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1、高中物理动量定理解题技巧和训练方法及练习题( 含答案 ) 含解析一、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，C的 v t 图象如图乙所示。求：（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）27
2、J，36NS；（ 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
3、度相等时，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。2 图甲为光滑金属导轨制成的斜面，导轨的间距为l1m ，左侧斜面的倾角37 ，右侧斜面的中间用阻值为R2的电阻连接。在左侧斜面区域存在垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B10.5T ，右侧斜面轨道及其右侧区域中存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B20.5T 。在斜面的顶端e、 f 两点分别用等长的轻质柔软细导线连接导体棒 ab，另一导体棒cd 置于左侧斜面轨道上，与导轨垂直且接触良
4、好，ab 棒和 cd 棒的质量均为 m 0.2kg ， ab 棒的电阻为 r1 2， cd 棒的电阻为 r24 。已知 t=0 时刻起，cd 棒在沿斜面向下的拉力作用下开始向下运动(cd 棒始终在左侧斜面上运动 )，而 ab 棒在水平拉力 F 作用下始终处于静止状态，F 随时间变化的关系如图乙所示，ab 棒静止时细导线与竖直方向的夹角37 。其中导轨的电阻不计，图中的虚线为绝缘材料制成的固定支架。(1)请通过计算分析cd 棒的运动情况；(2)若 t=0 时刻起，求2s 内 cd 受到拉力的冲量；(3)3 s 内电阻R 上产生的焦耳热为2. 88 J，则此过程中拉力对cd 棒做的功为多少?【答案
5、】 (1)cd 棒在导轨上做匀加速度直线运动；(2)1.6Ngs ； (3) 43.2J【解析】【详解】(1)设绳中总拉力为T ，对导体棒 ab 分析，由平衡方程得：FTsin BIlTcos mg解得：Fmgtan BIl1.50.5I由图乙可知：F1.50.2t则有：I0.4tcd 棒上的电流为：I cd0.8t则 cd 棒运动的速度随时间变化的关系：v8t即 cd 棒在导轨上做匀加速度直线运动。(2) ab 棒上的电流为：I0.4t则在 2 s 内，平均电流为0.4 A，通过的电荷量为0.8 C，通过 cd 棒的电荷量为1.6C由动量定理得：I FmgsintBlI tmv0解得：I F
6、1.6N gs(3)3 s 内电阻R 上产生的的热量为Q2.88J ，则ab 棒产生的热量也为Q ， cd棒上产生的热量为 8Q ，则整个回路中产生的总热量为28. 8 J，即3 s 内克服安培力做功为28. 8J而重力做功为：WGmg sin43.2J对导体棒cd，由动能定理得：WFW克安WG1 mv220由运动学公式可知导体棒的速度为24 m/s解得：WF43.2J3 蹦床运动是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为 60kg 的运动员，从离水平网面3.2m 高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回离水平网面 5.0m 高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s
7、，若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力来处理，求此力的大小和方向。（g 取10m/s2 ）【答案】 1.5103N；方向向上【解析】【详解】设运动员从h1 处下落，刚触网的速度为v12gh18m / s运动员反弹到达高度h2 ,，网时速度为v22 gh2 10m / s在接触网的过程中,运动员受到向上的弹力F 和向下的重力mg，设向上方向为正，由动量定理有( F mg)t mv2mv1得F=1.510 3N方向向上4 如图所示，光滑水平面上有一轻质弹簧，弹簧左端固定在墙壁上，滑块A 以 v0 12 m/s的水平速度撞上静止的滑块B 并粘在一起向左运动，与弹簧作用后原速率弹回，已知A、B的质
8、量分别为m1 0.5 kg、 m2 1.5 kg。求：A 与 B 撞击结束时的速度大小v；在整个过程中，弹簧对A、B 系统的冲量大小I。【答案】 3m/s ； 12N?s【解析】【详解】A、B 碰撞过程系统动量守恒，以向左为正方向由动量守恒定律得m1v0=（ m1 +m2） v代入数据解得v=3m/s以向左为正方向，A、B 与弹簧作用过程由动量定理得I=（ m1+m2）（ - v） - （m1+m2） v代入数据解得I=- 12N?s负号表示冲量方向向右。5 如图所示，一个质量为m 的物体，初速度为v0，在水平合外力F（恒力）的作用下，经过一段时间t 后，速度变为vt 。(1)请根据上述情境，
9、利用牛顿第二定律推导动量定理，并写出动量定理表达式中等号两边物理量的物理意义。(2)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。请运用所学物理知识分析说明这样做的道理。【答案】详情见解析【解析】【详解】(1) 根据牛顿第二定律Fma ,加速度定义 aviv0 解得tFtmvimv0即动量定理 , Ft 表示物体所受合力的冲量，mvt-mv0 表示物体动量的变化(2) 快递物品在运送途中难免出现磕碰现象，根据动量定理Ftmvimv0在动量变化相等的情况下，作用时间越长，作用力越小。充满气体的塑料袋富有弹性，在碰撞时，容易发生形变，延缓作用过程，延长作用时间，减小作用力，从而能更好的
