2017年高考物理新题型揭秘 专题03 碰撞与动量守恒之实验题

2017高考物理100考法最新模拟题精选训练第三部分计算题（19个考法）第11题（F) 碰撞与动量守恒考法4 子弹打木块模型1．（2017福建霞浦一中期中）如图所示,在光滑水平面上有一辆质量M=8kg的平板小车，车上有一个质量m=1。

9 kg的木块（木块可视为质点)，车与木块均处于静止状态．一颗质量m0=0。

1kg的子弹以v0=200m/s的初速度水平向左飞，瞬间击中木块并留在其中．已知木块与平板之间的动摩擦因数μ=0。

5，（g=10m/s2）求：（1）子弹射入木块后瞬间子弹和木块的共同速度（2）若木块不会从小车上落下，求三者的共同速度（3)若是木块刚好不会从车上掉下，则小车的平板至少多长？【解答】解：（1）子弹射入木块过程系统动量守恒，以水平向左为正，则由动量守恒有：m0v0=（m0+m）v1，解得：v1===10m/s;（2)子弹、木块、小车系统动量守恒，以向左为正方向,由动量守恒定律得：（m0+m）v1=（m0+m+M）v,解得：v===2m/s；（3)子弹击中木块到木块相对小车静止过程，由能量守恒定律得：（m0+m）v12=μ（m0+m)gL+（m0+m+M)v2，解得:L=8m;答：(1）子弹射入木块后瞬间子弹和木块的共同速度为10m/s．（2）若木块不会从小车上落下，三者的共同速度为2m/s．(3）若是木块刚好不会从车上掉下，则小车的平板长度至少为8m．2。

如图所示，在光滑水平地面上的木块M紧挨轻弹簧靠墙放置。

子弹m以速度v0沿水平方向射入木块并在极短时间内相对于木块静止下来，然后木块压缩劲度系数未知弹簧至弹簧最短．已知子弹质量为m，木块质量是子弹质量的9倍，即M=9m；弹簧最短时弹簧被压缩了△x；劲度系数为k、形变量为x的弹簧的弹性势能可表示为E p=12kx2.求：(i）子弹射入木块到刚相对于木块静止的过程中损失的机械能;（ii）弹簧的劲度系数。

【名师解析】（1）设子弹射入木块到刚相对于木块静止时的速度为v,由动量守恒定律,mv0=（m+M）v,解得v= v0/10.设子弹射入木块到刚相对于木块静止的过程中损失的机械能为△E，由能量守恒定律：△E=12mv02—12（m+M）v2代入数据得△E =20 920 mv.【点评】此题涉及两个模型,子弹打木块模型和轻弹簧模型.子弹打木块模型，一定有机械能损失，损失的机械能等于系统动能之差，也等于子弹所受阻力乘以子弹打入木块的深度（若子弹从木块穿出,则损失的机械能等于子弹所受阻力乘以木块长度）.3（8分）（2016高考海南物理）如图，物块A 通过一不可伸长的轻绳悬挂在天花板下，初始时静止；从发射器(图中未画出)射出的物块B 沿水平方向与A 相撞，碰撞后两者粘连在一起运动，碰撞前B 的速度的大小v 及碰撞后A 和B 一起上升的高度h 均可由传感器（图中未画出）测得。

专题02 碰撞1.（2017广州模拟）如图，水平面上相距为L=5m 的PQ 两点分别固定一竖直挡板，一质量为M=2kg 的小物块B 静止在O 点，OP 段光滑，OQ 段粗糙且长度为d=3m 。

一质量为m=1kg 的小物块A 以v0=6m/s 的初速度从OP 段的某点向右运动，并与B 发生弹性碰撞。

两物块与OQ 段的动摩擦因数均为μ=0.2.。

两物块与挡板的碰撞时间极短且不损失机械能，重力加速度g=10m/s 2。

求：（1）A 与B 在O 点碰撞后瞬间各自的速度； （2）两物块各自停止运动时的时间间隔。

【评分说明：速度结果漏答方向或者答错方向整体扣1分，不重复扣分】 （2）碰后，两物块在OQ 段减速时加速度大小均为：2/2s m mmga ==μ（2分）B 经过t 1时间与Q 处挡板碰，由运动学公式：d at t v =-211221得：s 11=t （s 31=t 舍去）与挡板碰后，B 的速度大小s m at v v /2123=-=，反弹后减速时间s132==av t 反弹后经过位移m 12231==av s ，B 停止运动。

物块A 与P 处挡板碰后，以v 4=2m/s 的速度滑上O 点，经过m 12242==av s 停止。

所以最终A 、B 的距离s =d -s 1-s 2=1m ，两者不会碰第二次。

（1分）在AB 碰后，A 运动总时间()s 3241=+-=gv v d L t A μ（2分）， 整体法得B 运动总时间s 221=+=t t t B （2分），则时间间隔1s =∆AB t 。

（1分） 【评分说明：有判断或说明A 、B 不会碰第二次得1分；B 反弹后停止位置也可用整体法计算而得，正确也给1分，如下：B 碰后运动总路程m 4222==gv s B μ，B 反弹后停止位置距Q 为m 11=-=d s s B ，总时间s 22==gv t B μ】2．（2017福建六校联考）如图所示,小球A 系在细线的一端,线的另一端固定在O 点,O 到光滑水平面的距离为h =0.8m ，已知A 的质量为m ，物块B 的质量是小球A 的5倍，置于水平传送带左端的水平面上且位于O 点正下方，传送带右端有一带半圆光滑轨道的小车，小车的质量是物块B 的5倍，水平面、传送带及小车的上表面平滑连接，物块B 与传送带间的动摩擦因数为μ=0.5，其余摩擦不计，传送带长L =3.5m ，以恒定速率v 0=6m /s 顺时针运转。

