最新高考必刷题物理动量守恒定律题
一、高考物理精讲专题动量守恒定律
1．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0v 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
014
mv ；(2) 0mv 【解析】 【详解】
解：(1)设第一次碰撞刚结束时甲、乙的速度分别为1v 、2v ，之后甲做匀速直线运动，乙以
2v 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：2
12
v v =
而第一次碰撞中系统动量守恒有：01222mv mv mv =+ 由以上两式可得：0
12
v v =
，20 v v = 所以第一次碰撞中的机械能损失为：2
2
22012011
11222
2
24
E m v m v mv mv ?=--=g
g g g (2)根据动量定理可得第一次碰撞过程中甲对乙的冲量：200I mv mv =-=
2．如图：竖直面内固定的绝缘轨道abc ，由半径R =3 m 的光滑圆弧段bc 与长l =1.5 m 的粗糙水平段ab 在b 点相切而构成，O 点是圆弧段的圆心，Oc 与Ob 的夹角θ=37°;过f 点的竖直虚线左侧有方向竖直向上、场强大小E =10 N/C 的匀强电场，Ocb 的外侧有一长度足够长、宽度d =1.6 m 的矩形区域efgh ，ef 与Oc 交于c 点，ecf 与水平向右的方向所成的夹角为β(53°≤β≤147°)，矩形区域内有方向水平向里的匀强磁场．质量m 2=3×10-3 kg 、电荷量q =3×l0-3 C 的带正电小物体Q 静止在圆弧轨道上b 点，质量m 1=1.5×10-3 kg 的不带电小物体P 从轨道右端a 以v 0=8 m/s 的水平速度向左运动，P 、Q 碰撞时间极短，碰后P 以1 m/s 的速度水平向右弹回．已知P 与ab 间的动摩擦因数μ=0.5，A 、B 均可视为质点，Q 的电荷量始终不变，忽略空气阻力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度大小g =10 m/s 2．求：
(1)碰后瞬间，圆弧轨道对物体Q 的弹力大小F N ；
(2)当β=53°时，物体Q 刚好不从gh 边穿出磁场，求区域efgh 内所加磁场的磁感应强度大小B 1；
(3)当区域efgh 内所加磁场的磁感应强度为B 2=2T 时，要让物体Q 从gh 边穿出磁场且在磁
场中运动的时间最长，求此最长时间t 及对应的β值．
【答案】(1)2
4.610N F N -=? (2)1 1.25B T = (3)127s 360
t π
=
,001290143ββ==和 【解析】 【详解】
解：(1)设P 碰撞前后的速度分别为1v 和1v '，Q 碰后的速度为2v 从a 到b ，对P ，由动能定理得：221011111
-22
m gl m v m v μ=- 解得：17m/s v =
碰撞过程中，对P ，Q 系统：由动量守恒定律：111122m v m v m v '
=+
取向左为正方向，由题意11m/s v =-'， 解得：24m/s v =
b 点：对Q ，由牛顿第二定律得：2
222N v F m g m R
-=
解得:2
4.610N N F -=?
(2)设Q 在c 点的速度为c v ，在b 到c 点，由机械能守恒定律：
22222211
(1cos )22
c m gR m v m v θ-+=
解得：2m/s c v =
进入磁场后：Q 所受电场力2
2310N F qE m g -==?= ，Q 在磁场做匀速率圆周运动
由牛顿第二定律得：2
211
c c m v qv B r =
Q 刚好不从gh 边穿出磁场，由几何关系：1 1.6m r d == 解得：1 1.25T B = (3)当所加磁场22T B =，222
1m c
m v r qB =
= 要让Q 从gh 边穿出磁场且在磁场中运动的时间最长，则Q 在磁场中运动轨迹对应的圆心
角最大，则当gh 边或ef 边与圆轨迹相切，轨迹如图所示：
设最大圆心角为α，由几何关系得：2
2
cos(180)d r
r α-?-= 解得：127α=? 运动周期：2
2
2m T qB π=
则Q 在磁场中运动的最长时间：222127127?s 360360360
m t T qB πα
π
=
=
=?
此时对应的β角：190β=?和2143β=?
