2＝0.5 kg的小物块(可视为质点)静止在车顶的右端．一质量为m0＝0.05 kg 的子弹、以水平速度v0＝100 m/s射中小车左端并留在车中，最终小物块相对地面以2 m/s的速度滑离小车．子弹与车的作用时间极短，物块与车顶面的动摩擦因数μ＝0.8，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力．取g＝10 m/s2，求：(1)子弹相对小车静止时小车速度的大小；(2)小车的长度L.【解析】(1)子弹进入小车的过程中，子弹与小车组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得m0v0＝(m0＋m1)v1解得v1＝10 m/s.(2)三物体组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得(m0＋m1)v1＝(m0＋m1)v2＋m2v3解得v2＝8 m/s由能量守恒可得1 2(m0＋m1)v21＝μm2gL＋12(m0＋m1)v22＋12m2v23解得L＝2 m.【答案】(1)10 m/s (2)2 m拓展2 “圆弧轨道＋滑块(小球)〞问题2.(14分)如下列图，光滑水平面上有一质量M＝4.0 kg的平板车，车的上外表是一段长L＝1.5 m的粗糙水平轨道，水平轨道左侧连一半径R＝0.25 m的四分之一光滑圆弧轨道，圆弧轨道与水平轨道在点O′相切．现将一质量m＝1.0 kg的小物块(可视为质点)从平板车的右端以水平向左的初速度v0滑上平板车，小物块与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.5，小物块恰能到达圆弧轨道的最高点A.取g＝10 m/s2，求：(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小；(2)小物块与车最终相对静止时，它距点O′的距离．【解析】(1)平板车和小物块组成的系统水平方向动量守恒，设小物块到达圆弧轨道最高点A时，二者的共同速度为v1由动量守恒得：mv0＝(M＋m)v1①由能量守恒得：1 2mv20－12(M＋m)v21＝mgR＋μmgL②联立①②并代入数据解得：v0＝5 m/s③(2)设小物块最终与车相对静止时，二者的共同速度为v2，从小物块滑上平板车，到二者相对静止的过程中，由动量守恒得：mv0＝(M＋m)v2④设小物块与车最终相对静止时，它距O′点的距离为x，由能量守恒得：1 2mv20－12(M＋m)v22＝μmg(L＋x)⑤联立③④⑤并代入数据解得：x＝0.5 m.【答案】(1)5 m/s (2)0.5 m一、选择题1．物体的动量变化量的大小为5 kg·m/s，这说明( )A．物体的动量在减小B．物体的动量在增大C．物体受到的每个力的冲量大小都为5 N·sD．假设发生变化的时间为1 s，如此物体所受合外力的大小为5 N【解析】因不知动量变化的方向与初动量方向是否一样，故无法确定动量是增大还是减小，A、B错误；由动量定理I＝Δp可知，合外力的冲量与物体动量变化量大小一定一样，C错误；由Δp＝F·t可知D 正确．【答案】D2．运动员向球踢了一脚，踢球时的力F＝100 N，球在地面上滚动了t＝10 s停下来，如此运动员对球的冲量为( )A．1000 N·s B．500 N·sC．零D．无法确定【解析】滚动了t＝10 s是地面摩擦力对足球的作用时间，不是踢球的力的作用时间，由于不能确定题组突破训练人作用在球上的时间，所以无法确定运动员对球的冲量．【答案】D3．我国女子短道速滑队在世锦赛上实现女子3 000 m 接力三连冠．观察发现，“接棒〞的运动员甲提前站在“交棒〞的运动员乙前面，并且开始向前滑行，待乙追上甲时，乙猛推甲一把，使甲获得更大的速度向前冲出．在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用，如此( )A ．甲对乙的冲量一定等于乙对甲的冲量B ．甲、乙的动量变化一定大小相等、方向相反C ．甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量D ．甲对乙做多少负功，乙对甲就一定做多少正功【解析】相互作用过程中的相互作用力大小相等，方向相反，作用时间一样，因此甲对乙的冲量与乙对甲的冲量大小相等、方向相反，由动量定理可知，甲、乙动量变化大小相等，方向相反，A 错，B 对；虽然相互作用力大小相等，方向相反，甲、乙在相互作用过程中的位移不同，乙对甲做的正功与甲对乙做负功的多少不同，由动能定理知，甲的动能增加量不等于乙动能的减少量，故C 、D 错误．【答案】B4．质量为0.2 kg 的球竖直向下以6 m/s 的速度落至水平地面，再以4 m/s 的速度反向弹回．取竖直向上为正方向，在小球与地面接触的时间内，关于小球动量变化量Δp 和合外力对小球做的功W ，如下说法正确的答案是( )A ．