人教版物理选修3-5 实验：探究碰撞中的动量守恒一、单选题（本大题共11小题，共44.0分）1.在“探究碰撞中的不变量”的实验中，用如图的斜槽装置进行探究，以下说法正确的是（）A. 选择实验仪器时,天平可选可不选B. 实验中的斜槽需要光滑且末端切线水平C. 需要记录小球抛出的高度及水平距离,以确定小球离开斜槽末端时的速度D. 无论是否放上被碰小球,入射小球都必须从同一高度处静止释放2.如图是某同学利用光电门和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验装置图，下列做法正确的是（）A. 用压强计测量滑块的质量B. 用米尺测量挡光片的宽度C. 用秒表测量挡光片通过光电门的时间D. 用挡光片的宽度除以挡光时间来近似计算滑块的瞬时速度3.若采用图中甲、乙两种实验装置来验证动量守恒定律（图中小球半径相同，质量均为已知，且m A＞m B，B、B′两点在同一水平线上），下列说法正确的是（）A. 采用图甲所示的装置,必须测量OB、OM、OP和ON的距离B. 采用图乙所示的装置,必须测量OB、、和的距离C. 采用图甲所示装置,若,则表明此碰撞动量守恒D. 采用图乙所示装置,若,则表明此碰撞机械能守恒4.如图是某同学设计的验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点正下方桌子的边沿有一高为H的竖直立柱。

实验前，调节悬点与绳长，使弹性球1静止时，恰好与立柱上的球2接触，且两球球心等高。

实验时，把球2放在立柱上，将球1拉到A点，由静止释放。

当球1摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞；碰撞后球1向右最远可摆回到B点，球2则落到水平地面上的C点；测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。

现已测出弹性球1和球2的质量m1和m2，A点、B点和立柱分别距水平桌面的高度为a、b，立柱高度为H，C点与桌子边沿间的水平距离c，桌面高度H。

已知当地重力加速度g，忽略小球的大小。

根据测量的数据，在误差允许的范围内，该实验中动量守恒的表达式为____。

1验证动量守恒定律（高考物理力学实验）组卷老师：莫老师一．实验题（共50小题）1．如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撤前后的动量关系。

图中0点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1，多次从倾斜轨道上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1，从斜轨上S位置静上释放，与小球m2相碰，并多次重复，测出碰后m1平均落地点在M点，m2平均落地点在N点，不计小球与轨道润的摩擦。

（1）实验中，不需要测量的物理量是（填选项前的符号）。

A．两个小球的质量m1、m2B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程（2）若实验中发现m1•OM+m2•ON小于m1•OP，则可能的原因是（填选项前的符号）。

A．碰撞过程有机械能的损失B．计算时没有将小球半径考虑进去C．放上小球m2后，入射球m1从倾斜轨道上都止释放的位置比原来的低（3）若两球发生弹性正碰，则OM、ON、OP之间一定满足的关系是（填选项前的符号）。

A．OP=ON﹣OMB．2OP=ON+OMC．OP﹣ON=2OM2．用如图甲所示的装置验证动量守恒定律，小车P的前端粘有橡皮泥，后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右端垫放木块以平衡摩擦力，推一下小车P，使之运动，与静止的小车Q相碰粘在一起，继续运动。

（1）实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得各点到起点A的距离。

根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上段来计算小车P的碰前速度。

（2）测得小车P（含橡皮泥）的质量为m1，小车Q（含橡皮泥）的质量为m2，如果实验数据满足关系式，则可验证小车P、Q碰撞前后动量守恒。

（3）如果在测量小车P的质量时，忘记粘橡皮泥，则所测系统碰前的动量与系统碰后的动量相比，将（填“偏大”或“偏小”或“相等”）。

3．某实验小组利用图示装置验证动量守恒定律，光滑水平桌面上有一轻弹簧，原长很短，小球A、B将弹簧压缩至某一长度后由静止释放，A、B被弹开后沿桌面边缘飞出，落至水平地面上的M、N两点。

【相关基础知识】1．实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等．2．实验器材斜槽、小球（两个）、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规等．3．实验步骤(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．(2)按照实验原理图甲安装实验装置．调整、固定斜槽使斜槽底端水平．(3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O。

(4)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．（5)把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤（4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。

如实验原理图乙所示．（6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1错误!＝m1错误!＋m2错误!，看在误差允许的范围内是否成立．(7)整理好实验器材放回原处．(8)实验结论:在实验误差允许范围内,碰撞系统的动量守恒．【规律方法总结】1．数据处理验证表达式：m1·错误!＝m1·错误!＋m2·错误!2．注意事项(1）斜槽末端的切线必须水平；（2）入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;(3)选质量较大的小球作为入射小球；(4）实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．【实验误差分析】实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是碰撞中应尽量予以满足的前提条件，实验中两球球心高度不在同一水平面上,给实验带来误差，每次静止释放小球的释放点越高，两球碰撞时内力越大，动量守恒的误差越小，应进行多次碰撞，落地点取平均位置来确定，以减小偶然误差．题型一实验原理与实验操作【典例1】某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验．先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．(1)本实验必须测量的物理量有．A．斜槽轨道末端距水平地面的高度HB．小球a、b的质量m a、m bC．小球a、b的半径rD．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tE．记录纸上O点到A、B、C各点的距离错误!、错误!、错误!F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(2）放上被碰小球b，两球(m a〉m b）相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的点和点．（3）某同学在做实验时,测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看和在误差允许范围内是否相等．【答案】（1)BE （2）A C(3)m a·错误!m a·错误!＋m b·错误!【解析】(1)B点是不发生碰撞时a球的落地点，A点是发生碰撞后a球的落地点,C点是碰后b球的落地点．设小球a运动到轨道末端时的速度大小为v B，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为v A，碰后b球的速度大小为v C，本实验就是要验证关系式m a v B＝m a v A＋m b v C是否成立．因为小球做平抛运动的高度相同,下落时间相同,它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比，所以本实验也可以验证m a·错误!＝m a·错误!＋m b·错误!是否成立，B、E正确【典例2】如图用“碰撞实验器"可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

