最新高考物理动量守恒定律题20套(带答案)

1、最新高考物理动量守恒定律题 20套（带答案）一、高考物理精讲专题动量守恒定律1.运载火箭是人类进行太空探索的重要工具，一般采用多级发射的设计结构来提高其运载能力。某兴趣小组制作了两种火箭模型来探究多级结构的优越性，模型甲内部装有Am=100g的压缩气体，总质量为M=l kg,点火后全部压缩气体以vo =570 m/s的速度从底部喷口在极短的时间内竖直向下喷出；模型乙分为两级，每级内部各装有 的压缩气体，每级总2质量均为 M ,点火后模型后部第一级内的全部压缩气体以速度Vo从底部喷口在极短时间2内竖直向下喷出，喷出后经过2s时第一级脱离，同时第二级内全部压缩气体仍以速度vo从第二级底部在极短时间

2、内竖直向下喷出。喷气过程中的重力和整个过程中的空气阻力忽略不计，g取10 m/s2,求两种模型上升的最大高度之差。【答案】116.54m【解析】对模型甲：0 Mm v甲mv0v 彳 1085卜甲二 m 200.56 m2g 9对模型乙第一级喷气：0 M v乙1 v022解得：v乙130%2s 末：v乙1二v乙 1 gt 1022v乙1 v乙140 m2g对模型乙第一级喷气:(M2m、二)v 乙 22m2 v02h乙2二丝22g22445m81277.10m可得:h h+h乙2 h甲二幽m 81116.54m。的动摩擦因数H =0.20，重力加速度g=10m/s A、B相碰后瞬间的共同速度的大小

3、； A、B相碰前弹簧具有的弹性势能；（3）若在斜面顶端再连接一光滑的半径R= X0的半圆轨道PQ,圆弧轨道与斜面相切,求:（1）物块A沿斜槽滑下与物块 B碰撞前瞬间的速度大小；（2）滑动摩擦力对物块 B做的功； 物块A与物块B碰撞过程中损失的机械能。【答案】（1） vo=4.0m/s （2） W=-1.6J （3） E=0.80J【解析】试题分析：设物块A滑到斜面底端与物块 B碰撞前时的速度大小为vo,根据机械能守恒定律有 migh= m mi v2（1 分）vo= J2gh ,解得：vo= 4.0 m/s（1 分） 设物块B受到的滑动摩擦力为 f,摩擦力做功为 W,则f=2g（1分）W= p

4、m2gx 解得：W=- 1.6 J（1 分）设物块A与物块B碰撞后的速度为 V1,物块B受到碰撞后的速度为 v,碰撞损失的机械1 C能为E,根据动能te理有一12gx= 0 m2V22解得：v= 4.0 m/s（1 分）根据动量守恒定律 mv0= mv1+m2V（1分）解得：v1 = 2.0 m/s（1 分）能量守恒 m1 v0 = m1 vi + m2v2+ E（1 分） 222解得：E= 0.80 J（1 分）考点：考查了机械能守恒，动量守恒定律3 .如图所示，在倾角为 30。的光滑斜面上放置一质量为m的物块B, B的下端连接一轻质弹簧，弹簧下端与挡板相连接，B平衡时，弹簧的压缩量为 X0

5、,。点为弹簧的原长位置.在斜面顶端另有一质量也为m的物块A,距物块B为3X0,现让A从静止开始沿斜面下滑，A与B相碰后立即一起沿斜面向下运动，但不粘连，它们到达最低点后又一起向上 运动，并恰好回到 。点（A、B均视为质点）,重力加速度为g.求：于最高点P,现让物块A以初速度v从P点沿斜面下滑，与 B碰后返回到P点还具有向上 的速度，则v至少为多大时物块 A能沿圆弧轨道运动到 Q点.(计算结果可用根式表示)1 1二【答案】V2 - J3gxo Epmgxov ,(20 4 3) gx024,【解析】试题分析：(1) A与B球碰撞前后，A球的速度分别是vi和V2,因A球滑下过程中，机 械能守恒，有

6、：mg (3x0) sin30 = mvi22解得：M = ,3gx0又因A与B球碰撞过程中，动量守恒，有：mvi=2mv2联立 得：v2= 1v1= J3gx0 22 1(2)碰后，A、B和弹簧组成的系统在运动过程中，机械能守恒.1贝 U 有：Ep+ ?2mv22 = 0+2mg?xosin30224(3)设物块在最高点 C的速度是vc,解得： Ep= 2mg?xosin30 ？2mv22=mgxo-° mgxo= 工 mgxomg=物块A恰能通过圆弧轨道的最高点C点时，重力提供向心力，得:所以：4=而口=而0C点相对于。点的高度：(4 、3)h=2x0sin30 + R+Rcos