Δp ＝2 kg ·m/s ，W ＝－2 JB ．Δp ＝－2 kg ·m/s ，W ＝2 JC ．Δp ＝0.4 kg ·m/s ，W ＝－2 JD ．Δp ＝－0.4 kg ·m/s ，W ＝2 J【解析】取竖直向上为正方向，如此小球与地面磁撞过程中动量的变化量Δp ＝mv 2－mv 1＝2 kg ·m/s ，方向竖直向上．由动能定理知，合外力做的功W ＝12mv 22－12mv 21＝－2 J ，A 正确．【答案】A5.(2020·山东济南高三质检)如下列图，在光滑水平面上静止放着两个相互接触但不粘连的木块A 、B ，质量分别为m 1和m 2，今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t 1和t 2，木块对子弹的阻力恒为F f ，如此子弹穿过两木块后，木块A 的速度大小是( )A.F f t 1m 1＋m 2B.F f t 1m 1C.F f t 1＋t 2m 1＋m 2D.F f t 1＋t 2m 1【解析】子弹穿过两木块后木块A 的速度大小等于子弹穿过A 时两木块的速度大小，根据动量定理，取两木块系统为研究对象，以子弹穿过A 为研究过程，如此F f t 1＝(m 1＋m 2)v ，解得v ＝F f t 1m 1＋m 2，A 正确． 【答案】A6．(2020·黑龙江大庆模拟)两球在水平面上相向运动，发生正碰后都变为静止．可以肯定的是，碰前两球的( )A ．质量相等B ．动能相等C ．动量大小相等D ．速度大小相等【解析】两球组成的系统碰撞过程中满足动量守恒，两球在水平面上相向运动，发生正碰后都变为静止，故根据动量守恒定律可以判断碰前两球的动量大小相等、方向相反，选项C 正确．【答案】C7.一枚火箭搭载着卫星以速率v 0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星别离．前局部的卫星质量为m 1，后局部的箭体质量为m 2，别离后箭体以速率v 2沿火箭原方向飞行，假设忽略空气阻力与别离前后系统质量的变化，如此别离后卫星的速率v 1为( )A ．v 0－v 2B ．v 0＋v 2C ．v 0－m 2m 1v 2D ．v 0＋m 2m 1(v 0－v 2)【解析】火箭和卫星组成的系统，在别离前后沿原运动方向上动量守恒，由动量守恒定律有(m 1＋m 2)v 0＝m 1v 1＋m 2v 2，解得v 1＝v 0＋m 2m 1(v 0－v 2)，D 项正确．【答案】D8.(2020·抚州市四校联考)如下列图，光滑水平面上的木板右端，有一根轻质弹簧沿水平方向与粗糙木板相连，木板质量M ＝3.0 kg.质量为m ＝1.0 kg 的铁块以水平速度v 0＝4.0 m/s 从木板的左端沿板面向右滑行，压缩弹簧后又被弹回，最后恰好停在木板的左端，如此在上述过程中弹簧具有的最大弹性势能为( )A ．4.0 JB ．6.0 JC ．3.0 JD ．20 J【解析】设铁块与木板速度一样时，共同速度大小为v ，铁块相对木板向右运动时，相对滑行的最大路程为L ，摩擦力大小为F f ，根据能量守恒定律得。
2020年高考物理备考：专题14碰撞与动量守恒：含解析
第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。
考纲要求1、理解动量、动量变化量的概念；知道动量守恒的条件。
2、会利用动量守恒定律分析碰撞、反冲等相互作用问题。
命题规律1、动量和动量的变化量这两个概念常穿插在动量守恒定律的应用中考查。
2、动量守恒定律的应用是本部分的重点和难点，也是高考的热点；动量守恒定律结合能量守恒定律来解决碰撞、打击、反冲等问题，以及动量守恒定律与圆周运动、核反应的结合已成为近几年高考命题的热点。
第二部分知识背一背（1）动量、动能、动量变化量的比较(2)动量的性质①矢量性：方向与瞬时速度方向相同．②瞬时性：动量是描述物体运动状态的量，是针对某一时刻而言的．③相对性：大小与参考系的选取有关，通常情况是指相对地面的动量．(3)动量守恒条件①理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒．②近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．③分方向守恒：系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒．(4)动量守恒定律的表达式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′或Δp1＝－Δp2.（5）碰撞的种类及特点(6)动量守恒定律和能量守恒定律，是自然界最普遍的规律，它们研究的是物体系统，在力学中解题时必须注意动量守恒的条件及机械能守恒的条件。
在应用这两个规律时，当确定了研究的对象及运动状态变化的过程后，根据问题的已知条件和要求解的未知量，选择研究的两个状态列方程求解。
