高考物理动量守恒定律及其解题技巧及练习题(含答案)
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高考物理动量守恒定律及其解题技巧及练习题(含答案)一、高考物理精讲专题动量守恒定律1.如图所示,质量为M=1kg 上表面为一段圆弧的大滑块放在水平面上,圆弧面的最底端刚好与水平面相切于水平面上的B 点,B 点左侧水平面粗糙、右侧水平面光滑,质量为m=0.5kg 的小物块放在水平而上的A 点,现给小物块一个向右的水平初速度v 0=4m/s ,小物块刚好能滑到圆弧面上最高点C 点,已知圆弧所对的圆心角为53°,A 、B 两点间的距离为L=1m ,小物块与水平面间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度为g=10m/s 2.求: (1)圆弧所对圆的半径R ;(2)若AB 间水平面光滑,将大滑块固定,小物块仍以v 0=4m/s 的初速度向右运动,则小物块从C 点抛出后,经多长时间落地?【答案】(1)1m (2)428225t s = 【解析】 【分析】根据动能定理得小物块在B 点时的速度大小;物块从B 点滑到圆弧面上最高点C 点的过程,小物块与大滑块组成的系统水平方向动量守恒,根据动量守恒和系统机械能守恒求出圆弧所对圆的半径;,根据机械能守恒求出物块冲上圆弧面的速度,物块从C 抛出后,根据运动的合成与分解求落地时间; 【详解】解:(1)设小物块在B 点时的速度大小为1v ,根据动能定理得:22011122mgL mv mv μ=- 设小物块在B 点时的速度大小为2v ,物块从B 点滑到圆弧面上最高点C 点的过程,小物块与大滑块组成的系统水平方向动量守恒,根据动量守恒则有:12()mv m M v =+ 根据系统机械能守恒有:2201211()(cos53)22mv m M v mg R R =++- 联立解得:1R m =(2)若整个水平面光滑,物块以0v 的速度冲上圆弧面,根据机械能守恒有:2200311(cos53)22mv mv mg R R =+- 解得:322/v m s =物块从C 抛出后,在竖直方向的分速度为:38sin 532/5y v v m s =︒= 这时离体面的高度为:cos530.4h R R m =-︒=212y h v tgt -=-解得:4282t s +=2.两个质量分别为0.3A m kg =、0.1B m kg =的小滑块A 、B 和一根轻质短弹簧,弹簧的一端与小滑块A 粘连,另一端与小滑块B 接触而不粘连.现使小滑块A 和B 之间夹着被压缩的轻质弹簧,处于锁定状态,一起以速度03/v m s =在水平面上做匀速直线运动,如题8图所示.一段时间后,突然解除锁定(解除锁定没有机械能损失),两滑块仍沿水平面做直线运动,两滑块在水平面分离后,小滑块B 冲上斜面的高度为 1.5h m =.斜面倾角o 37θ=,小滑块与斜面间的动摩擦因数为0.15μ=,水平面与斜面圆滑连接.重力加速度g 取210/m s .求:(提示:o sin 370.6=,o cos370.8=)(1)A 、B 滑块分离时,B 滑块的速度大小. (2)解除锁定前弹簧的弹性势能.【答案】(1)6/B v m s = (2)0.6P E J = 【解析】试题分析:(1)设分离时A 、B 的速度分别为A v 、B v , 小滑块B 冲上斜面轨道过程中,由动能定理有:2cos 1sin 2B B B Bm gh m gh m v θμθ+⋅= ① (3分)代入已知数据解得:6/B v m s = ② (2分)(2)由动量守恒定律得:0()A B A A B B m m v m v m v +=+ ③ (3分) 解得:2/A v m s = (2分) 由能量守恒得:2220111()222A B P A A B Bm m v E m v m v ++=+ ④ (4分) 解得:0.6P E J = ⑤ (2分)考点:本题考查了动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律.3.如图所示,质量M=1kg 的半圆弧形绝缘凹槽放置在光滑的水平面上,凹槽部分嵌有cd 和ef 两个光滑半圆形导轨,c 与e 端由导线连接,一质量m=lkg 的导体棒自ce 端的正上方h=2m 处平行ce 由静止下落,并恰好从ce 端进入凹槽,整个装置处于范围足够大的竖直方向的匀强磁场中,导体棒在槽内运动过程中与导轨接触良好。
已知磁场的磁感应强度B=0.5T ,导轨的间距与导体棒的长度均为L=0.5m ,导轨的半径r=0.5m ,导体棒的电阻R=1Ω,其余电阻均不计,重力加速度g=10m/s 2,不计空气阻力。
(1)求导体棒刚进入凹槽时的速度大小;(2)求导体棒从开始下落到最终静止的过程中系统产生的热量;(3)若导体棒从开始下落到第一次通过导轨最低点的过程中产生的热量为16J ,求导体棒第一次通过最低点时回路中的电功率。