专题16 碰撞与动量守恒近代物理初步【命题热点突破一】动量、冲量、动量定理1．动量、冲量均为矢量，其运算符合平行四边形定则．2．动量定理是矢量式，用前首先选择正方向．3．动量定理解题步骤(1)明确研究对象和物理过程；(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况；(3)选取正方向，确定物体在运动过程中始末两状态的动量；(4)依据动量定理列方程、求解．例1、【2016·全国卷Ⅰ】【物理——选修3­5】(2)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中．为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开．忽略空气阻力．已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g.求：(i)喷泉单位时间内喷出的水的质量；(ii)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度．【答案】(i)ρv0S(ii)v202g－M2g2ρ2v20S2(ii)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v.对于Δt 时间内喷出的水，由能量守恒得1 2(Δm)v2＋(Δm)gh＝12(Δm)v20④在h高度处，Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为Δp＝(Δm)v⑤设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有FΔt＝Δp⑥由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得F＝Mg⑦联立③④⑤⑥⑦式得h＝v202g －M2g2ρ2v20S2⑧【变式探究】(2015·安徽)一质量为0.5 kg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．小物块以v0＝9 m/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7 m/s，碰后以6 m/s的速度反向运动直至静止．g取10 m/s2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ；(2)若碰撞时间为0.05 s，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)μ＝0.32 (2)F＝130 N (3)W＝9 J【变式探究】(2015·北京)“蹦极”运动中，长弹性绳的一端固定，另一端绑在人身上，人从几十米高处跳下．将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动．从绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，下列分析正确的是( )A．绳对人的冲量始终向上，人的动量先增大后减小B．绳对人的拉力始终做负功，人的动能一直减小C．绳恰好伸直时，绳的弹性势能为零，人的动能最大D．人在最低点时，绳对人的拉力等于人所受的重力【解析】 从绳恰好伸直到人运动到最低点的过程中，绳对人的拉力始终向上，故冲量始终向上．此过程中人先加速再减速，当拉力等于重力时，速度最大，则动量先增大后减小，A 项正确，B 、C 项错误，在最低点时，人的加速度向上，拉力大于重力，D 项错误． 【答案】 A【命题热点突破二】 动量守恒 1．动量守恒定律成立的条件(1)系统不受外力或者所受外力之和为零；(2)系统受外力，但外力远小于内力，可以忽略不计；(3)系统在某一个方向上所受的外力之和为零，则该方向上动量守恒． (4)全过程的某一阶段系统受的外力之和为零，则该阶段系统动量守恒． 2.运用动量守恒定律的解题步骤 (1)分析题意，确定研究对象．(2)根据题意选取研究的运动段落，明确始末状态的动量大小和方向． (3)对研究对象进行受力分析，确定是否符合动量守恒的条件． (4)选取参考正方向．(5)列取方程求解：符合守恒条件，列动量守恒方程． 3．弹性碰撞与非弹性碰撞(1)形变完全恢复的叫弹性碰撞；形变完全不恢复的叫完全非弹性碰撞；而一般的碰撞其形变不能够完全恢复．机械能不损失的叫弹性碰撞；机械能损失最多的叫完全非弹性碰撞；而一般的碰撞其机械能有所损失． (2)碰撞过程遵守的规律——应同时遵守三个原则 ①系统动量守恒m 1v ′1＋m 2v ′2＝m 1v 1＋m 2v 2 ②系统动能不增12m 1v ′12＋12m 2v ′22≤12m 1v 21＋12m 2v 22③实际情景可能：碰前、碰后两个物体的位置关系(不穿越)和速度关系应遵循客观实际．如甲物追乙物并发生碰撞，碰前甲的速度必须大于乙的速度，碰后甲的速度必须小于、等于乙的速度或甲反向运动． 例2、【2016·全国卷Ⅱ】【物理——选修3­5】(2)如图1­所示，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？图1­【答案】(i)20 kg (ii)不能【解析】(i)规定向右为速度正方向．冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得m2v20＝(m2＋m3)v①1 2m2v220＝12(m2＋m3)v2＋m2gh②式中v20＝－3 m/s为冰块推出时的速度．联立①②式并代入题给数据得m3＝20 kg ③由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩．【变式探究】(2015·新课标全国Ⅰ)如图，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间．A的质量为m，B、C的质量都为M，三者都处于静止状态，现使A以某一速度向右运动，求m 和M之间满足什么条件才能使A只与B、C各发生一次碰撞．设物体间的碰撞都是弹性的．【解析】A向右运动与C发生第一次碰撞，碰撞过程中，系统的动量守恒、机械能守恒，设速度方向向右为正，开始时A 的速度为v 0 ，第一次碰撞后C 的速度为v C 1 ，A 的速度为v A 1，由动量守恒定律和机械能守恒，得mv 0＝mv A 1＋Mv C 1①12mv 20＝12mv 2A 1＋12Mv 2C 1② 联立①②式，得v A 1＝m －Mm ＋Mv 0③ v C 1＝2m m ＋Mv 0④【答案】 (5－2)M ≤m <M 【变式探究】(2015·新课标全国Ⅱ)滑块a 、b 沿水平面上同一条直线发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后，从光滑路段进入粗糙路段．两者的位置x 随时间t 变化的图像如图所示．求：(1)滑块a 、b 的质量之比；(2)整个运动过程中，两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比． 【解析】 (1)设a 、b 质量分别为m 1、m 2，a 、b 碰撞前的速度为v 1、v 2.由题给图像，得v 1＝－2 m/s v 2＝1 m/sa 、b 发生完全非弹性碰撞，碰撞后两滑块的共同速度为v ，由题给图像可得v ＝23m/s.由动量守恒定律，得m 1v 1＋m 2v 2＝(m 1＋m 2)v解得m 1m 2＝18.【答案】 (1)m 1m 2＝18 (2)W ΔE ＝12【举一反三】如图所示，水平桌面固定着光滑斜槽，光滑斜槽的末端和一水平木板平滑连接，设物块通过衔接处时速率没有改变．质量m 1＝0.40 kg 的物块A 从斜槽上端距水平木板高度h ＝0.80 m 处下滑，并与放在水平木板左端的质量m 2＝0.20 kg 的物块B 相碰，相碰后物块B 滑行x ＝4.0 m 到木板的C 点停止运动，物块A 滑到木板的D 点停止运动．