第三部分技能+方法一、动量守恒定律的特点：①矢量性：表达式中涉及的都是矢量，需要首先选取正方向，分清各物体初、末动量的正、负。
②瞬时性：动量是状态量，动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等。
不同时刻的动量不能相加。
③同时性：动量是状态量，具有瞬时性，动量守恒定律指的是相互作用的物体构成的物体系在任一时刻的总动量都相同．④普适性：它不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，对微观粒子组成的系统也适用。
2021-2022年高考物理备考艺体生百日突围系列专题14碰撞与动量守恒含解析
2021年高考物理备考艺体生百日突围系列专题14碰撞与动量守恒含解析综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。
考纲要求1、理解动量、动量变化量的概念；知道动量守恒的条件。
2、会利用动量守恒定律分析碰撞、反冲等相互作用问题。
命题规律1、动量和动量的变化量这两个概念常穿插在动量守恒定律的应用中考查。
2、动量守恒定律的应用是本部分的重点和难点，也是高考的热点；动量守恒定律结合能量守恒定律来解决碰撞、打击、反冲等问题，以及动量守恒定律与圆周运动、核反应的结合已成为近几年高考命题的热点。
（1）动量、动能、动量变化量的比较(2)动量的性质①矢量性：方向与瞬时速度方向相同．②瞬时性：动量是描述物体运动状态的量，是针对某一时刻而言的．③相对性：大小与参考系的选取有关，通常情况是指相对地面的动量．(3)动量守恒条件①理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒．②近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．③分方向守恒：系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒．(4)动量守恒定律的表达式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′或Δp1＝－Δp2.（5）碰撞的种类及特点(6)动量守恒定律和能量守恒定律，是自然界最普遍的规律，它们研究的是物体系统，在力学中解题时必须注意动量守恒的条件及机械能守恒的条件。
在应用这两个规律时，当确定了研究的对象及运动状态变化的过程后，根据问题的已知条件和要求解的未知量，选择研究的两个状态列方程求解。
第三部分技能+方法一、动量守恒定律的特点：①矢量性：表达式中涉及的都是矢量，需要首先选取正方向，分清各物体初、末动量的正、负。
②瞬时性：动量是状态量，动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等。
不同时刻的动量不能相加。
③同时性：动量是状态量，具有瞬时性，动量守恒定律指的是相互作用的物体构成的物体系在任一时刻的总动量都相同．④普适性：它不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，对微观粒子组成的系统也适用。
最新高中物理高考总复习《碰撞与动量守恒定律》专题讲解课件
【考向一】 动量定理的应用
【强化训练】
1.多选)一竖直放置的轻弹簧,一端固定于地面,一端与质量为3 kg的B固定在一起,质量为1 kg的A放于B上。现在A和B正在一 起竖直向上运动,如图所示。当A、B分离后,A上升0.2 m到达最 高点,此时B速度方向向下,弹簧为原长,则从A、B分离起至A到 达最高点的这一过程中,下列说法正确的是(g取10 m/s2)( ) A.A、B分离时B的加速度为g B.弹簧的弹力对B做功为零 C.弹簧的弹力对B的冲量大小为6 N·s D.B的动量变化量为零
(1)木块在时间t1过程中动量的变化量; (2)木块在整个过程中所受弹力的冲量。
【考向一】 动量定理的应用
【强化训练】
【解析】(1)木块在时间t1过程中动量的变化量: Δp=0-mv1=-mv1 (2)由动量定理,在整个过程中:I总=Δp I弹-μmgt1+μmgt2=-mv2-mv1 解得:I弹=μmg(t1-t2)-m(v2+v1) 答案:(1)-mv1 (2)μmg(t1-t2)-m(v2+v1)
【考向一】 动量定理的应用
【强化训练】
上抛的初速度v= 2gh 2100.2 m/s=2 m/s,上升到
最高点所需的时间:t= 2h =0.2 s,由运动的对称性可
g
知此时B的速度为2 m/s,方向竖直向下,对B在此过程内
用动量定理(规定向下为正方向)得:mBgt+IN=mBv-(mBv),解得弹簧的弹力对B的冲量大小为:IN=6 N·s,B 的动量变化量为Δp=mBv-(-mBv)=12 kg·m/s,故C正 确,D错误;故选A、B、C。
