高考物理试题真题分类汇编物理动量守恒定律

高考物理试题真题分类汇编物理动量守恒定律一、高考物理精讲专题动量守恒定律1．在图所示足够长的光滑水平面上，用质量分别为3kg和1kg的甲、乙两滑块，将仅与甲拴接的轻弹簧压紧后处于静止状态．乙的右侧有一挡板P.现将两滑块由静止释放，当弹簧恢复原长时，甲的速度大小为2m/s，此时乙尚未与P相撞．①求弹簧恢复原长时乙的速度大小；②若乙与挡板P碰撞反弹后，不能再与弹簧发生碰撞．求挡板P对乙的冲量的最大值．【答案】v乙＝6m/s.I＝8N【解析】【详解】（1）当弹簧恢复原长时，设甲乙的速度分别为和，对两滑块及弹簧组成的系统，设向左的方向为正方向，由动量守恒定律可得：又知联立以上方程可得，方向向右。（2）乙反弹后甲乙刚好不发生碰撞，则说明乙反弹的的速度最大为由动量定理可得，挡板对乙滑块冲量的最大值为：2．水平放置长为L=4.5m的传送带顺时针转动，速度为v=3m/s，质量为m2=3kg的小球被长为的轻质细线悬挂在O点，球的左边缘恰于传送带右端B对齐；质量为m1=1kg的物块自传送带上的左端A点以初速度v0=5m/s的速度水平向右运动，运动至B点与球m2发生碰撞，在极短的时间内以碰撞前速率的反弹，小球向右摆动一个小角度即被取走。已知物块与传送带间的滑动摩擦因数为μ=0.1，取重力加速度。求：（1）碰撞后瞬间，小球受到的拉力是多大？（2）物块在传送带上运动的整个过程中，与传送带间摩擦而产生的内能是多少？【答案】（1）42N（2）13.5J【解析】【详解】解：设滑块m1与小球碰撞前一直做匀减速运动，根据动能定理：解之可得：因为，说明假设合理滑块与小球碰撞，由动量守恒定律：解之得：碰后，对小球，根据牛顿第二定律：小球受到的拉力：（2）设滑块与小球碰撞前的运动时间为，则解之得：在这过程中，传送带运行距离为：滑块与传送带的相对路程为：设滑块与小球碰撞后不能回到传送带左端，向左运动最大时间为则根据动量定理：解之得：滑块向左运动最大位移：=2m因为，说明假设成立，即滑块最终从传送带的右端离开传送带再考虑到滑块与小球碰后的速度<，说明滑块与小球碰后在传送带上的总时间为在滑块与传送带碰撞后的时间内，传送带与滑块间的相对路程因此，整个过程中，因摩擦而产生的内能是=13.5J3．如图所示，在水平地面上有两物块甲和乙，它们的质量分别为2m、m，甲与地面间无摩擦，乙与地面间的动摩擦因数恒定．现让甲以速度向着静止的乙运动并发生正碰，且碰撞时间极短，若甲在乙刚停下来时恰好与乙发生第二次碰撞，试求：（1）第一次碰撞过程中系统损失的动能（2）第一次碰撞过程中甲对乙的冲量【答案】(1)；(2)【解析】【详解】解：(1)设第一次碰撞刚结束时甲、乙的速度分别为、，之后甲做匀速直线运动，乙以初速度做匀减速直线运动，在乙刚停下时甲追上乙碰撞，因此两物体在这段时间平均速度相等，有：而第一次碰撞中系统动量守恒有：由以上两式可得：，所以第一次碰撞中的机械能损失为：(2)根据动量定理可得第一次碰撞过程中甲对乙的冲量：4．如图所示，两块相同平板P1、P2置于光滑水平面上，质量均为m。P2的右端固定一轻质弹簧，左端A与弹簧的自由端B相距L。物体P置于P1的最右端，质量为2m且可以看作质点。P1与P以共同速度v0向右运动，与静止的P2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P1与P2粘连在一起，P压缩弹簧后被弹回并停在A点（弹簧始终在弹性限度内）。P与P2之间的动摩擦因数为μ，求：（1）P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2；（2）此过程中弹簧最大压缩量x和相应的弹性势能Ep。【答案】（1），（2），【解析】（1）P1、P2碰撞过程，动量守恒，，解得。对P1、P2、P组成的系统，由动量守恒定律，，解得（2）当弹簧压缩最大时，P1、P2、P三者具有共同速度v2，对P1、P2、P组成的系统，从P1、P2碰撞结束到P压缩弹簧后被弹回并停在A点，用能量守恒定律解得对P1、P2、P系统从P1、P2碰撞结束到弹簧压缩量最大，用能量守恒定律最大弹性势能注意三个易错点：碰撞只是P1、P2参与；碰撞过程有热量产生；P所受摩擦力，其正压力为2mg【考点定位】碰撞模型、动量守恒定律、能量守恒定律、弹性势能、摩擦生热。