【答案】(1) 210/v m s = (2)25J (3)9W 4P = 【解析】 【详解】解:(1)根据机械能守恒定律,可得:212mgh mv = 解得导体棒刚进入凹槽时的速度大小:210/v m s =(2)导体棒早凹槽导轨上运动过程中发生电磁感应现象,产生感应电流,最终整个系统处于静止,圆柱体停在凹槽最低点根据能力守恒可知,整个过程中系统产生的热量:()25Q mg h r J =+=(3)设导体棒第一次通过最低点时速度大小为1v ,凹槽速度大小为2v ,导体棒在凹槽内运动时系统在水平方向动量守恒,故有:12mv Mv = 由能量守恒可得:2212111()22mv mv mg h r Q +=+- 导体棒第一次通过最低点时感应电动势:12E BLv BLv =+回路电功率:2E P R=联立解得:94P W =4.如图,足够大的光滑水平面上固定着一竖直挡板,挡板前L 处静止着质量m 1=1kg 的小球A ,质量m 2=2kg 的小球B 以速度v 0运动,与小球A 正碰.两小球可看作质点,小球与小球及小球与挡板的碰撞时间忽略不计,且碰撞中均没有机械能损失.求(1)第1次碰撞后两小球的速度;(2)两小球第2次碰撞与第1次碰撞之间的时间; (3)两小球发生第3次碰撞时的位置与挡板的距离. 【答案】(1)043v 013v 方向均与0v 相同 (2)065L v (3)9L【解析】 【分析】(1)第一次发生碰撞,动量守恒,机械能守恒;(2)小球A 与挡板碰后反弹,发生第2次碰撞,分析好位移关系即可求解;(3)第2次碰撞过程中,动量守恒,机械能守恒,从而找出第三次碰撞前的初始条件,分析第2次碰后的速度关系,位移关系即可求解. 【详解】(1)设第1次碰撞后小球A 的速度为1v ,小球B 的速度为2v ,根据动量守恒定律和机械能守恒定律:201122m v m v m v =+222201122111222m v m v m v =+ 整理得:210122m v v m m =+,212012m m v v m m -=+解得1043v v =,2013v v =,方向均与0v 相同. (2)设经过时间t 两小球发生第2次碰撞,小球A 、B 的路程分别为1x 、2x ,则有11x v t =,22x v t =由几何关系知:122x x L += 整理得:065Lt v =(3)两小球第2次碰撞时的位置与挡板的距离:235x L x L =-= 以向左为正方向,第2次碰前A 的速度043A v v =,B 的速度为013B v v =-,如图所示.设碰后A 的速度为A v ',B 的速度为B v '.根据动量守恒定律和机械能守恒定律,有1212A B A B m v m v m v m v ''+=+; 2222121211112222A B AB m v m v m v m v ''+=+ 整理得:12212()2A B A m m v m v v m m -+'=+,21112()2B AB m m v m v v m m -+'=+解得:089A v v '=-,079B v v '=设第2次碰后经过时间t '发生第3次碰撞,碰撞时的位置与挡板相距x ',则B x x v t '''-=,A x x v t '''+=整理得:9x L '=5.如图所示,在倾角30°的斜面上放置一个凹撸B,B 与斜面间的动摩擦因数3μ=;槽内靠近右侧壁处有一小物块A(可视为质点),它到凹槽左侧壁的距离d =0.1m ,A 、B 的质量都为m=2kg ,B 与斜面间的最大静摩擦力可认为等于滑动摩摞力,不计A 、B 之间的摩擦,斜面足够长.现同时由静止释放A 、B,经过一段时间,A 与B 的侧壁发生碰撞,碰撞过程不计机械能损失,碰撞时间极短,g 取210/m s .求:(1)释放后物块A 和凹槽B 的加速度分别是多大?(2)物块A 与凹槽B 的左侧壁第一次碰撞后瞬间A 、B 的速度大小;(3)从初始位置到物块A 与凹糟B 的左侧壁发生第三次碰撞时B 的位移大小. 【答案】(1)(2)v An =(n-1)m∙s -1,v Bn ="n" m∙s -1(3)x n 总=0.2n 2m 【解析】 【分析】 【详解】(1)设物块A 的加速度为a 1,则有m A gsin θ=ma 1, 解得a 1=5m/s 2凹槽B 运动时受到的摩擦力f=μ×3mgcos θ=mg 方向沿斜面向上; 凹槽B 所受重力沿斜面的分力G 1=2mgsin θ=mg 方向沿斜面向下; 因为G 1=f ,则凹槽B 受力平衡,保持静止,凹槽B 的加速度为a 2=0 (2)设A 与B 的左壁第一次碰撞前的速度为v A0,根据运动公式:v 2A0=2a 1d 解得v A0=3m/s ;AB 发生弹性碰撞,设A 与B 第一次碰撞后瞬间A 的速度大小为v A1,B 的速度为v B1,则由动量守恒定律:0112A A B mv mv mv =+ ;由能量关系:2220111112222A AB mv mv mv =+⨯ 解得v A1=-1m/s(负号表示方向),v B1=2m/s6.如图所示,光滑水平面上有两辆车,甲车上面有发射装置,甲车连同发射装置质量M 1=1 kg ,车上另有一个质量为m =0.2 kg 的小球,甲车静止在水平面上,乙车以v 0=8 m/s 的速度向甲车运动,乙车上有接收装置,总质量M 2=2 kg ,问:甲车至少以多大的水平速度将小球发射到乙车上,两车才不会相撞?(球最终停在乙车上)【答案】25m/s【解析】试题分析:要使两车恰好不相撞,则两车速度相等. 以M 1、M 2、m 组成的系统为研究对象,水平方向动量守恒:()20120M v M m M v +=++共,解得5m /s v =共以小球与乙车组成的系统,水平方向动量守恒: ()202M v mv m M v -=+共,解得25m /s v =考点:考查了动量守恒定律的应用【名师点睛】要使两车不相撞,甲车以最小的水平速度将小球发射到乙车上的临界条件是两车速度相同,以甲车、球与乙车为系统,由系统动量守恒列出等式,再以球与乙车为系统,由系统动量守恒列出等式,联立求解7.(1)(5分)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 (填正确答案标号。