4 水枪喷出的水的体积为ΔV,质量为Δm,则Δm=ρΔV , Δt时间内喷出水的质量为1 ρπD2vΔt,Δt时间内水 枪枪喷的出功的 率水P=的W动能1 ρEπk=D122Δv3m4,故v2B=对18;ρ考π虑D2一v3个Δ极t,高短压时水间
碰撞和动量守恒
碰撞与动量守恒1．实验目的1. 利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况；2. 验证动量守恒和能量守恒定律；3. 通过实验还可提高误差分析的能力。
2．实验原理1. 完全弹性碰撞完全弹性碰撞的标志是前后动量守恒，动能也守恒，即碰撞由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为如果v20=0，则有动量损失率为能量损失率为理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身的原因，不可能完全为零，但在一定误差范围内可认为是守恒的。
2. 完全非弹性碰撞碰撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运动，即为完全非弹性碰撞。
在完全非弹性碰撞中，系统动量守恒，动能不守恒。
在实验中，让v20=0，则有动量损失率动能损失率3. 一般非弹性碰撞一般情况下，碰撞后，一部分机械能将转变为其他形式的能量，机械能守恒在此情况已不适用。
牛顿总结实验结果并提出碰撞定律：碰撞后两物体的分离速度与碰撞前两物体的接近速度成正比，比值称为恢复系数，即恢复系数e由碰撞物体的质料决定。
E值由实验测定，一般情况下0<e<1，当e=1时，为完全弹性碰撞；e=0时，为完全非弹性碰撞。
4. 验证机械能守恒定律如果一个力学系统只有保守力做功，其他内力和一切外力都不作功，则系统机械能守恒。
如图2所示，将气垫导轨一端加一垫块，使导轨与水平面成α角，把质量为m的砝码用细绳通过滑轮与质量m’的滑块相连，滑轮的等效质量为m e，根据机械能守恒定律，有式中s为砝码m下落的距离，v1和v2分别为滑块通过s距离的始末速度。
如果将导轨调成水平，则有在无任何非保守力对系统作功时，系统机械能守恒。
但在实验中存在耗散力，如空气阻力和滑轮的摩擦力等作功，使机械能有损失，但在一定误差范围内可认为机械能是守恒的。
3．实验仪器实验仪器主要有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等。
4．实验内容研究三种碰撞状态下的守恒定律1) 取两滑块m1、m2，且m1>m2，用物理天平称m1、m2的质量（包括挡光片）。
2020物理高考备考专题《碰撞与动量守恒定律》(高考押题)(附答案解析版)
高考押题专练1．如图所示，两木块A 、B 用轻质弹簧连在一起，置于光滑的水平面上．一颗子弹水平射入木块A ，并留在其中．在子弹打中木块A 及弹簧被压缩的整个过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统，下列说法中正确的是( )A ．动量守恒、机械能守恒B ．动量守恒、机械能不守恒C ．动量不守恒、机械能守恒D ．动量、机械能都不守恒 【答案】B【解析】子弹击中木块A 及弹簧被压缩的整个过程，系统不受外力作用，外力冲量为0，系统动量守恒．但是子弹击中木块A 过程，有摩擦做功，部分机械能转化为内能，所以机械能不守恒，B 正确．2．如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变，这就是动量守恒定律．若一个系统动量守恒时，则( )A ．此系统内每个物体所受的合力一定都为零B ．此系统内每个物体的动量大小不可能都增加C ．此系统的机械能一定守恒D ．此系统的机械能可能增加 【答案】D【解析】若一个系统动量守恒，则整个系统所受的合力为零，但是此系统内每个物体所受的合力不一定都为零，A 错误．此系统内每个物体的动量大小可能会都增加，但是方向变化，总动量不变这是有可能的，B 错误．因系统合外力为零，但是除重力以外的其他力做功不一定为零，故机械能不一定守恒，系统的机械能可能增加，也可能减小，C 错误，D 正确．3．在光滑水平面上，质量为m 的小球A 正以速度v 0匀速运动．某时刻小球A 与质量为3m 的静止小球B 发生正碰，两球相碰后，A 球的动能恰好变为原来的14.则碰后B 球的速度大小是( )A.v 02B.v 06C.v 02或v 06 D ．无法确定 【答案】A【解析】两球相碰后A 球的速度大小变为原来的12，相碰过程中满足动量守恒，若碰后A 速度方向不变，则mv 0＝12mv 0＋3mv 1，可得B 球的速度v 1＝v 06，而B 在前，A 在后，碰后A 球的速度大于B 球的速度，不符合实际情况，因此A 球一定反向运动，即mv 0＝－12mv 0＋3mv 1，可得v 1＝v 02，A 正确，B 、C 、D 错误．4． A 、B 两物体在光滑水平面上沿同一直线运动，如图表示发生碰撞前后的v －t 图线，由图线可以判断( )A ．