中档题5．如图，质量分别为、的两个小球A、B静止在地面上方，B球距地面的高度h=0.8m，A球在B球的正上方．先将B球释放，经过一段时间后再将A球释放．当A球下落t=0.3s时，刚好与B球在地面上方的P点处相碰，碰撞时间极短，碰后瞬间A球的速度恰为零．已知，重力加速度大小为，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失．（i）B球第一次到达地面时的速度；（ii）P点距离地面的高度．【答案】【解析】试题分析：（i）B球总地面上方静止释放后只有重力做功，根据动能定理有可得B球第一次到达地面时的速度（ii）A球下落过程，根据自由落体运动可得A球的速度设B球的速度为，则有碰撞过程动量守恒碰撞过程没有动能损失则有解得，小球B与地面碰撞后根据没有动能损失所以B离开地面上抛时速度所以P点的高度考点：动量守恒定律能量守恒6．（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。①完成“氦燃烧”的核反应方程：。②是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10-16s。一定质量的，经7.8×10-16s后所剩下的占开始时的。（2）如图所示，光滑水平轨道上放置长木板A（上表面粗糙）和滑块C，滑块B置于A的左端，三者质量分别为、、。开始时C静止，A、B一起以的速度匀速向右运动，A与C发生碰撞（时间极短）后C向右运动，经过一段时间，A、B再次达到共同速度一起向右运动，且恰好不再与C碰撞。求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小。【答案】（1）①（或）②（或12.5%）（2）2m/s【解析】（1）①由题意结合核反应方程满足质量数和电荷数守恒可得答案。②由题意可知经过3个半衰期，剩余的的质量。（2）设碰后A的速度为，C的速度为,由动量守恒可得,碰后A、B满足动量守恒，设A、B的共同速度为，则由于A、B整体恰好不再与C碰撞，故联立以上三式可得=2m/s。【考点定位】（1）核反应方程，半衰期。（2）动量守恒定律。7．如图所示，光滑水平面上依次放置两个质量均为m的小物块A和C以及光滑曲面劈B，B的质量为M=3m，劈B的曲面下端与水平面相切，且劈B足够高，现让小物块C以水平速度v0向右运动，与A发生弹性碰撞，碰撞后小物块A又滑上劈B，求物块A在B上能够达到的最大高度．【答案】【解析】试题分析：选取A、C系统碰撞过程动量守恒，机械能守恒，应用动量守恒定律与机械能守恒定律求出A的速度；A、B系统在水平方向动量守恒，由动量守恒定律与机械能守恒定律可以解题．小物块C与A发生弹性碰撞，由动量守恒得：mv0＝mvC＋mvA由机械能守恒定律得：联立以上解得：vC＝0，vA＝v0设小物块A在劈B上达到的最大高度为h，此时小物块A和B的共同速度大小为v，对小物块A与B组成的系统，由机械能守恒得：水平方向动量守恒联立以上解得：点睛：本题主要考查了物块的碰撞问题，首先要分析清楚物体运动过程是正确解题的关键，应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以解题．要注意A、B系统水平方向动量守恒，系统整体动量不守恒．8．如图所示，一光滑弧形轨道末端与一个半径为R的竖直光滑圆轨道平滑连接，两辆质量均为m的相同小车（大小可忽略），中间夹住一轻弹簧后连接在一起（轻弹簧尺寸忽略不计），两车从光滑弧形轨道上的某一高度由静止滑下，当两车刚滑入圆环最低点时连接两车的挂钩突然断开，弹簧瞬间将两车弹开，其中后车刚好停下，前车沿圆环轨道运动恰能越过圆弧轨道最高点．求：（1）前车被弹出时的速度；（2）前车被弹出的过程中弹簧释放的弹性势能；（3）两车从静止下滑处到最低点的高度差h．【答案】（1）（2）（3）【解析】试题分析：（1）前车沿圆环轨道运动恰能越过圆弧轨道最高点，根据牛顿第二定律求出最高点速度，根据机械能守恒列出等式求解（2）由动量守恒定律求出两车分离前速度，根据系统机械能守恒求解（3）两车从h高处运动到最低处机械能守恒列出等式求解．