7、30=x0 2物块从。到C的过程中机械能守恒，得： -mvo2=mgh+ mvc2 - 22联立 得：vo=J(5 V3)gx0?设A与B碰撞后共同的速度为 vb,碰撞前A的速度为va,滑块从P到B的过程中机械能守恒，得： mv2+mg (3xosin30 )° =mvA222A与B碰撞的过程中动量守恒.得：mvA=2mvBA与B碰撞结束后从B到O的过程中机械能守恒，得:1 ?2mvB2+Ep=2?2mvo2+2mg?xosin30 ° 2由于A与B不粘连，到达。点时，滑块B开始受到弹簧的拉力，A与B分离.联立解得：v= 3j3gx0考点：动量守恒定律；能量守恒定律【名师点

8、睛】分析清楚物体运动过程、抓住碰撞时弹簧的压缩量与A、B到达P点时弹簧的伸长量相等，弹簧势能相等是关键，应用机械能守恒定律、动量守恒定律即可正确解 题.4 .如图所示，质量 M=1kg的半圆弧形绝缘凹槽放置在光滑的水平面上，凹槽部分嵌有cd和ef两个光滑半圆形导轨，c与e端由导线连接，一质量 m=lkg的导体棒自ce端的正上方 h=2m处平行ce由静止下落，并恰好从 ce端进入凹槽，整个装置处于范围足够大的竖直方 向的匀强磁场中，导体棒在槽内运动过程中与导轨接触良好。已知磁场的磁感应强度B=0.5T,导轨的间距与导体棒的长度均为L=0.5m,导轨的半径r=0.5m ,导体棒的电阻R=1 Q,其

9、余电阻均不计，重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。求导体棒刚进入凹槽时的速度大小；(2)求导体棒从开始下落到最终静止的过程中系统产生的热量；(3)若导体棒从开始下落到第一次通过导轨最低点的过程中产生的热量为16J,求导体棒第一次通过最低点时回路中的电功率。9【答案】(1) v 2、10m/s (2)25J (3)P W4【解析】【详解】12解：根据机械能守恒定律，可得： mgh -mv22解得导体棒刚进入凹槽时的速度大小：v 2 J10m / s(2)导体棒早凹槽导轨上运动过程中发生电磁感应现象，产生感应电流，最终整个系统处于静止，圆柱体停在凹槽最低点根据能力守恒可知，整个过程中系统产生

10、的热量：Q mg(h r) 25J(3)设导体棒第一次通过最低点时速度大小为vi,凹槽速度大小为V2,导体棒在凹槽内运动时系统在水平方向动量守恒，故有：mv1 Mv21 212由能重寸恒可得：一mv1mv2 mg(h r) Q12 2导体棒第一次通过最低点时感应电动势：E BLv1 BLv2小 E2回路电功率：P R联立解得:5.如图，足够大的光滑水平面上固定着一竖直挡板，挡板前L处静止着质量 mi=ikg的小球A,质量m2=2kg的小球B以速度vo运动，与小球 A正碰.两小球可看作质点，小球与 小球及小球与挡板的碰撞时间忽略不计，且碰撞中均没有机械能损失.求(1)第1次碰撞后两小球的速度；(

11、2)两小球第2次碰撞与第1次碰撞之间的时间；(3)两小球发生第3次碰撞时的位置与挡板的距离.【答案】(1)4vo 1vo方向均与Vo相同(2)-6L (3)9L 335vo【解析】【分析】(1)第一次发生碰撞，动量守恒，机械能守恒；(2)小球A与挡板碰后反弹，发生第 2次碰撞，分析好位移关系即可求解；(3)第2次碰撞过程中，动量守恒，机械能守恒，从而找出第三次碰撞前的初始条件，分析第2次碰后的速度关系，位移关系即可求解.【详解】(1)设第1次碰撞后小球 A的速度为v1 ,小球B的速度为v2 ,根据动量守恒定律和机械能守恒定律：m2 Vo m1Vl m2V21 2 12 12m2 Vom1Vlm

12、2 V22 222m2m2 m1整理得： V1V0 , V2V0m1 m2m1 m2解得M v0 , v2 v0 ,方向均与vo相同.33(2)设经过时间t两小球发生第2次碰撞，小球 A、B的路程分别为Xivit , X2v2t由几何关系知：为 X2 2L,6L整理得：t 5vo 3(3)两小球第2次碰撞时的位置与挡板的距离：x L x2 3L54Xi、X2,则有1-vo,如图所示.3以向左为正万向，第 2次碰刖A的速度vA v0 , B的速度为vBR I设碰后A的速度为vA ,B的速度为VB .根据动量守恒定律和机械能守恒定律，有mWm2 vBi 2 i 2 i 2 i 2mlvAml2vB