A 、B 的质量比为3∶2 B ．A 、B 作用前后总动量守恒C ．A 、B 作用前后总动量不守恒D ．A 、B 作用前后总动能不变 【答案】ABD【解析】设A 的质量为m 1，B 的质量为m 2，碰撞前后两物体组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，从图象上可得碰撞前后两者的速度，故有m 1×6＋m 2×1＝m 1×2＋m 2×7，解得 m 1∶m 2＝3∶2，A 、B 正确，C 错误．碰撞前系统的总动能E k1＝12m 1×62＋12m 2×12＝553m 1，碰撞后总动能为E k2＝12m 1×22＋12m 2×72＝553m 1＝E k1，动能不变，D 正确．5．在光滑水平面上动能为E 0、动量大小为p 的小钢球1与静止小钢球2发生碰撞，碰撞前后球1的运动方向相反，将碰撞后球1的动能和动量大小分别记为E 1、p 1，球2的动能和动量大小分别记为E 2、p 2，则必有( )A ．E 1＜E 0B ．p 2＞p 0C ．E 2＞E 0D ．p 1＞p 0 【答案】AB【解析】因为碰撞前后动能不增加，故有E 1＜E 0，E 2＜E 0，p 1＜p 0，A 正确，C 、D 错误．根据动量守恒定律得p 0＝p 2－p 1，得到p 2＝p 0＋p 1，可见，p 2＞p 0，B 正确．6．矩形滑块由不同材料的上、下两层粘合在一起组成，将其放在光滑的水平面上，质量为m 的子弹以速度v 水平射向滑块．若射击下层，子弹刚好不射出；若射击上层，则子弹刚好能射穿一半厚度，如图所示．则上述两种情况相比较( )A ．子弹的末速度大小相等B ．系统产生的热量一样多C ．子弹对滑块做的功不相同D ．子弹和滑块间的水平作用力一样大 【答案】AB【解析】根据动量守恒，两次最终子弹与滑块的速度相等，A 正确．根据能量守恒可知，初状态子弹的动能相同，末状态两滑块与子弹的动能也相同，因此损失的动能转化成的热量相等，B 正确．子弹对滑块做的功等于滑块末状态的动能，两次相等，因此做功相等，C 错误．产生的热量Q ＝f ×Δs ，由于产生的热量相等，而相对位移Δs 不同，因此子弹和滑块间的水平作用力大小不同，D 错误．7．如图甲所示，一物块在t ＝0时刻，以初速度v 0从足够长的粗糙斜面底端向上滑行，物块速度随时间变化的图象如图乙所示，t 0时刻物块到达最高点，3t 0时刻物块又返回底端．由此可以确定( )A ．物块返回底端时的速度B ．物块所受摩擦力大小C ．斜面倾角θD ．3t 0时间内物块克服摩擦力所做的功 【答案】AC【解析】上滑过程中做初速度为v 0的匀减速直线运动，下滑过程中做初速度为零、末速度为v 的匀加速直线运动，上滑和下滑的位移大小相等，所以有v 02t 0＝v 2·2t 0，解得v ＝v 02，A 正确．上滑过程中有－(mg sinθ＋μmg cos θ)·t 0＝0－mv 0，下滑过程中有(mg sin θ－μmg cos θ)·2t 0＝mv 02，解得F f ＝μmg cos θ＝3mv 08t 0，sin θ＝5v 08gt 0，由于不知道质量，所以不能求出摩擦力，可以求出斜面倾角，B 错误，C 正确．由于不知道物体的质量，所以不能求解克服摩擦力所做的功，D 错误．9．如图甲所示，物块A 、B 间拴接一个压缩后被锁定的轻弹簧，整个系统静止放在光滑水平地面上，其中A 物块最初与左侧固定的挡板相接触，B 物块质量为4 kg 。
专题 碰撞与动量守恒—高考物理备考
专题 碰撞与动量守恒第一部分 名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。
考纲要求1、理解动量、动量变化量的概念；知道动量守恒的条件。
2、会利用动量守恒定律分析碰撞、反冲等相互作用问题。
命题规律1、动量和动量的变化量这两个概念常穿插在动量守恒定律的应用中考查。
2、动量守恒定律的应用是本部分的重点和难点，也是高考的热点；动量守恒定律结合能量守恒定律来解决碰撞、打击、反冲等问题，以及动量守恒定律与圆周运动、核反应的结合已成为近几年高考命题的热点。
第二部分 精选试题 一、选择题1．如图所示，物体A 、B 的质量分别为m 、2m ，物体B 置于水平面上，B 物体上部半圆型槽的半径为R ，将物体A 从圆槽的右侧最顶端由静止释放，一切摩擦均不计。
则 （ ）A ．A 不能到达B 圆槽的左侧最高点B ．AC ．B 一直向右运动D ．B 向右运动的最大位移大小为2R 【答案】 D 【解析】AB 组成的系统动量守恒，AB 刚开始时动量为零，所以运动过程中总动量时刻为零，所以B 先向右加速后又减速到零，因为系统机械能守恒，当B 静止时，A 运动恰好到左侧最高点，A 错误，根据动量守恒定律可得122s s mm t t =，又知道122s s R +=，所以可得122223m s s R R m m +=•=+，D 正确， B 向右先加速后减速，减速到零之后又向左先加速后减速，即做往返运动，C 错误；当A 运动到最低端时，水平方向上动量守恒，所以有122mv mv =，还知道满足机械能守恒，所以有221211222mgR mv mv =+•，联立可得123v gR =，B 错误2．在光滑的水平地面上静止着一个斜面体，其质量为m 2，斜面是一个光滑的曲面，斜面体高为h ，底边长为a ，如图所示。