已知物块B 与木板间的动摩擦因数μ＝0.20，重力加速度g ＝10 m/s 2，求：(1)物块A 沿斜槽滑下与物块B 碰撞前瞬间的速度大小；(2)滑动摩擦力对物块B 做的功；(3)物块A 与物块B 碰撞过程中损失的机械能．【解析】 (1)设物块A 滑到斜面底端与物块B 碰撞前时的速度大小为v 0，根据机械能守恒定律，有m 1gh ＝12m 1v 20v 0＝2gh ，解得v 0＝4.0 m/s(2)设物块B 受到的滑动摩擦力为f ，摩擦力做功为W ，则f ＝μm 2gW ＝－μm 2gx解得W ＝－1.6 J【答案】 (1)4 m/s (2)－1.6 J (3)0.8 J【思路点拨】 (1)A 下滑过程中只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律可以求出A 与B 碰撞前A 的速度．(2)由功的计算公式可以求出滑动摩擦力对B 所做的功．(3)由动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律可以求出物块A 与物块B 碰撞过程中损失的机械能．本题是一道多体、多过程问题，难度较大，分析清楚物体的运动过程，熟练应用机械能守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律即可正确解题． 【命题热点突破三】 核反应方程考查的点主要集中在核反应方程的书写、能级跃迁、质量亏损、基本概念的考查例3、[2016·江苏物理，12C(1)]贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是( ) A.146C→147N ＋ 0－1e B.23592U ＋10n→13153I ＋9539Y ＋210n C.21H ＋31H→42He ＋10n D.42He ＋2713Al→3015P ＋10n【答案】A 【解析】一个放射性原子核自发地放出一个粒子变成新的原子核的过程是原子核的衰变，A 为原子核衰变，B为重核的裂变，C为轻核的聚变，D为原子核的人工转变，A正确．【变式探究】(2015·广东)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6MeV，下列表述正确的有( )A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应【答案】AD【变式探究】(2015·北京)下列核反应方程中，属于α衰变的是( )A.17 7N＋42He→17 8O＋11HB.238 92U→234 90Th＋42HeC.21H＋31H→42He＋10nD.234 90Th→234 91Pa＋ 0－1e【解析】α衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出α粒子的过程．可以很容易的选出B 项正确；A项为人工转变方程；C项为轻核聚变；D项为β衰变．【答案】 B【举一反三】(2015·山东)14C发生放射性衰变为14N，半衰期约为5700年．已知植物存活其间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )A．该古木的年代距今约为5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变【解析】因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项C 正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误；故选AC.【答案】AC【高考真题】1．【2016·全国卷Ⅰ】【物理——选修3­5】(2)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中．为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开．忽略空气阻力．已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g.求：(i)喷泉单位时间内喷出的水的质量；(ii)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度．35.（2）【答案】(i)ρv0S(ii)v202g －M2g 2ρv0S(ii)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v.对于Δt 时间内喷出的水，由能量守恒得1 2(Δm)v2＋(Δm)gh＝12(Δm)v20④在h高度处，Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为Δp＝(Δm)v⑤设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有FΔt＝Δp⑥由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得F＝Mg⑦联立③④⑤⑥⑦式得h＝v202g －M2g2ρ2v20S2⑧2．【2016·北京卷】(1)动量定理可以表示为Δp＝FΔt，其中动量p和力F都是矢量．在运用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究．例如，质量为m的小球斜射到木板上，入射的角度是θ，碰撞后弹出的角度也是θ，碰撞前后的速度大小都是v，如图1­所示．碰撞过程中忽略小球所受重力．图1­a．分别求出碰撞前后x、y方向小球的动量变化Δp x、Δp y；b．分析说明小球对木板的作用力的方向．(2)激光束可以看作是粒子流，其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动．激光照射到物体上，在发生反射、折射和吸收现象的同时，也会对物体产生作用．光镊效应就是一个实例，激光束可以像镊子一样抓住细胞等微小颗粒．一束激光经S点后被分成若干细光束，若不考虑光的反射和吸收，其中光束①和②穿过介质小球的光路如图1­所示，图中O点是介质小球的球心，入射时光束①和②与SO的夹角均为θ，出射时光束均与SO平行．请在下面两种情况下，分析说明两光束因折射对小球产生的合力的方向．a．光束①和②强度相同；b．光束①比②的强度大.图1­【答案】(1)a.0 2mv cos θb．沿y轴负方向(2)a.沿SO向左b．指向左上方【解析】(1)a.x方向：动量变化为Δp x＝mv sin θ－mv sin θ＝0y方向：动量变化为Δp y＝mv cos θ－(－mv cos θ)＝2mv cos θ方向沿y轴正方向．b．根据动量定理可知，木板对小球作用力的方向沿y轴正方向；根据牛顿第三定律可知，小球对木板作用力的方向沿y轴负方向．(2)a.仅考虑光的折射，设Δt时间内每束光穿过小球的粒子数为n，每个粒子动量的大小为p.这些粒子进入小球前的总动量为p1＝2np cos θ从小球出射时的总动量为p2＝2npp1、p2的方向均沿SO向右根据动量定理FΔt＝p2－p1＝2np(1－cos θ)>0可知，小球对这些粒子的作用力F的方向沿SO向右；根据牛顿第三定律，两光束对小球的合力的方向沿SO 向左．b．建立如图所示的Oxy直角坐标系．x方向：根据(2)a同理可知，两光束对小球的作用力沿x轴负方向．y方向：设Δt时间内，光束①穿过小球的粒子数为n1，光束②穿过小球的粒子数为n2，n1>n2.这些粒子进入小球前的总动量为p1y＝(n1－n2)p sin θ从小球出射时的总动量为p2y＝0根据动量定理：F yΔt＝p2y－p1y＝－(n1－n2)p sin θ可知，小球对这些粒子的作用力F y的方向沿y轴负方向，根据牛顿第三定律，两光束对小球的作用力沿y 轴正方向．所以两光束对小球的合力的方向指向左上方．3.【2016·江苏卷】C．【选修3­5】(2)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．