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1、高中物理高考物理动量定理解题技巧及经典题型及练习题( 含答案 )一、高考物理精讲专题动量定理1 如图所示，一光滑水平轨道上静止一质量为M 3kg 的小球B 一质量为m 1kg 的小球 A 以速度v0 2m/s向右运动与B 球发生弹性正碰，取重力加速度g10m/s 2 求：（ 1）碰撞结束时 A 球的速度大小及方向；（ 2）碰撞过程 A 对 B 的冲量大小及方向 【答案】 （1） 1m/s ，方向水平向左 （ 2） 3Ns，方向水平向右【解析】【分析】 A 与 B 球发生弹性正碰 ，根据动量守恒及能量守恒求出碰撞结束时A 球的速度大小及方向 ；碰撞过程对 B 应用动量定理求出碰撞过程A 对 B
2、的冲量 ；解：（ 1mv0 mvA Mv B）碰撞过程根据动量守恒及能量守恒得：1 mv021 mvA21 Mv B2222联立可解得： vB1m/s ， vA1m/s负号表示方向水平向左（2）碰撞过程对B 应用动量定理可得：IMv B0可解得： I 3Ns 方向水平向右2 一质量为 0.5kg 的小物块放在水平地面上的A 点，距离 A 点 5m 的位置 B 处是一面墙，如图所示，物块以v0=9m/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 7m/s ，碰后以6m/s 的速度反向运动直至静止 g 取 10m/s 2(1)求物块与地面间的动摩擦因数；(2)若碰撞时间为0
3、.05s，求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F【答案】 （1）0.32 （ 2） F=130N【解析】试题分析：（ 1）对 A 到墙壁过程，运用动能定理得：，代入数据解得：=0.32（2）规定向左为正方向，对碰墙的过程运用动量定理得：F t=mvmv，代入数据解得：F=130N3 如图所示，质量 M=1.0kg 的木板静止在光滑水平面上，质量m=0.495kg 的物块（可视为质点）放在的木板左端，物块与木板间的动摩擦因数=0.4。质量 m0=0.005kg 的子弹以速度 v0=300m/s 沿水平方向射入物块并留在其中（子弹与物块作用时间极短），木板足够长， g 取 10m/s 2。求：（
4、 1）物块的最大速度 v1；（ 2）木板的最大速度 v2；（ 3）物块在木板上滑动的时间t .【答案】（ 1） 3m/s ；（ 2）1m/s ；（ 3） 0.5s。【解析】【详解】（ 1）子弹射入物块后一起向右滑行的初速度即为物块的最大速度，取向右为正方向，根据子弹和物块组成的系统动量守恒得：m0v0=（ m+m0） v1解得：v1=3m/s（ 2）当子弹、物块和木板三者速度相同时，木板的速度最大，根据三者组成的系统动量守恒得：（m+m0）v1=（ M +m+m0） v2。解得：v2=1m/s（3）对木板，根据动量定理得：（ m+m0） gt =Mv 2-0解得：t=0.5s4 滑冰是青少年喜
5、爱的一项体育运动。如图，两个穿滑冰鞋的男孩和女孩一起在滑冰场沿直线水平向右滑行，某时刻他们速度均为v0 2m/s ，后面的男孩伸手向前推女孩一下，作用时间极短，推完后男孩恰好停下，女孩继续沿原方向向前滑行。已知男孩、女孩质量均为 m50kg，假设男孩在推女孩过程中消耗的体内能量全部转化为他们的机械能，求男孩推女孩过程中：(1)女孩受到的冲量大小；(2)男孩消耗了多少体内能量？【答案】 (1) 100N?s(2) 200J【解析】【详解】(1)男孩和女孩之间的作用力大小相等，作用时间相等，故女孩受到的冲量等于男孩受到的冲量，对男孩，由动量定理得： I P0- mv 0- 502 - 100N?s
6、，所以女孩受到的冲量大小为 100N?s；(2)对女孩，由动量定理得100 mv 1- mv0，故作用后女孩的速度 v1100502 m/s4m/s50根据能量守恒知，男孩消耗的能量为E1 mv122 1 mv021 501650 4200J ；2225 质量 0.2kg 的球 ,从 5.0m高处自由下落到水平钢板上又被竖直弹起,弹起后能达的最大高度为 4.05m. 如果球从开始下落到弹起达最大高度所用时间为1.95s,不考虑空气阻力 ,g 取10m/s 2.求小球对钢板的作用力 .【答案】78N【解析】【详解】自由落体过程 v12 2gh1，得 v1=10m/s；v =gt得 t=1s111
7、小球弹起后达到最大高度过程0- v22 -2 gh2，得 v2=9m/s0-v =-gt2得 t =0.9s22小球与钢板作用过程设向上为正方向，由动量定理：Ft-mg t =mv2-（ -mv1）其中 t=t-t1-t2 =0.05s得 F=78N由牛顿第三定律得F=-F，所以小球对钢板的作用力大小为78N，方向竖直向下；6 质量为 70kg 的人不慎从高空支架上跌落，由于弹性安全带的保护，使他悬挂在空中已知人先自由下落3.2m ，安全带伸直到原长，接着拉伸安全带缓冲到最低点，缓冲时间为 1s，取 g=10m/s 2求缓冲过程人受到安全带的平均拉力的大小【答案】 1260N【解析】【详解】人