（1）设前车在最高点速度为，依题意有①设前车在最低位置与后车分离后速度为，根据机械能守恒得②由①②得：（2）设两车分离前速度为，由动量守恒定律得设分离前弹簧弹性势能，根据系统机械能守恒得：（3）两车从h高处运动到最低处过程中，由机械能守恒定律得：解得：9．如图所示，质量均为M＝4kg的小车A、B，B车上用轻绳挂有质量为m＝2kg的小球C，与B车静止在水平地面上，A车以v0＝2m/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)4J(2)1.6m/s【解析】【详解】解：(1)设A、B车碰后共同速度为，由动量守恒得：系统损失的能量为：(2)设小球C再次回到最低点时A、B车速为，小球C速度为，对A、B、C系统由水平方向动量守恒得：由能量守恒得：解得：10．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/s2，求爆竹能上升的最大高度．【答案】【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（1）爆竹爆炸过程中木块和爆竹组成的系统动量守恒，故有（2）爆竹完后，爆竹做竖直上抛运动，故有（3）联立三式可得：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11．在竖直平面内有一个半圆形轨道ABC，半径为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，甲乙构成的整体对轨道最低点的压力．(3)甲乙构成的整体从B运动到D的过程中，摩擦力对其做的功．【答案】(1)，方向水平向右．(2)压力大小为：，方向竖直向下．(3)Wf=．【解析】【分析】(1)先研究甲物体从A点下滑到B点的过程，根据机械能守恒定律求出A刚下滑到B点时的速度，再由动量守恒定律求出碰撞后甲乙的共同速度，即可对甲，运用动量定理求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，对于甲乙构成的整体，由牛顿第二定律求出轨道对整体的支持力，再由牛顿第三定律求得整体对轨道最低点的压力．(3)甲乙构成的整体从B运动到D的过程中，运用动量定理求摩擦力对其做的功．【详解】甲物体从A点下滑到B点的过程，根据机械能守恒定律得：，解得：，甲乙碰撞过程系统动量守恒，取向左方向为正，根据动量守恒定律得：，解得：，甲物与乙物体碰撞过程，对甲，由动量定理得：，方向：水平向右；甲物体与乙物体碰撞后的瞬间，对甲乙构成的整体，由牛顿第二定律得：，解得：，根据牛顿第三定律，对轨道的压力，方向：竖直向下；对整体，从B到D过程，由动能定理得：解得，摩擦力对整体做的功为：；【点睛】解决本题的关键按时间顺序分析清楚物体的运动情况，把握每个过程的物理规律，知道碰撞的基本规律是动量守恒定律摩擦力是阻力，运用动能定理是求变力做功常用的方法．12．如图所示，装置的左边是足够长的光滑水平台面，一轻质弹簧左端固定，右端连接着质量M=1kg的小物块A．装置的中间是水平传送带，它与左、右两边的台面等高，并能平滑对接．传送带始终以v=1m/s的速率逆时针转动，装置的右边是一光滑曲面，质量m=0.5kg的小物块B从其上距水平台面高h=0.8m处由静止释放．已知物块B与传送带之间的动摩擦因数，l=1.0m．设物块A、B间发生的是对心弹性碰撞，第一次碰撞前物块A处于静止状态．取g=10m/s2．(1)求物块B与物块A第一次碰撞前的速度大小；(2)物块A、B间发生碰撞过程中，物块B受到的冲量；(3)通过计算说明物块B与物块A第一次碰撞后能否运动到右边的曲面上？(4)如果物块A、B每次碰撞后，弹簧恢复原长时都会立即被锁定，而当它们再次碰撞前锁定被解除，试求出物块B第n次碰撞后的运动速度大小．【答案】(1)3m/s；(2)2kgm/s；(3)，所以不能；(4)【解析】【分析】物块B沿光滑曲面下滑到水平位置由机械能守恒列出等式，物块B在传送带上滑动根据牛顿第二定律和运动学公式求解；物块A、B第一次碰撞前后运用动量守恒，能量守恒列出等式求解；当物块B在传送带上向右运动的速度为零时，将会沿传送带向左加速．可以判断，物块B运动到左边台面是的速度大小为v