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1、高中物理动量定理及其解题技巧及练习题( 含答案 )一、高考物理精讲专题动量定理1 如图甲所示，物块A、 B 的质量分别是mA4.0kg 和 mB 3.0kg。用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，物块B 右侧与竖直墙壁相接触。另有一物块C 从 t 0 时以一定速度向右运动，在 t 4s 时与物块 A 相碰，并立即与 A 粘在一起不再分开，所示。求：C的 v t 图象如图乙（1） C 的质量 mC；（2） t 8s 时弹簧具有的弹性势能Ep1， 412s 内墙壁对物块 B 的冲量大小 I；（3） B 离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep2。【答案】（ 1） 2kg ；（ 2）27J，36
2、NS；（ 3）9J【解析】【详解】（1）由题图乙知， C 与 A 碰前速度为 v1 9m/s ，碰后速度大小为 v23m/s ，C 与 A 碰撞过程动量守恒mCv1 (mA mC)v2解得 C 的质量 mC2kg。（2） t 8s 时弹簧具有的弹性势能E (m m )v22=27Jp11AC2取水平向左为正方向，根据动量定理，412s 内墙壁对物块 B 的冲量大小I=(mA mC)v3-(mA mC)（-v2） =36NS（3）由题图可知，12s 时 B 离开墙壁，此时A、C 的速度大小 v33m/s ，之后 A、 B、 C 及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
3、，弹簧弹性势能最大(mA mC)v3 (mA mB mC)v41 (mA mC) v32 1 (mA mB mC) v42 Ep222解得 B 离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep2 9J。22019 年 1 月 3 日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，并通过“鹊桥 ”中继卫星传回了世界上第一张近距离拍摄月球背面的图片。此次任务实现了人类探测器首次在月球背面软着陆、首次在月球背面通过中继卫星与地球通讯，因而开启了人类探索月球的新篇章。嫦娥四号探测器在靠近月球表面时先做圆周运动进行充分调整，最终到达离月球表面很近的着陆点。为了尽可能减小着陆过程中月球对飞船的冲击力，探测器在距月面非常
4、近的距离处进行多次调整减速，离月面高h 处开始悬停（相对月球速度为零），对障碍物和坡度进行识别，并自主避障。然后关闭发动机，仅在月球重力作用下竖直下落，探测器与月面接触前瞬间相对月球表面的速度为v，接触月面时通过其上的“四条腿 ”缓冲，平稳地停在月面，缓冲时间为t，如图所示。已知月球的半径R，探测器质量为m0，引力常量为G。（ 1）求月球表面的重力加速度；（ 2）求月球的第一宇宙速度；（ 3）求月球对探测器的平均冲击力F 的大小。v2vR（ 3） Fm0 v【答案】（ 1） g（ 2） v2hm0 g2ht【解析】【详解】(1)由自由落体规律可知：v 22 gh解得月球表面的重力加速度：v2g
5、2h(2)做圆周运动向心力由月表重力提供，则有：mvmgR解得月球的第一宇宙速度：2Rvv2h(3)由动量定理可得：(Fm0 g)t0(m0v)解得月球对探测器的平均冲击力的大小：m0 vFm0 gt3 如图所示，质量为 m=245g 的木块（可视为质点）放在质量为M =0.5kg 的木板左端，足够长的木板静止在光滑水平面上，木块与木板间的动摩擦因数为= 0.4，质量为 m0= 5g 的子弹以速度 v0=300m/s 沿水平方向射入木块并留在其中（时间极短），子弹射入后，g 取10m/s 2，求：(1)子弹进入木块后子弹和木块一起向右滑行的最大速度v1(2)木板向右滑行的最大速度 v2(3)木