今有一个质量为m 1，（m 2＝nm 1）的小球从斜面体的顶端自静止开始下滑，小球滑离斜面体的下端时速度在水平方向，则下列说法正确的是 （ ）A. 小球在下滑中，两者的动量总是大小相等方向相反B. 两者分开时斜面体向左移动的距离是C. 分开时小球和斜面体的速度大小分别是和D. 小球在下滑中斜面体弹力对它做的功为【答案】 C 【解析】试卷分析：在这个过程中由于小球沿弧线运动至最低处，所以处于超重状态，在竖直方向其合外力不为零，但是在水平方向由于整体合外力为零，可以视为水平方向动量守恒，所以A 答案错误。
《弹性碰撞和非弹性碰撞》碰撞与动量守恒
《弹性碰撞和非弹性碰撞》碰撞与动量守恒在我们日常生活和物理学的研究中，碰撞是一种常见的现象。
从台球桌上球与球的撞击，到汽车在道路上的追尾，碰撞无处不在。
而在物理学中，碰撞又分为弹性碰撞和非弹性碰撞，这两种碰撞类型与动量守恒有着密切的关系。
首先，我们来了解一下什么是弹性碰撞。
弹性碰撞是指在碰撞过程中，系统的机械能守恒。
也就是说，碰撞前后系统的总动能保持不变。
想象一下两个完全弹性的小球，比如两个高质量的橡胶球，它们在碰撞时不会有能量的损失。
例如，一个速度为 v₁的小球 A 与一个静止的小球 B 发生弹性碰撞，碰撞后小球 A 的速度变为 v₁'，小球 B 的速度变为 v₂'。
根据动量守恒定律和机械能守恒定律，可以通过一系列的数学推导得出它们碰撞后的速度。
在弹性碰撞中，还有一个有趣的特点，那就是相对速度的大小在碰撞前后是不变的。
比如说，在上述的两个小球碰撞的例子中，碰撞前小球 A 相对于小球 B 的速度大小，等于碰撞后小球 B 相对于小球 A 的速度大小。
接下来，我们再看看非弹性碰撞。
非弹性碰撞与弹性碰撞最大的不同在于，在碰撞过程中，系统会有机械能的损失。
这种机械能的损失通常会转化为热能、声能或者其他形式的能量。
比如说，一辆汽车以一定的速度撞上一堵墙，碰撞后汽车停下来，汽车的动能在碰撞过程中大部分转化为了内能和车辆的变形能。
非弹性碰撞又可以分为完全非弹性碰撞和不完全非弹性碰撞。
完全非弹性碰撞是指碰撞后两个物体结合在一起，以相同的速度运动。
例如，一个小木块在光滑的水平面上以一定的速度滑行，撞上一个静止的大木块，碰撞后两者结合在一起共同运动。
在这种情况下，机械能的损失是最大的。
不完全非弹性碰撞则是介于弹性碰撞和完全非弹性碰撞之间的情况，碰撞后物体的速度会发生变化，同时也有一定的机械能损失，但不像完全非弹性碰撞那样损失得那么多。
那么，动量守恒在这些碰撞中又起到了什么作用呢？动量守恒定律指出，在一个不受外力或者合外力为零的系统中，系统的总动量保持不变。
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专题14 碰撞与动量守恒【高考命题热点】主要考查有关动量定理、碰撞过程动量守恒和能量守恒的选择题或计算题，以及验证动量守恒的实验题。
【考点清单】一、冲量、动量和动量定理 1. 冲量：(1)定义：力和力的作用时间的乘积，即表现为力对时间的积累； (2)公式：Ft I = 单位：s N ⋅。
适用于求恒力的冲量； (3)方向：与力的方向相同。
2.动量：(1)定义：物体的质量与速度的乘积；(2)公式：mv p = 单位：单位：千克·米/秒 ，符号： s m kg /⋅ (3)特征：动量是状态量，是矢量，其方向和速度方向相同。
3.动量定理：(1)内容：合外力的冲量等于动量的变化量； (2)表达式：1212mv mv p p p I I i F -=-=∆==∑合(3)矢量性：动量变化量方向与合力的方向相同，可以在某一方向上用动量定理． 即列方程时须取正方向，把矢量运算转化为代数运算。
(4)理解及应用Ⅰ. 应用动量定理时应注意两点①动量定理的研究对象是一个质点(或可视为一个物体的系统)．②动量定理的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选同一个正方向． Ⅱ. 动量定理的三大应用①用动量定理解释现象A. 物体的动量变化一定，此时力的作用时间越短，力就越大；时间越长，力就越小．B. 作用力一定，此时力的作用时间越长，动量变化越大；力的作用时间越短，动量变化越小．②应用I ＝Δp 求变力的冲量．③应用Δp＝F·Δt 求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化量． Ⅲ.用动量定理解题的基本思路对过程较复杂的运动，可分段用动量定理，也可整个过程用动量定理． 二、动量守恒定律1．系统：相互作用的几个物体构成系统．系统中各物体之间的相互作用力称为内力，外部其他物体对系统的作用力叫做外力。