（2）【答案】h νc 2h νc【解析】因为光速c ＝λν，则λ＝c ν，所以光子的动量p ＝h λ＝h νc，由于动量是矢量，因此若以射向平面镜时光子的动量方向为正方向，即p 1＝h νc ，反射后p 2＝－h νc ，动量的变化量Δp ＝p 2－p 1＝－h νc －h νc＝－2h νc ，则光子在反射前后动量改变量的大小为2h νc. F2 动量守恒定律4．【2016·全国卷Ⅲ】【物理——选修3­5】(2)如图1­所示，水平地面上有两个静止的小物块a 和b ，其连线与墙垂直；a 和b 相距l ，b 与墙之间也相距l ；a 的质量为m ，b 的质量为34m .两物块与地面间的动摩擦因数均相同，现使a 以初速度v 0向右滑动，此后a 与b 发生弹性碰撞，但b 没有与墙发生碰撞．重力加速度大小为g .求物块与地面间的动摩擦因数满足的条件．图1­【答案】32v 20113gl ≤μ<v 22gl设在a 、b 碰撞后的瞬间，a 、b 的速度大小分别为v ′1、v ′2，由动量守恒和能量守恒有 mv 1＝mv ′1＋3m4v ′2 ④12mv 21＝12mv ′21＋12⎝ ⎛⎭⎪⎫3m 4v ′22 ⑤ 联立④⑤式解得v ′2＝87v 1 ⑥由题意，b 没有与墙发生碰撞，由功能关系可知12⎝ ⎛⎭⎪⎫3m 4v ′22≤μ3m4gl ⑦ 联立③⑥⑦式，可得 μ≥32v 2113gl⑧联立②⑧式，a 与b 发生碰撞、但b 没有与墙发生碰撞的条件 32v 20113gl ≤μ<v 22gl⑨ 5.【2016·全国卷Ⅱ】【物理——选修3­5】(2)如图1­所示，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？图1­【答案】(i)20 kg (ii)不能(ii)设小孩推出冰块后的速度为v 1，由动量守恒定律有m 1v 1＋m 2v 20＝0 ④代入数据得v 1＝1 m/s ⑤设冰块与斜面体分离后的速度分别为v 2和v 3，由动量守恒和机械能守恒定律有m 2v 20＝m 2v 2＋m 3v 3 ⑥12m 2v 220＝12m 2v 22＋12m 3v 23 ⑦ 联立③⑥⑦式并代入数据得v 2＝1 m/s ⑧由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩． 6．【2016·天津卷】(1) 如图所示，方盒A 静止在光滑的水平面上，盒内有一小滑块B ，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v 开始向左运动，与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞，滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则此时盒的速度大小为________，滑块相对于盒运动的路程为________．图1­【答案】v 3 v 23μg1．[2015·福建理综，30(2)，6分]如图，两滑块A 、B 在光滑水平面上沿同一直线 相向运动，滑块A的质量为m ，速度大小为2v 0，方向向右，滑块B 的质量 为2m ，速度大小为v 0，方向向左，两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( )A ．A 和B 都向左运动 B ．A 和B 都向右运动C ．A 静止，B 向右运动D ．A 向左运动，B 向右运动解析 对A 、B 系统,由于发生弹性碰撞，故碰撞前后系统的动量守恒、机械 能守恒，由于m ×2v 0－2mv 0＝0，故碰后A 、B 不可能同向运动或一个静止、 另一个运动或两个都静止，而只能是A 、B 都反向运动，故D 正确． 答案 D2．[2015·新课标全国Ⅱ,35(2)，10分](难度★★★★)两滑块a 、b 沿水平面上同一条直线运动，并发生碰撞；碰撞后两者粘在一起运动；经过一段时间后， 从光滑路段进入粗糙路段．两者的位置x 随时间t 变化的图象如图所示．求：(ⅰ)滑块a 、b 的质量之比；(ⅱ)整个运动过程中,两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之 比．(ⅱ)由能量守恒定律得，两滑块因碰撞而损失的机械能为 ΔE ＝12m 1v 21＋12m 2v 22－12(m 1＋m 2)v 2⑥由图象可知，两滑块最后停止运动．由动能定理得，两滑块克服摩擦力所做 的功为W ＝12(m 1＋m 2)v 2⑦联立⑥⑦式，并代入题给数据得W ∶ΔE ＝1∶2⑧答案 (ⅰ)1∶8 (ⅱ)1∶23．[2015·山东理综，39(2)](难度★★★★)如图，三个质量相同的滑块A 、B 、C ，间隔相等地静置于同一水平直轨道上．现给滑块A 向右的初速度v 0，一段时间后A 与B 发生碰撞,碰后A 、B 分别以18v 0、34v 0的速度向右运动，B 再与C 发生碰撞,碰后B 、C 粘在一起向右运动．滑块A 、B 与轨道间的动摩擦因数为同一恒定值．两次碰撞时间均极短．求B 、C 碰后瞬间共同速度的大小．解析 设滑块质量为m ,A 与B 碰撞前A 的速度为v A ，由题意知，碰后A 的速度v A ′＝18v 0，B 的速度v B ＝34v 0，由动量守恒定律得 mv A ＝mv A ′＋mv B ①设碰撞前A 克服轨道阻力所做的功为W A ，由功能关系得W A ＝12mv 20－12mv 2A ②4．(2015·广东理综，36，18分)(难度★★★★)如图所示，一条带有圆轨道的长轨道水平固定，圆轨道竖直，底端分别与两侧的直轨道相切，半径R ＝0.5 m ，物块A 以v 0＝6 m/s 的速度滑入圆轨道，滑过最高点Q ，再沿圆轨道滑出后， 与直轨上P 处静止的物块B 碰撞，碰后粘在一起运动，P 点左侧轨道光滑，右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列，每段长度都为L ＝0.1 m ，物块与各粗糙段间的动摩擦因数都为μ＝0.1,A 、B 的质量均为m ＝1 kg(重力加速度g 取10 m/s 2；A 、B 视为质点，碰撞时间极短)．(1)求A 滑过Q 点时的速度大小v 和受到的弹力大小F ； (2)若碰后AB 最终停止在第k 个粗糙段上，求k 的数值；(3)求碰后AB 滑至第n 个(n ＜k )光滑段上的速度v n 与n 的关系式． 解析 (1)从A →Q 由动能定理得 －mg ·2R ＝12mv 2－12mv 20①解得v ＝4 m/s ＞gR ＝ 5 m/s② 在Q 点，由牛顿第二定律得F N ＋mg ＝m v 2R③解得F N ＝22 N④ (2)A 撞B ，由动量守恒得mv 0＝2mv ′⑤解得v ′＝v 02＝3 m/s⑥设粗糙段滑行距离为x ，则 －μmgx ＝0－122mv ′2⑦解得x ＝4.5 m⑧ 所以k ＝x L＝45⑨5．(2015·天津理综，10，16分)(难度★★★)某快递公司分拣邮件的水平传输装 置示意如图，皮带在电动机的带动下保持v ＝1 m/s 的恒定速度向右运动，现 将一质量为m ＝2 kg 的邮件轻放在皮带上,邮件和皮带间的动摩擦因数μ＝0.5.设皮带足够长，取g ＝10 m/s 2，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求(1)邮件滑动的时间t ； (2)邮件对地的位移大小x ；(3)邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W .解析 (1)设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F f ，则F f ＝μmg ①取向右为正方向，对邮件应用动量定理，有F f t ＝mv －0②由①②式并代入数据得t ＝0.2 s③答案 (1)0.2 s (2)0.1 m (3)－2 J6．