6、块在木板滑行的时间t【答案】 (1) v1= 6m/s (2) v2=2m/s (3) t=1s【解析】【详解】(1)子弹打入木块过程，由动量守恒定律可得：m0v0=(m0 +m)v1解得：v1= 6m/s(2)木块在木板上滑动过程，由动量守恒定律可得：(m0+m)v1=(m0+m+M )v2解得：v2=2m/s(3)对子弹木块整体，由动量定理得： (m0+m)gt=(m0+m)(v2 v1 )解得：物块相对于木板滑行的时间v2v11stg4 一质量为0.5kg 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，如图所示 .物块以 v0 8m/s 的初速度从A 点沿
7、AB 方向运动，在与墙壁碰撞前瞬间的速度为2(1)求物块与地面间的动摩擦因数；(2)若碰撞时间为0.05s，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克服摩擦力所做的功W.【答案】（ 1）0.32 （ 2） F130N（ 3） W 9J【解析】（1）由动能定理，有：mgs1 mv21 mv02 可得0.32 22（2）由动量定理，有F tmv mv可得 F130N（3） W1 mv29J 2【考点定位】本题考查动能定理、动量定理、做功等知识5 如图所示，长为1m 的长木板静止在粗糙的水平面上，板的右端固定一个竖直的挡板，长木板与挡板的总质量为M =lkg，板的上表面
8、光滑，一个质量为m= 0.5kg 的物块以大小为t 0=4m/s 的初速度从长木板的左端滑上长木板，与挡板碰撞后最终从板的左端滑离，挡板对物 块的冲量大小为 2. 5N ? s，已知板与水平面间的动摩擦因数为= 0.5,重力加速度为g=10m/s2 ，不计物块与挡板碰撞的时间，不计物块的大小。求：（ 1）物块与挡板碰撞后的一瞬间，长木板的速度大小；（ 2）物块在长木板上滑行的时间。【答案】（ 1） 2.5m/s （2）【解析】【详解】56(1)设物块与挡板碰撞后的一瞬间速度大小为v1根据动量定理有：Imv0mv1解得： v11m/s设碰撞后板的速度大小为v2 ，碰撞过程动量守恒，则有：mv0M
9、v 2mv1解得： v2 2.5m/s(2)碰撞前，物块在平板车上运动的时间：t1L1 sv04碰撞后，长木板以 v2 做匀减速运动，加速度大小：a(m M )g7.5m/s 2M设长木板停下时，物块还未滑离木板，木板停下所用时间：t 2v21 sa3在此时间内，物块运动的距离：x1 v1t21 m315木板运动的距离： x2v2t2m212由于 x1x2L ，假设成立，木板停下后，物块在木板上滑行的时间：t3L x1 x21 sv14因此物块在板上滑行的总时间为：t t1 t2 t35 s66 冬奥会短道速滑接力比赛中，在光滑的冰面上甲运动员静止，以10m/s 运动的乙运动员从后去推甲运动员
10、，甲运动员以6m/s 向前滑行，已知甲、乙运动员相互作用时间为1s，甲运动员质量m1=70kg、乙运动员质量m2=60kg，求：乙运动员的速度大小；甲、乙运动员间平均作用力的大小。【答案】 (1)3m/s (2)F=420N【解析】【详解】（1）甲乙运动员的动量守恒，由动量守恒定律公式m1v1m2v2m1v1m2v2得：v23m/s（2）甲运动员的动量变化：pm1v1 -m1v1对甲运动员利用动量定理：pFt由式可得：F=420N7 如图，有一个光滑轨道，其水平部分MN 段和圆形部分 NPQ平滑连接，圆形轨道的半径 R=0.5m；质量为 m1=5kg 的 A 球以 v0=6m/s 的速度沿轨道
11、向右运动，与静止在水平轨道上质量为 m2=4kg 的 B 球发生碰撞，两小球碰撞过程相互作用的时为t 0=0.02s，碰撞后 B 小球恰好越过圆形轨道最高点。两球可视为质点，g=10m/s 2。求：(1)碰撞后 A 小球的速度大小。(2)碰撞过程两小球间的平均作用力大小。【答案】 (1)2m/s (2)1000N【解析】【详解】(1)B 小球刚好能运动到圆形轨道的最高点：m2 g m2v2R设 B 球碰后速度为 v2 ，由机械能守恒可知：1m2v222m2gR1m2 v222A、 B 碰撞过程系统动量守恒： m1v0m1v1m2v2碰后 A 速度 v1 2m / s(2)A、 B 碰撞过程，对