2．定律内容：如果一个系统不受外力作用，或者所受的合外力为零，则这个系统的总动量保持不变。
3．定律的表达式 系统初动量=系统末动量即p p '= 22112211v m v m v m v m '+'=+（需根据题目具体化） 4．守恒条件(1)理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒； (2)近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒；(3)分方向守恒：系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒； 能量守恒：可能涉及（摩擦生热）、、、f pk pG K Q E E E 间相互转化，需根据题意具体列能量转化与守恒方程。
5.动量守恒定律的理解及应用 Ⅰ. 动量守恒的“四性”(1)矢量性：表达式中初、末动量都是矢量，需要首先选取正方向，分清各物体初末动量的正、负；(2)瞬时性：动量是状态量，动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等；(3)同一性：速度的大小跟参考系的选取有关，应用动量守恒定律，各物体的速度必须是相对同一参考系的速度．一般选地面为参考系；(4)普适性：它不仅适用于两个物体所组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统。
Ⅱ. 动量守恒定律的不同表达形式(1) m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和；(2)Δp 1＝－Δp 2，相互作用的两个物体动量的增量等大反向； (3)Δp＝0，系统总动量的增量为零。
6.应用动量守恒定律解题的步骤(1)明确研究对象，确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)； (2)进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒)； (3)规定正方向，确定初、末状态动量； (4)由动量守恒定律列出方程；(5)代入数据，求出结果，必要时讨论说明。
三、碰撞类型：弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞 （1）弹性碰撞：碰撞前后系统动量守恒、机械能守恒。
1v 2v1m 2m动量守恒： 22112211v m v m v m v m '+'=+ 机械能守恒： 22221122221121212121v m v m v m v m '+'=+ 联立以上两式得： 121211v m m m m v +-=' 121122v m m m v +='（直接记住，考试写上面两式后直接写答案）当21m m =时，01='v 12v v =' 即1m 小球碰后静止，2m 小球获得1m 小球碰前速度，两球发生速度的交换。
（2）非弹性碰撞：动量守恒，机械能不守恒，且m E E <<损0（3）完全非弹性碰撞：动量守恒，机械能不守恒，且m E E =损（碰撞后系统共速成为一个整体，损失机械能最大） 四、动量与能量的综合1．区别与联系：动量守恒定律和机械能守恒定律所研究的对象都是相互作用的物体所构成的系统，且研究的都是某一个物理过程．但两者守恒的条件不同：系统动量是否守恒，决定于系统所受合外力是否为零；而机械能是否守恒，决定于系统是否有除重力和弹簧弹力以外的力是否做功。
2．表达式不同：动量守恒定律的表达式为矢量式，机械能守恒定律的表达式则是标量式，对功和能量只是代数和而已。
五、验证动量守恒定律1.实验目的（1）验证一维碰撞中的动量守恒； （2）探究一维弹性碰撞的特点。
2.实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。
3.实验器材方案一气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等；方案二带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等；方案三光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等；方案四斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等。