13、 ； mivA2 m2vB2mivA万 m2vB整理得：vA(m1 m2)vA 2 m2vBmim2，vB(m2 mi)vB 2mivAmim2解得：vA89v°vB设第2次碰后经过时间t79v0发生第3次碰撞,碰撞时的位置与挡板相距vA tX X vB t整理得：X9L6.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面光滑，小车的左端紧贴平台的右端.从 再滑上小车，物体 A滑上小车后若与物体 平台水平轨道和小车上表面的动摩擦因数都为 等.物体A、B和小车C的质量均为1kg,M点由静止释放的物体MN的

14、半径为C上，B与小车的接触A滑至轨道最右端P点后B相碰必粘在一起，它们间无竖直作用力.A与0.4,且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相取 g=10m/s2.求(i)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33m16【解析】2mAgR=mAvN试题分析：(1)物体A由M到N过程中，由动能定理得：在N点，由牛顿定律得 FN-mAg=mA联立解得FN=3mAg=30NFn ' =3Ag=30

15、N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:(2)物体A在平台上运动过程中(imAg=mAa 2 L=vNt-at 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 v1= vN-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(mA+ mC)v2= mAV1小车最终速度 V2=3m/s此过程中A相对小车的位移为 L1,则12129mgL1 mv1- 2mv2 解得：L=1m224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: (mA+ mB)v3= mAV2V

16、4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 (mA+ mB)v3+mCV2=" (m" A+mB+mC) V4此过程中A相对小车的位移大小为L2,则mgL2 1mv22 1 222mv321 3mv42 解得:231_2= m16物体A最终离小车左端的距离为,33x=Li-L2= m16考点：牛顿第二定律；动量守恒定律；能量守恒定律成人在极端的时间7.如图所示，静置于水平地面的三辆手推车沿一直线排列，质量均为内给第一辆车一水平冲量使其运动，当车运动了距离L时与第二辆车相碰，两车以共同速度继续运动了距离 L时与第三车相碰，三车以共同速度又运动了距离

17、L时停止。车运动时 受到的摩擦阻力恒为车所受重力的 k倍，重力加速度为g,若车与车之间仅在碰撞时发生相 互作用，碰撞时间很短，忽略空气阻力，求：地面(1)整个过程中摩擦阻力所做的总功；(2)人给第一辆车水平冲量的大小；(3)第一次与第二次碰撞系统功能损失之比。【答案】4 I、匕1，6过忖中“网可”1翻附助、4,恻，L . u 0dA i.海力UU 11 Ml4作树响"考力L 5 二* 通峰,* ,潞 汽修艇速I可)UH*3通« “和；、料加彳的十T绅就L5力"1*1j丁 . mr； - q nim<b. *_ .、二川<，l±"H,

18、 ( ? r I ri i,I»- m .，f、/ -r( a 耐 > “；1 - r ' P FL * 0 = 2p 、 T kg I5 :甘工这虚中不统匚t作物力分别为&； Si3：二匕1t 3*哂£/【解析】略8 .物理加彳35(1)天然放射性元素29：Pu经过 次”衰变和 次3衰变，最后变成铅的同位素。(填入铅的三种同位素 206 Pb、282Pb、282Pb中的一种)(2)某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同，悬挂于同度，A、B两摆球均很小，质量之比为 1 ：2.当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好 接触.向右上方拉动

19、 B球使其摆线伸直并与竖直方向成45。角，然后将其由静止释放.结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成30。.若本实验允许的最大误差为 土疑，此P2P1实验是否成功地验证了动量守恒定律？207【答案】(1) 8, 4, 282Pb； (2)【解析】【详解】(1)设发生了 x次“衰变和y次3衰变, 根据质量数和电荷数守恒可知，2x-y+82=94,239=207+4x；由数学知识可知， x=8, y=4.(2)设摆球A、B的质量分别为 mA、若是铅的同位素206,或208,不满足两数守恒, 因此最后变成铅的同位素是282 PbmB,摆长为l, B球的初始高度为hi,碰撞前B球的速度为vb.在不

20、考虑摆线质量的情况下,根据题意及机械能守恒定律得hil(1cos45 )mBghi P1、P2.有P1 = mBVB -mBVB2设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为联立式得P mB，2gl (1 cos45 ) 同理可得P2 (mA mB)J2gl(1 cos30 )联立式得P2P1mAmBmB1 cos30 -d1 cos45代人已知条件得由此可以推出P2P1.03 P2P所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律.9.如图所示，一对杂技演员（都视为质点）乘秋千（秋千绳处于水平位置）从A点由静止出发绕。点下摆，当摆到最低点 B时，女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出，然后自己刚好能