8、下落 3.2m 时的速度大小为v2gh8.0m / s在缓冲过程中，取向上为正方向，由动量定理可得( Fmg )t0(mv)则缓冲过程人受到安全带的平均拉力的大小mvFmg1260Nt7 如图所示，质量的小车A 静止在光滑水平地面上，其上表面光滑，左端有一固定挡板。可视为质点的小物块B 置于 A 的最右端， B 的质量。现对小车A 施加一个水平向右的恒力F=20N，作用 0.5s 后撤去外力，随后固定挡板与小物块B 发生碰撞。假设碰撞时间极短，碰后A、 B 粘在一起，继续运动。求：（ 1）碰撞前小车 A 的速度；（ 2）碰撞过程中小车 A 损失的机械能。【答案】（ 1） 1m/s （2） 25
9、/9J【解析】【详解】（1） A 上表面光滑，在外力作用下，A 运动，对 A，由动量定理得：，代入数据解得：m/s ；B 静止，（2） A、 B 碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：，代入数据解得：，碰撞过程， A 损失的机械能：代入数据解得：；，8 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
10、，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：1 m2v222m2gR1 m2 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 B 球： Ft 0 m2v2得碰撞过程两小球间的平均作用力大小F1000N9 用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的x、y 两个方向上分别进行研究。如图所示，质量为
11、m 的小球斜射到木板上，入射的角度是，碰撞后弹出的角度也是，碰撞前后的速度大小都是v。碰撞过程中忽略小球所受重力。若小球与木板的碰撞时间为t，求木板对小球的平均作用力的大小和方向。【答案】 F2mv cosy 轴正方向，方向沿t【解析】【详解】小球在 x 方向的动量变化为pxmvsinmv sin0小球在 y 方向的动量变化为pymvcos( mv cos) 2mv cos根据动量定理 F tpy2mv cos，方向沿 y 轴正方向解得 Ft10 正方体密闭容器中有大量运动粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量n 为恒量。为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；其速率均为v，且与器壁各面碰
12、撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与器壁垂直，且速率不变。利用所学力学知识，导出器壁单位面积所受粒子压力f 与 m、n 和 v 的关系。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）【答案】【解析】【分析】根据“粒子器壁各面碰撞的机会均等”即相等时间内与某一器壁碰撞的粒子为该段时间内粒子总数的，一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量是，据此根据动量定理求与某一个截面碰撞时的作用力F；【详解】一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量是：在时间内能达到面积为S 容器壁上的粒子所占据的体积为：由于粒子有均等的概率与容器各面相碰，即可能达到目标区域的粒子数为：根据
13、动量定理得：考虑单位面积，整理可以得到：根据牛顿第三定律可知，单位面积所受粒子的压力大小为。【点睛】本题的关键是建立微观粒子的运动模型，然后根据动量定理列式求解平均碰撞冲力，要注意粒子的运动是无规则的。11 质量为 50kg 的杂技演员不慎从7.2m 高空落下，由于弹性安全带作用使他悬挂起来，已知弹性安全带的缓冲时间为1s，安全带长3.2m ，则安全带对演员的平均作用力是多大？（取g=10m/s 2）【答案】900N【解析】【详解】设安全带对人的平均作用力为F；由题意得，人在落下的3.2m是 自由落体运动，设落下3.2m达到的速度为v1，由动能定理可得：mgh 1=1mv122得：v1=8m/
14、s设向上为正方向，由动量定理：（ F-mg） t=0-（ -mv）得：F=900 N12 质量为 0.5kg的小球从h=2.45 的高空自由下落至水平地面，与地面作用0.2s后，再m以 5m/ s 的速度反向弹回，求小球与地面的碰撞过程中对地面的平均作用力（不计空气阻力， g=10m/ s2）【答案】 35N【解析】小球自由下落过程中，由机械能守恒定律可知：1mgh=mv12；2解得： v1= 2gh2 10 2.45 7 m/s，同理，回弹过程的速度为5m/s，方向竖直向上，设向下为正，则对碰撞过程由动量定理可知：mgt -Ft=-mv-mv代入数据解得：F=35N由牛顿第三定律小球对地面的平均作用力大小为35N，方向竖直向下