3．如图所示，两块相同平板P 1、P 2置于光滑水平面上，质量均为m 。P 2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P 1的最右端，质量为2m 且可以看作质点。P 1与P 以共同速度v 0向右运动，与静止的P 2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P 1与P 2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P 2之间的动摩擦因数为μ，求：
（1）P 1、P 2刚碰完时的共同速度v 1和P 的最终速度v 2； （2）此过程中弹簧最大压缩量x 和相应的弹性势能E p 。
【答案】（1） 201v v =，4
302v v = （2）L g v x -=μ3220，162
p mv E = 【解析】（1） P 1、P 2碰撞过程，动量守恒，102mv mv =，解得2
1v v =
。 对P 1、P 2、P 组成的系统，由动量守恒定律 ，204)2(mv v m m =+，解得4
30
2v v =
（2）当弹簧压缩最大时，P 1、P 2、P 三者具有共同速度v 2，对P 1、P 2、P 组成的系统，从
P 1、P 2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
)(2)2()2(212212212
22021x L mg u v m m m mv mv ++++=?+? 解得L g
v x -=μ3220 对P 1、P 2、P 系统从P 1、P 2碰撞结束到弹簧压缩量最大，用能量守恒定律
p 222021))(2()2(2
1221221E x L mg u v m m m mv mv +++++=+ 最大弹性势能16
2
P mv E =
注意三个易错点：碰撞只是P 1、P 2参与；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
4．人站在小车上和小车一起以速度v 0沿光滑水平面向右运动．地面上的人将一小球以速度v 沿水平方向向左抛给车上的人，人接住后再将小球以同样大小的速度v 水平向右抛出，接和抛的过程中车上的人和车始终保持相对静止．重复上述过程，当车上的人将小球向右抛出n 次后，人和车速度刚好变为0．已知人和车的总质量为M ，求小球的质量m ． 【答案】0
2Mv m nv
= 【解析】
试题分析：以人和小车、小球组成的系统为研究对象，车上的人第一次将小球抛出，规定向右为正方向，由动量守恒定律：Mv 0-mv=Mv 1+mv 得：102mv
v v M
=-
车上的人第二次将小球抛出，由动量守恒： Mv 1-mv=Mv 2+mv 得：2022mv
v v M
=-?
同理，车上的人第n 次将小球抛出后，有02n mv
v v n M
=-? 由题意v n =0， 得：0
2Mv m nv
=
考点：动量守恒定律
5．如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上．某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s 的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h="0.3" m （h 小于斜面体的高度）．已知小孩与滑板的总质量为m 1="30" kg ，冰块的质量为m 2="10" kg ，小孩与滑板始终无相对运动．取重力加速度的大小g="10" m/s 2．
（i ）求斜面体的质量；
（ii ）通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？ 【答案】（i ）20 kg （ii ）不能 【解析】
试题分析：①设斜面质量为M ，冰块和斜面的系统，水平方向动量守恒：
222()m v m M v =+
系统机械能守恒：22222211()22
m gh m M v m v ++= 解得：20kg M =
②人推冰块的过程：1122m v m v =,得11/v m s =（向右）
冰块与斜面的系统：2222
3m v m v Mv '=+ 222
22223111+222m v m v Mv ='
解得：2
1/v m s =-'（向右） 因2
1=v v '，且冰块处于小孩的后方，则冰块不能追上小孩． 考点：动量守恒定律、机械能守恒定律．
6．匀强电场的方向沿x 轴正向，电场强度E 随x 的分布如图所示．图中E 0和d 均为已知量．将带正电的质点A 在O 点由能止释放．A 离开电场足够远后，再将另一带正电的质点B 放在O 点也由静止释放，当B 在电场中运动时，A 、B 间的相互作用力及相互作用能均为零；B 离开电场后，A 、B 间的相作用视为静电作用．已知A 的电荷量为Q ，A 和B 的质量分别为m 和．不计重力．
（1）求A 在电场中的运动时间t ，
（2）若B 的电荷量q =Q ，求两质点相互作用能的最大值E pm （3）为使B 离开电场后不改变运动方向，求B 所带电荷量的最大值q m 【答案】（1）（2）