(2015·安徽理综，22，14分)(难度★★★)一质量为0.5 kg 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v 0＝9 m/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7 m/s ，碰后以6 m/s 的速度反向运动直至静止．g 取10 m/s 2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ；(2)若碰撞时间为0.05 s ，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 . 解析 (1)对小物块从A 运动到B 处的过程中 应用动能定理－μmgs ＝12mv 2－12mv 20①代入数值解得μ＝0.32②(2)取向右为正方向，碰后滑块速度v ′＝－6 m/s由动量定理得：F Δt ＝mv ′－mv ③ 解得：F ＝－130 N④其中“－”表示墙面对物块的平均力方向向左． (3)对物块反向运动过程中应用动能定理得 －W ＝0－12mv ′2⑤解得W ＝9 J答案 (1)0.32 (2)130 N (3)9 J7．[2014·新课标全国Ⅰ,35(2)，9分](难度★★★)如图，质量分别为m A 、m B 的 两个弹性小球A 、B 静止在地面上方，B 球距地面的高度h ＝0.8 m ，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 ＝0.3 s 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m B ＝3m A ，重力加速度大小g ＝10 m/s 2，忽略空气阻 力及碰撞中的动能损失．求(1)B 球第一次到达地面时的速度； (2)P 点距离地面的高度．由于碰撞时间极短，重力的作用可以忽略，两球相碰前、后的动量守恒，总动能保持不变．规定向下的方向为正，有m A v 1＋m B v 2＝m B v 2′④12m A v 21＋12m B v 22＝12m B v 2′2⑤ 设B 球与地面相碰后的速度大小为v B ′，由运动学及碰撞的规律可得v B ′＝ v B ⑥ 设P 点距地面的高度为h ′，由运动学规律可得h ′＝v B ′2－v 222g⑦联立②③④⑤⑥⑦式，并代入已知条件可得h ′＝0.75 m⑧答案 (1)4 m/s (2)0.75 m4．[2016·全国Ⅲ，35(1)，5分]一静止的铝原子核 2713Al 俘获一速度为1.0×107m/s 的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核 2814Si *.下列说法正确的是( ) A ．核反应方程为p ＋2713Al→2814Si *B ．核反应过程中系统动量守恒C ．核反应过程中系统能量不守恒D ．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E ．硅原子核速度的数量级为105m/s ，方向与质子初速度的方向一致5．[2016·江苏物理，12C(1)]贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是( ) A.146C→147N ＋ 0－1e B.23592U ＋10n→13153I ＋9539Y ＋210n C.21H ＋31H→42He ＋10n D.42He ＋2713Al→3015P ＋10n3．A 一个放射性原子核自发地放出一个粒子变成新的原子核的过程是原子核的衰变，A 为原子核衰变，B 为重核的裂变，C 为轻核的聚变，D 为原子核的人工转变，A 正确．6．[2016·全国Ⅱ，35(1)，5分]在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号) A.146C→147N ＋ 0－1e B.3215P→3216S ＋ 0－1e C.23892U→23490Th ＋42He D.147N ＋42He→178O ＋11HE.235 92U ＋10n→140 54Xe ＋9438Sr ＋210n F.31H ＋21H→42He ＋10n【解析】 α衰变是一种放射性衰变，α粒子(42He)会从原子核中射出，C 项符合要求．β衰变是指自原子核内自发地放出一个电子( 0－1e)，同时原子序数加1的过程，A 、B 两项符合要求．裂变是指一些质量非常大的原子核，像铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出两个或三个中子和很大能量的过程，只有E 项符合要求．聚变是指由两个轻原子核(一般是氘和氚)结合成较重原子(如氦)并放出大量能量的过程，F 项符合要求． 【答案】 C AB E F7．[2016·江苏物理，12C(3)]几种金属的逸出功W 0见下表：由一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－7m ，普朗克常数h ＝6.63×10－34 J·s.【解析】可见光中波长最短的光子的能量最大，能量E ＝hc λ＝6.63×10－34×3×1084.0×10－7＝4.97×10－19J ．逸出功小于或等于该能量的金属会发生光电效应，查表可知为钠、钾、铷.1．(2015·重庆理综，1，6分)(难度★★)图中曲线a 、b 、c 、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是( )A ．a 、b 为β粒子的径迹B ．a 、b 为γ粒子的径迹C ．c 、d 为α粒子的径迹D ．c 、d 为β粒子的径迹答案 D2．[2015·海南单科，17(1)，4分](难度★★★)氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV. 大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率 最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为______eV(保留2位有 效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．解析 频率最大的光子能量为－0.96E 1，即E n －E 1＝－0.96E 1，则E n ＝E 1－0.96E 1＝(－13.6 eV)－0.96×(－13.6 eV)＝0.54 eV ，即n ＝5，从n ＝5能级开始跃迁,这些光子能发出的频率数n ＝5×（5－1）2＝10种．频率最小的光子是从n ＝5能级跃迁到n ＝4能级，其能量为E min ＝－0.54 eV －(－0.85 eV)＝ 0.31 eV.答案 0.31 eV 103．(2015·广东理综,18，6分)(难度★★)(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV ，下列表述正确的有( ) A ．X 是中子B ．Y 的质子数是3，中子数是6C ．两个核反应都没有质量亏损D ．氘和氚的核反应是核聚变反应解析 根据核反应中质量数和电荷数守恒，可知X 是10X ，所以为中子，A 正确；Y 应为63Y,所以Y 的质子数为3，核子数为6，中子数为3，B 错误；两核反应均有能量释放，根据爱因斯坦质能方程，两核反应都有质量亏损，C 错误；由聚变反应概念知，D 正确．答案 AD4．(2015·天津理综,1，6分)(难度★★)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( ) A ．天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B ．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 C ．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D ．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的答案 A。