4.实验步骤（1）先用天平测出小球质量m1、m2；（2）按图所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度．且碰撞瞬间，入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平；（3）在地面上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸；（4）在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球m1碰前的位置；（5）先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心就是入射小球无碰撞时的落地点P；（6）把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，按照步骤5的方法找出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N ；（7）过O 、N 在纸上作一直线，取OO′＝2r ，O′就是被碰小球碰撞时的球心投影位置(用刻度尺和三角板测小球直径2r)；（8）用刻度尺量出线段OP 、OM 、O′N 的长度，把两小球的质量和相应在的数值代入m 1·OP＝m 1·OM＋m 2·O′N 看是否成立；（9）整理实验器材放回原处。
5.注意事项（1）斜槽末端的切线必须水平；（2）使小支柱与槽口的距离等于小球直径；（3）认真调节小支柱的高度，使两小球碰撞时球心在同一高度上； （4）入射小球每次必须从斜槽同一高度由静止释放； （5）入射球质量应大于被碰球的质量；（6）实验过程中，实验桌、斜槽、记录纸的位置要始终保持不变。
热点突破提升练十四1. 将质量为1.00kg 的模型火箭点火升空，50g 燃烧的燃气以大小为600m/s 的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。
在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）( )A ．30kg m/s ⋅B ．25.710kg m/s ⨯⋅C ．26.010kg m/s ⨯⋅D ．26.310kg m/s ⨯⋅2．(多选)两个质量不同的物体，如果它们的( )A ．动能相等，则质量大的动量大B ．动能相等，则动量大小也相等C ．动量大小相等，则质量大的动能小D ．动量大小相等，则动能也相等3.关于物体的动量，下列说法中正确的是( )答案P68A．物体的动量越大，其惯性也越大B．同一物体的动量越大，其速度不一定越大C．物体的加速度不变，其动量一定不变D．运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向4.如图所示，在光滑水平面上质量分别为mA ＝2 kg、mB＝4 kg，速率分别为vA＝5 m/s、vB＝2 m/s的A、B两小球沿同一直线相向运动( )A．它们碰撞前的总动量是18 kg·m/s，方向水平向右B．它们碰撞后的总动量是18 kg·m/s，方向水平向左C．它们碰撞前的总动量是2 kg·m/s，方向水平向右D．它们碰撞后的总动量是2 kg·m/s，方向水平向左5.如图，两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动，滑块A的质量为m，速度大小为2v，方向向右，滑块B的质量为2m，速度大小为v，方向向左，两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( ) A．A和B都向左运动B．A和B都向右运动C．A静止，B向右运动D．A向左运动，B向右运动6.如图所示，现有甲、乙两滑块，质量分别为3m和m，以相同的速率v在光滑水平面上相向运动，发生碰撞。
已知碰撞后，甲滑块静止不动，则( ) A．碰撞前总动量是4mvB．碰撞过程动量不守恒C．碰撞后乙的速度大小为2vD．碰撞属于非弹性碰撞7.高空作业须系安全带，如果质量为m的高空作业人员不慎跌落，从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为h(可视为自由落体运动)，此后经历时间t 安全带达到最大伸长，若在此过程中该作用力始终竖直向上，则该段时间安全带对/FN/t s43212101-人的平均作用力大小为( )A.m 2ght ＋mg B.m 2ght －mg C.m ght＋mg D.m ght－mg 8.在静水中一条长l 的小船，质量为M ，船上一个质量为m 的人，当他从船头走到船尾，若不计水对船的阻力，则船移动的位移大小为( )A.m M l B ．m M ＋ml C.MM ＋ml D.m M －ml 9.(多选)静止在光滑水平面上的物体，受到水平拉力F 的作用，拉力F 随时间t 变化的图象如图所示，则下列说法中正确的是( )A ．0～4 s 内物体的位移为零B ．0～4 s 内拉力对物体做功为零C ．4 s 末物体的动量为零D ．0～4 s 内拉力对物体的冲量为零10．(多选)一质量为2kg 的物块在合外力F 的作用下从静止开始沿直线运动。