1
45
QE 0d （3）Q 【解析】
【分析】
【详解】
解：（1）由牛顿第二定律得，A在电场中的加速度 a ==
A在电场中做匀变速直线运动，由d =a得
运动时间 t ==
（2）设A、B离开电场时的速度分别为v A0、v B0，由动能定理得
QE0d =m
qE0d =
A、B相互作用过程中，动量和能量守恒．A、B相互作用为斥力，A受力与其运动方向相同，B受的力与其运动方向相反，相互作用力对A做正功，对B做负功．A、B靠近的过程中，B的路程大于A的路程，由于作用力大小相等，作用力对B做功的绝对值大于对A做功的绝对值，因此相互作用力做功之和为负，相互作用能增加．所以，当A、B最接近时相互作用能最大，此时两者速度相同，设为v，，
由动量守恒定律得：（m +）v，= mv A0 +v B0
由能量守恒定律得：E Pm= (m+)—）
且 q =Q
解得相互作用能的最大值 E Pm=1
45
QE0d
（3）A、B在x>d区间的运动，在初始状态和末态均无相互作用根据动量守恒定律得：mv A+v B= mv A0 +v B0
根据能量守恒定律得：m+=m+
解得：v B = -+
因为B不改变运动方向，所以v B = -+≥0
解得：q≤Q
则B所带电荷量的最大值为：q m =Q
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v 0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】20
38v h g
=
【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：mv 0＝mv C ＋mv A
由机械能守恒定律得：
2220111222
C A mv mv mv =+ 联立以上解得：v C ＝0，v A ＝v 0
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：
()2211
22
A mv mgh m M v =++ 水平方向动量守恒()A mv m M v =+
联立以上解得： 2
38v h g
=
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，两块相同平板P 1、P 2置于光滑水平面上，质量均为m ＝0.1kg ．P 2的右端固定一轻质弹簧，物体P 置于P 1的最右端，质量为M ＝0.2kg 且可看作质点．P 1与P 以共同速度v 0＝4m/s 向右运动，与静止的P 2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P 1与P 2粘连在一起，P 压缩弹簧后被弹回(弹簧始终在弹性限度内)．平板P 1的长度L ＝1m ，P 与P 1之间的动摩擦因数为μ＝0.2，P 2上表面光滑．求：
(1)P 1、P 2刚碰完时的共同速度v 1； (2)此过程中弹簧的最大弹性势能E p ．
(3)通过计算判断最终P 能否从P 1上滑下，并求出P 的最终速度v 2． 【答案】(1)v 1=2m/s (2)E P =0.2J (3)v 2=3m/s 【解析】 【分析】 【详解】
（1）P 1、P 2碰撞过程，由动量守恒定律 01m 2v mv = 解得0
12/2
v v m s =
=，方向水平向右 ； （2）对P 1、P 2、P 系统，由动量守恒定律 102
2(2)mv Mv m M v '+=+ 解得2
03
3/4
v v m s ='=，方向水平向右， 此过程中弹簧的最大弹性势能22
2102
111?2+Mv 2m )0.2222
P E mv M v J =
-='+（； （3）对P 1、P 2、P 系统，由动量守恒定律 103222mv Mv mv Mv +=- 由能量守恒定律得
2222
103211112+Mv 2mv +Mg 2222
mv Mv L ?=?+μ 解得P 的最终速度23/0v m s =>，即P 能从P 1上滑下，P 的最终速度23/v m s =
9．如图所示，在光滑的水平面上有一长为L 的木板B ，其右侧边缘放有小滑块C ，与木板
B 完全相同的木板A 以一定的速度向左运动，与木板B 发生正碰，碰后两者粘在一起并继
续向左运动，最终滑块C 刚好没有从木板A 上掉下．已知木板A 、B 和滑块C 的质量均为
m ，C 与A 、B 之间的动摩擦因数均为μ.求：
(1)木板A 与B 碰前的速度v 0； (2)整个过程中木板B 对木板A 的冲量I . 【答案】(1)2
(2)－
，负号表示B 对A 的冲量方向向右
【解析】(1)木板A 、B 碰后瞬时速度为v 1，碰撞过程中动量守恒，以A 的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv 0＝2mv 1.
A 、
B 粘为一体后通过摩擦力与
C 发生作用，最后有共同的速度v 2，此过程中动量守恒，以A 的速度方向为正方向，由动量守恒定律得2mv 1＝3mv 2. C 在A 上滑动过程中，由能量守恒定律得
－μmgL ＝·3mv －·2mv . 联立以上三式解得v 0＝2
.