专题07 碰撞与动量守恒第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。

考纲要求1、理解动量、动量变化量的概念；知道动量守恒的条件。

2、会利用动量守恒定律分析碰撞、反冲等相互作用问题。

命题规律1、动量和动量的变化量这两个概念常穿插在动量守恒定律的应用中考查。

2、动量守恒定律的应用是本部分的重点和难点，也是高考的热点；动量守恒定律结合能量守恒定律来解决碰撞、打击、反冲等问题，以及动量守恒定律与圆周运动、核反应的结合已成为近几年高考命题的热点。

第二部分知识背一背（1）动量、动能、动量变化量的比较(2)动量的性质①矢量性：方向与瞬时速度方向相同．②瞬时性：动量是描述物体运动状态的量，是针对某一时刻而言的．③相对性：大小与参考系的选取有关，通常情况是指相对地面的动量．(3)动量守恒条件①理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒．②近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．③分方向守恒：系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒．(4)动量守恒定律的表达式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′或Δp1＝－Δp2.（5）碰撞的种类及特点(6)动量守恒定律和能量守恒定律，是自然界最普遍的规律，它们研究的是物体系统，在力学中解题时必须注意动量守恒的条件及机械能守恒的条件。

在应用这两个规律时，当确定了研究的对象及运动状态变化的过程后，根据问题的已知条件和要求解的未知量，选择研究的两个状态列方程求解。

第三部分技能+方法一、动量守恒定律的特点：①矢量性：表达式中涉及的都是矢量，需要首先选取正方向，分清各物体初、末动量的正、负。

②瞬时性：动量是状态量，动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等。

不同时刻的动量不能相加。

③同时性：动量是状态量，具有瞬时性，动量守恒定律指的是相互作用的物体构成的物体系在任一时刻的总动量都相同．④普适性：它不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，对微观粒子组成的系统也适用。

然顿市安民阳光实验学校江苏高考考试说明要求实验验证碰撞中的动量守恒人教版一、实验目的1、研究碰撞（对心正碰）中的动量守恒2、培养学生的动手实验能力和探索精神二、实验器材斜槽轨道（或J2135-1型碰撞实验器）、入射小球m1和被碰小球m2、天平（附砝码一套）、游标卡尺、毫米刻度尺、白纸、复写纸、圆规、小铅锤〖点拨〗选球时应保证入射球质量m1大于被碰小球质量m2，即m1>m2，避免两球落点太近而难找落地点，避免入射球反弹的可能，通常入射球选钢球，被碰小球选有机玻璃球或硬胶木球。

球的半径要保证r1=r2（r1、r2为入射球、被碰小球半径），因两球重心等高，使碰撞前后入射钢球能恰好由螺钉支柱顶部掠过而不相碰，以免影响球的运动。

三、实验原理由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飞出做平抛运动，飞行时间相等，若取飞行时间为单位时间，则可用相等时间内的水平位移之比代替水平速度之比。

〖点拨〗如图所示，根据平抛运动性质，入射球碰撞前后的速度分别为v1=tOP，v1`=tOM，被碰小球碰后速度为v2`=tNOtOOON``=-被碰小球碰撞前后的时间仅由下落高度决定，两球下落高度相同，时间相同，所以水平速度可以用水平位移数值表示，如图所示；v1用OP表示；v′1用OM 表示，v′2用O`N表示，其中O为入射球抛射点在水平纸面上的投影，（由槽口吊铅锤线确定）O′为被碰小球抛射点在水平纸面上的投影，显然明确上述表示方法是实验成功的关键。