12、 B 球： Ft 0 m2v2得碰撞过程两小球间的平均作用力大小F1000N8 以初速度 v0=10m/s水平抛出一个质量为m=2kg 的物体，若在抛出后3s 过程中，它未与地面及其它物体相碰，g 取 l0m/s 2。求：（ 1）它在 3s 内所受重力的冲量大小；（ 2） 3s 内物体动量的变化量的大小和方向；（ 3）第 3 秒末的动量大小。【答案】（ 1） 60N s（ 2） 60kg m/s，竖直向下（3） 2010kgm / s【解析】【详解】（1） 3s 内重力的冲量：I=Ft =mgt =210 3N s=60N s（ 2） 3s 内物体动量的变化量，根据动量定理： P=mgt =2
13、0 3kg m/s=60kg m/s方向：竖直向下。（3）第 3s 末的动量：P末 =mv末 =m v02vy2 =2 102gt220 10kg m / s9 质量为 60 kg 的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护，使他悬挂起来；已知弹性安全带的缓冲时间是1.2 s，安全带长5 m，（安全带伸长量远小于其原长）不计空气阻力影响，g 取 10 m/s 2 。求：人向下减速过程中，安全带对人的平均作用力的大小及方向。【答案】 100N，方向：竖直向上【解析】【详解】选取人为研究对象，人下落过程有：v2=2gh，代入数据解得：v=10 m/s ，缓冲过程由动量定理有：（F-mg） t
14、=mv，解得： Fmv60 10mg （60 10） N 1100Nt1.2则安全带对人的平均作用力的大小为1100N，方向竖直向上。10 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 变化的图象如图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 末物体速度减小为求：前 3s 内拉力 F 的冲量。第 2s 末拉力 F 的功率。【答案】 (1)(2)【解析】【详解】(1) 冲量为：即前 3s 内拉力 F 的冲量为(2) 设物体在运动过程中所受滑动摩擦力大小为f，则在内，由
15、动量定理有：设在内物体的加速度大小为a，则由牛顿第二定律有：第 2s 末物体的速度为：第 2s 末拉力 F 的功率为：v联立以上方程代入数据可求出F 的功率为：11 质量为 200g 的玻璃球，从1.8m 高处自由下落，与地面相碰后，又弹起1.25m ，若球与地面接触的时间为0.55s，不计空气阻力，取g=10m/s 2。求：（ 1）在与地面接触过程中，玻璃球动量变化量的大小和方向；（ 2）地面对玻璃球的平均作用力的大小。【答案】 (1)，竖直向上（ 2）【解析】【详解】（1）小球下降过程中只受重力，机械能守恒，根据机械能守恒，有：mgH mv12解得：小球上升过程中只受重力，机械能守恒，根据
16、机械能守恒，有：mgh mv22解得：假设竖直向下为正方向，则负号表示方向竖直向上；（ 2）根据动量定理有： Ft+mgt=? p代入已知解得：F=-6 N“-”表示 F 的方向竖直向上；【点睛】本题关键是明确乒乓球上升和下降过程机械能守恒，然后结合机械能守恒定律和动量定理列式求解，注意正方向的选取 12 如图，一质量为M =1.5kg 的物块静止在光滑桌面边缘，桌面离水平面的高度为h=1.25m 一质量为 m=0.5kg 的木块以水平速度 v0=4m/s 与物块相碰并粘在一起，碰撞时间极短，重力加速度为 g=10m/s 2不及空气阻力，求：（ 1）碰撞过程中系统损失的机械能；（ 2）此后物块落地点离桌面边缘的水平距离【答案】 （1） 3J （2） 0.5m【解析】试题分析：（ 1）对 m 与 M 组成的系统，碰撞过程中动量守恒，设碰后共同速度为 v，有m0=（ m+M ） 解得 v=1m/s碰撞后系统损失的机械能E1 mv021 (m M )v222解得 E=3J（2）物块离开桌面后做平抛运动，设落地点离桌面边缘的水平距离为x，有竖直方向作自由落体：h1 gt 22解得 t=0 5s水平方向匀速直线：x=vt=0 5m考点：动量守恒定律；机械能守恒定律；平抛运动【名师点睛】本题采用程序法按时间顺序进行分析处理，是动量守恒定律与平抛运动简单的综合，比较容易