(2)根据动量定理可知，B 对A 的冲量与A 对B 的冲量等大反向，则I 的大小等于B 的动量变化量，即I ＝－mv 2＝－
，负号表示B 对A 的冲量方向向右。
10．如图所示，质量均为M ＝4 kg 的小车A 、B ，B 车上用轻绳挂有质量为m ＝2 kg 的小球C ，与B 车静止在水平地面上，A 车以v 0＝2 m/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) 4 J (2) 1.6 m/s 【解析】 【详解】
解：(1)设A 、B 车碰后共同速度为1v ，由动量守恒得：012Mv Mv = 系统损失的能量为：2
20112 4 2
12E Mv Mv J -?==
损 (2)设小球C 再次回到最低点时A 、B 车速为2v ，小球C 速度为3v ，对A 、B 、C 系统由水平方向动量守恒得：12322Mv Mv mv =+ 由能量守恒得：
22
212311122222
Mv Mv mv ?=?+ 解得：3 1.6 /v m s =
11．两个小球A 和B 用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态．在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P ，右边有一小球C 沿轨道以速度v 0射向B 球，如图所示．C 与B 发生碰撞并立即结成一个整体D ．在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变，然后，A 球与挡板P 发生碰撞，碰后A 、D 都静止不动，A 与P 接触而不粘连．过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定无机械能损失）．已知A 、B 、C 三球的质量均为m ．求: （1）弹簧长度刚被锁定后A 球的速度．
（2）在A 球离开挡板P 之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能．
【答案】（1）013v （2）
2
0136
mv
【解析】
（1）设C 球与B 球发生碰撞并立即结成一个整体D 时，D 的速度为v 1，由动量守恒有： mv 0=（m+m ）v 1
当弹簧压缩至最短时，D 与A 的速度相等，设此速度为v 2，由动量守恒有：2mv 1=5mv 2 由两式得A 的速度为：v 2=
15
v 0 （2）设弹簧长度被锁定后，贮存在弹簧中的势能为E p ，由能量守恒有：
2212112522
p mv mv E ?=?+ 撞击P 后，A 与D 的动能都为零，解除锁定后，当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转变成D 的动能，设D 的速度为v 3，则有：()231
22
p E m v =
以后弹簧伸长，A 球离开档板P ，并获得速度，当弹簧再次恢复到原长时，A 的速度最大，由动量守恒定律及能量关系可知：345232mv mv mv =+ ；2245113222
p E mv mv =?+? 解得：4043
520
v v =
（3）当A 、D 的速度相等时，弹簧压缩到最短时，此时D 球速度最小． 设此时的速度为v 6，由动量守恒定律得：2mv 3=5mv 6 设此使弹性势能为E P ′，由能量守恒定律得：()()222360111
=
252220
P E m v m v mv '-=
12．如图所示，水平光滑轨道AB 与以O 点为圆心的竖直半圆形光滑轨道BCD 相切于B 点，半圆形轨道的半径r =0.30m ．在水平轨道上A 点静止放置一质量为m 2=0.12kg 的物块2，现有一个质量m 1=0.06kg 的物块1以一定的速度向物块2运动，并与之发生正碰，碰撞过程中无机械能损失，碰撞后物块2的速度v 2=4.0m/s ．物块均可视为质点，g 取10m/s 2，求：
（1）物块2运动到B 点时对半圆形轨道的压力大小； （2）发生碰撞前物块1的速度大小；
（3）若半圆形轨道的半径大小可调，则在题设条件下，为使物块2能通过半圆形轨道的最高点，其半径大小应满足什么条件． 【答案】 【小题1】7.6N 【小题2】6.0m/s
【小题3】0.32m
【解析】
（1）设轨道B点对物块2的支持力为N，根据牛顿第二定律有
N-m2g=m2v22/R
解得 N=7.6N
根据牛顿第三定律可知，物块2对轨道B点的压力大小N′=7.6N
（2）设物块1碰撞前的速度为v0，碰撞后的速度为v1，对于物块1与物块2的碰撞过程，根据动量守恒定律有 m1v0=mv1+m2v2
因碰撞过程中无机械能损失，所以有m1v02=m1v12+m2v22
代入数据联立解得 v0=6.0m/s
（3）设物块2能通过半圆形轨道最高点的最大半径为R m，对应的恰能通过最高点时的速度大小为v，根据牛顿第二定律，对物块2恰能通过最高点时有 m2g=m2v2/R m
对物块2由B运动到D的过程，根据机械能守恒定律有
m2v22=m2g?2R m+m2v2
联立可解得：R m=0.32m
所以，为使物块2能通过半圆形轨道的最高点，半圆形轨道半径不得大于0.32m