于是，上述动量关系可表示为：m1·OP= m1·OM+m2·(ON－2r)，通过实验验证该结论是否成立。

四、实验步骤（1）将斜槽固定在桌边使末端点的切线水平。

（2）让入射球落地后在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸。

（3）用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上O点。

（4）不放被碰小球时，让入射小球10次都从斜槽同一高度由阻止开始滚下落在复写纸上，用圆规找出落点的平均位置P点。

【高考真题】1. （2016天津理综）如图所示，方盒A静止在光滑的水平面上，盒内有一小滑块B，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ。

若滑块以速度v开始向左运动，与盒的左右壁发生无机械能损失的碰撞。

滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则此时盒的速度大小为，滑块相对于盒运动的路程为。

【答案】（1）v/3（3分）23vg（3分）2.（2015北京）“蹦极”运动中，长弹性绳的一端固定，另一端绑在人身上，人从几十米高处跳下。

将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动。

从绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，下列分析正确的是A.绳对人的冲量始终向上，人的动量先增大后减小B.绳对人的拉力始终做负功，人的动能一直减小C.绳恰好伸直时，绳的弹性势能为零，人的动能最大D.人在最低点时，绳对人的拉力等于人所受的重力【答案】A【解析】从绳恰好伸直，到人第一次下降至最低点的过程中，绳对人的作用力方向始终向上，绳对人的冲量始终向上，绳对人的作用力做负功。

人的速度先增大后减小，人的动量先增大后减小，人的动能先增大后减小，选项A正确BC错误。

人在最低点时，绳对人的拉力大于人所受的重力，人的加速度向上，选项D错误。

3．（2015上海）一颗子弹以水平速度v0穿透一块在光滑水平面上迎面滑来的木块后，二者运动方向均不变。

设子弹与木块间相互作用力恒定，木块最后速度为v，则（A）v0越大，v越大（B）v0越小，v越大（C）子弹质量越大，v越大（D）木块质量越小，v越大【答案】AC4.（2015福建）如图，两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动，滑块A的质量为m，速度大小为2v o，方向向右，滑块B的质量为2m，速度大小为v0，方向向左，两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是____________。

(填选项前的字母)A. A和B都向左运动B. A和B都向右运动C. A静止，B向右运动D. A向左运动，B向右运动【答案】D【解析】由于系统总动量为零，根据动量守恒定律，两滑块发生弹性碰撞后总动量仍然应为零，速度且不能为零，所以碰撞后的运动状态是A向左运动，B向右运动，选项D正确。

新题型一碰撞与动量守恒之单项选择题样题展示高空作业须系安全带。

如果质量为m的高空作业人员不慎跌落，从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为h（可视为自由落体运动）。

此后经历时间t安全带达到最大伸长，若在此过程中该作用力始终竖直向上，则该段时间安全带对人的平均作用力大小为A．2m ghmgt+ B．2m ghmgt- C．m ghmgt+ D．m ghmgt-【参考答案】A【试题分析】人下落h高度为自由落体运动，由运动学公式22v gh=，可知2v gh=；缓冲过程（取向上为正）由动量定理得()0()F mg t mv-=--，解得2m ghF mgt=+，故选A。

名师解读内容可能的分值可能的题型碰撞及动量守恒修订前10分选考–计算题修订后6分必考–四选一1．碰撞及动量守恒在选修3–5中虽然占用的篇幅不是很多，但是却是高考的热点，从2012年2016年这几年的时间，在选考的三个部分中，必有一道关于碰撞及动量守恒的题，而且分值相对也较高，一般为10分。

2．2016年新出了2017年的考试大纲和考试说明，将选修3–5的内容调整为必考内容，这种调整，更加说明了碰撞及能量守恒的重要性。

3．2017年是考试改革的第一年，但是从往年选考的内容来看，碰撞和守恒在今年肯定会考，但是其考查形式可能就比较多样，比如可能将碰撞及动量守恒的知识以四选一的单项选择题的形式进行考查。

通关演练1．从高处跳到低处时，为了安全，一般都是让脚尖着地，这样做是为了A．减小冲量B．减小动量的变化量C ．增大与地面的冲击时间，从而减小冲力D ．增大人对地面的压强，起到安全作用2．如图所示，质量为M 的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。

由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止的状态。

这个人手中拿着一个质量为m 的小物体，他以相对飞船为v 的速度把小物体抛出，在抛出物体后他相对飞船的速度大小为A ．v M mB ．v m MC ．v m m M + D ．v mM m+ 3．一位质量为m 的运动员从下蹲状态向上跳起，经t ∆时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v ，在此过程中，下列说法正确的是A ．地面对他的冲量为mv mg t +∆，地面对他做的功为212mv B ．地面对他的冲量为mv mg t -∆，地面对他做的功为零 C ．地面对他的冲量为mv ，地面对他做的功为212mv D ．地面对他的冲量为mv mg t +∆，地面对他做的功为零4．如图所示，弹簧的一端固定在竖直墙上，质量为M 的光滑弧形槽静止在光滑水平面上，底部与水平面平滑连接，一个质量为m （m <M ）的小球从槽高h 处开始自由下滑，下列说法正确的是A ．在以后的运动过程中，小球和槽的水平方向动量始终守恒B ．在下滑过程中小球和槽之间的相互作用力始终不做功C ．全过程小球和槽、弹簧所组成的系统机械能守恒，且水平方向动量守恒D ．被弹簧反弹后，小球和槽的机械能守恒，但小球不能回到槽高h 处5．如图所示，甲、乙两车用轻弹簧相连静止在光滑的水平面上，现在同时对甲、乙两车施加等大反向的水平恒力F 1、F 2，使甲、乙同时由静止开始运动，在整个过程中，对甲、乙两车及弹簧组成的系统（假定整个过程中弹簧均在弹性限度内），正确的说法是A ．系统受到外力作用，系统的总动量不断增大B ．弹簧伸长到最长时，系统的机械能最大C ．恒力对系统一直做正功，系统的机械能不断增大D ．两物体的速度减少为零时，弹簧的弹力大小等于外力F 1、F 2的大小6．一枚火箭搭载着卫星以速率v 0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。