21、回到高处A.求男演员落地点C与。点的水平距离s.已知男演员质量miR, C点比。点低5R.和女演员质量 m2之比mi ： m2=2,秋千的质量不计，秋千的摆长为【解析】两演员一起从从 A点摆到B点，只有重力做功，机械能守恒定律，设总质量为m,则1 2mgR-mv21 c女演员刚好能回到高处，机械能依然守恒：m2gR 1m2vl2女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出，两演员系统动量守恒:（mi m2） vm2vl m1v2根据题意：mi: m2 2有以上四式解得：v2 2.2gR1c8R接下来男演员做平抛运动：由 4R jgt2,得t J因而：s v2t 8R；【点睛】两演员一起从从 A点摆

22、到B点，只有重力做功，根据机械能守恒定律求出最低点速度；女 演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出，两演员系统动量守恒，由于女演员刚好能回 到高处，可先根据机械能守恒定律求出女演员的返回速度，再根据动量守恒定律求出男演员平抛的初速度，然后根据平抛运动的知识求解男演员的水平分位移；本题关键分析求出 两个演员的运动情况，然后对各个过程分别运用动量守恒定律和机械能守恒定律列式求 解.10.甲图是我国自主研制的 200mm离子电推进系统，已经通过我国 实践九号"卫星空间飞行试验验证，有望在 2015年全面应用于我国航天器.离子电推进系统的核心部件为离子 推进器，它采用喷出带电离子的方式实现飞

23、船的姿态和轨道的调整，具有大幅减少推进剂 燃料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势.离子推进器的工作原理如图乙所示，推进剂 氤原子P喷注入腔室C后，被电子枪 G射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氤离子.氤 离子从腔室C中飘移过栅电极 A的速度大小可忽略不计，在栅电极A、B之间的电场中加速，并从栅电极 B喷出.在加速氤离子的过程中飞船获得推力.已知栅电极A、B之间的电压为U,氤离子的质量为 m、电荷量为q .(1)将该离子推进器固定在地面上进行试验.求氤离子经 A、B之间的电场加速后，通过 栅电极B时的速度v的大小；(2)配有该离子推进器的飞船的总质量为M,现需要对飞船运行方向作一次微调，即通过推

24、进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度A x此过程中可认为氤离子仍以第(1)中所求的速度通过栅电极 B.推进器工作时飞船的总质量可视为不变.求推进器在此次工作过程中喷射的氤离子数目N.(3)可以用离子推进器工作过程中产生的推力与A、B之间的电场对氤离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况.通过计算说明采取哪些措施可以增大S,并对增大S的实际意义说出你的看法.【答案】(1)廿二，区匕(2) NV m (3)增大S可以通过减小 q、U或增大m的方法.提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.【解析】 试题分析：(1)根据动能定理有式=二切，2解得：二(2)在与飞船运

25、动方向垂直方向上，根据动量守恒有：MA v=NmvAy(3)设单位时间内通过栅电极 A的氤离子数为n,在时间t内，离子推进器发射出的氤离 子个数为N nt,设氤离子受到的平均力为 F ,对时间t内的射出的氤离子运用动量定 理，Ft Nmv ntmv, F = nmv 根据牛顿第三定律可知，离子推进器工作过程中对飞船的推力大小F=F = nmv电场对氤离子做功的功率 P= nqU2mqU根据上式可知：增大 S可以通过减小q、U或增大m的方法.提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力.(说明：其他说法合理均可得分)考点：动量守恒定律；动能定理；牛顿定律11 .如图所示，光滑的水平地面

26、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 科使木板与重物以共同的速度 vo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【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：2mvo - mvo= (2m+m) v, 解得： v=-J木板在第一个过程中

27、，用动量定理，有： mv - m ( - vo)=科2mgt12 12用动能定理，有： -niv -=-2mgs木板在第二个过程中，匀速直线运动，有：s=vt22v0 2v0 4Vq木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间t=t 1 +t2= , =#答：木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间为3Hg【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.12 .在竖直平面内有一个半圆形轨道ABC,半彳仝为R,如图所示，A、C两点的连线水平，B点为轨道最低点.其中AB部分是光滑的，BC部分是粗糙的.有一个质量为m的乙物体静 止在B处，另一个质量为 2m的甲物体从A点无初速度释放，甲物体运动到轨道最低点与 乙物体发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后结合成一个整体，甲乙构成的整体滑上BC轨道，最高运动到 D点，OD与OB连线的夹角0 60o甲、乙两物体可以看作质点，重力加 速度为g,求：(1)甲物与乙物体碰撞过程中，甲物体受到的冲量.(2)甲物体与乙物体碰撞后的瞬间，甲乙构成的整体对