10、保护快递物品。6 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
11、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v2v11stg7 如图， A、B、 C 三个木块的质量均为m，置于光滑的水平面上，B、 C 之间有一轻质弹簧，弹簧的两端分别与木块B、 C 相连，弹簧处于原长状态现A 以初速v0 沿B、 C 的连线方向朝B 运动，与B 相碰并粘合在一起，碰撞时间极短、大小为t(1)A、 B 碰撞过程中，求 A 对 B 的平均作用力大小F(2)在以后的运动过程中，求弹簧具
12、有的最大弹性势能E p【答案】 (1) Fmv0(2) EP1 mv022t12【解析】【详解】(1)设AB碰撞后瞬间的速度为v ，碰撞过程 A、B 系统动量守恒，取向右为正方向，由动、1量守恒定律有：mv02mv1解得 v11v02AB碰撞时的平均作用力大小为FB有 Ftmv10设、，对解得 Fmv02t(2)当 A、B、 C具有共同速度v 时，弹簧具有最大弹性势能，设弹簧的最大弹性势能为Ep ，碰后至 A、 B、C 速度相同的过程中，系统动量守恒，有mv0 3mv根据碰后系统的机械能守恒得1 2mv121 3mv2Ep22解得： Ep1 mv02128 以初速度 v0=10m/s水平抛出一
13、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 =20 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 =
14、2 102gt220 10kg m / s9 蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目一个质量为60kg 的运动员从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面高5m处，已知运动员与网接触的时间为1.2s（ g取10m/s2）求：（ 1）运动员自由下落到接触网时的瞬时速度（2）若把网对运动员的作用力当做恒力处理，此力的大小是多少【答案】（ 1） 8m/ s，方向向下；（2）网对运动员的作用力大小为1500N【解析】【分析】（1）根据题意可以把运动员看成一个质点来处理，下落过程是自由落体运动，由位移-速度公式即可求出运动员着网前瞬间的速度大小；（
15、2）上升过程是竖直上抛运动，我们可以算出自竖直上抛运动的初速度，算出速度的变化量，由动量定理求出网对运动员的作用力大小【详解】（1）从 h1=3.2m 自由落体到床的速度为v1，则： v122gh1代入数据可得： v1=8m/ s，方向向下；（2）离网的速度为v2，则： v22gh210m / s ，方向竖直向上，规定向下为正方向，由动量定理得：mgt -Ft=mv2-mv 1可得： F mgmv2mv1 =1500Nt所以网对运动员的作用力为1500N【点睛】本题关键是对运动员的各个运动情况分析清楚，然后结合机械能守恒定律、运动学公式、动量定理列式后联立求解10 一个质量为2kg 的物体静止
16、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 变化的图像如图 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 0.求：(1)前 3s 内拉力 F 的冲量(2)第 2s 末拉力 F 的功率【答案】 （1） 25N s （ 2） 50W【解析】【详解】（1）由动量定理有IFtF t1 12 2即前 3s 内拉力 F 的冲量为I25N s（2）设物体在运动过程中所受滑动摩擦力大小为f，则在 2s6s 内，由动量定理有F2t2f (t2t3 )0设在 1s 3s 内物体的加速度大
17、小为a，则由牛顿第二定律有F2fma第 2s 末物体的速度为vat2第 2s 末拉力 F 的功率为PF2v联立以上方程可求出P50W11 某汽车制造商研制开发了发动机额定功率P=30 kW 的一款经济实用型汽车，在某次性能测试中，汽车连同驾乘人员的总质量m=2000kg，在平直路面上以额定功率由静止启动，行驶过程中受到大小f=600 N 的恒定阻力 .(1)求汽车的最大速度v；(2)若达到最大速度v 后，汽车发动机的功率立即改为P =18 kW，经过一段时间后汽车开始以不变的速度行驶，求这段时间内汽车所受合力的冲量I.【答案】（ 1） 50m / s （ 2） 4.0104 kg m / s方
18、向与初速度的方向相反【解析】【详解】（1）汽车匀速运动时，牵引力等于阻力，有：F=f=600N根据 P=Fv代入数据解得： v=50m/s(2)设功率改为P=18kW 时，则有： vP=30m/sF根据动量定理得： I=mv - mv代入数据得： I= - 4.0104kgm/s，负号表示方向与初速度的方向相反【点睛】（1）汽车匀速运动时，牵引力等于阻力，根据P=Fv 求解速度；（2）根据 P=Fv 求出功率改为P=18kW的速度，然后根据动量定理求出合外力的冲量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
19、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