高考物理动量守恒定律解题技巧及经典题型及练习题(含答案)含解析

高考物理动量守恒定律解题技巧及经典题型及练习题(含答案)含解析

一、高考物理精讲专题动量守恒定律

1．如图所示，两块相同平板P1、P2置于光滑水平面上，质量均为m。P2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P1的最右端，质量为2m且可以看作质点。P1与P以共同速度v0向右运动，与静止的P2发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后P1与P2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P2之间的动摩擦因数为μ，求：

（1）P1、P2刚碰完时的共同速度v1和P的最终速度v2；

（2）此过程中弹簧最大压缩量x和相应的弹性势能Ep。

【答案】（1） 201vv，4302vv （2）Lgvx3220，1620pmvE

【解析】（1） P1、P2碰撞过程，动量守恒，102mvmv，解得201vv。

对P1、P2、P组成的系统，由动量守恒定律 ，204)2(mvvmm，解得4302vv

（2）当弹簧压缩最大时，P1、P2、P三者具有共同速度v2，对P1、P2、P组成的系统，从P1、P2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(21221221222021xLmguvmmmmvmv 解得Lgvx3220

对P1、P2、P系统从P1、P2碰撞结束到弹簧压缩量最大，用能量守恒定律

p222021))(2()2(21221221ExLmguvmmmmvmv

最大弹性势能1620PmvE

注意三个易错点：碰撞只是P1、P2参与；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

2．如图所示，在光滑的水平面上放置一个质量为2m的木板B，B的左端放置一个质量为m的物块A，已知A、B之间的动摩擦因数为，现有质量为m的小球以水平速度0飞来与A物块碰撞后立即粘住，在整个运动过程中物块A始终未滑离木板B，且物块A和小球均可视为质点(重力加速度g)．求：

①物块A相对B静止后的速度大小；

②木板B至少多长．

【答案】①0.25v0．②2016vLg

【解析】

试题分析：（1）设小球和物体A碰撞后二者的速度为v1，三者相对静止后速度为v2，规定向右为正方向，根据动量守恒得，

mv0=2mv1，① （2分）

2mv1=4mv2② （2分）

联立①②得，v2=0.25v0． （1分）

（2）当A在木板B上滑动时，系统的动能转化为摩擦热，设木板B的长度为L，假设A刚好滑到B的右端时共速，则由能量守恒得，

③ （2分）

联立①②③得，L=

考点：动量守恒，能量守恒．

【名师点睛】小球与 A碰撞过程中动量守恒，三者组成的系统动量也守恒，结合动量守恒定律求出物块A相对B静止后的速度大小；对子弹和A共速后到三种共速的过程，运用能量守恒定律求出木板的至少长度．

3．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m1="30" kg，冰块的质量为m2="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/s2．

（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()mvmMv

系统机械能守恒：22222211()22mghmMvmv

解得：20kgM

②人推冰块的过程：1122mvmv,得11/vms（向右） 冰块与斜面的系统：22223mvmvMv

22222223111+222mvmvMv

解得：21/vms（向右）

因21=vv，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．

4．如图，一质量为M的物块静止在桌面边缘，桌面离水平地面的高度为h.一质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后，以水平速度v0/2 射出.重力加速度为g.求：

（1）此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)20138mEmvM (2)02mvhsMg

【解析】

【分析】

【详解】

试题分析：（1）设子弹穿过物块后物块的速度为V，由动量守恒得

mv0=m+MV ①

解得

②

系统的机械能损失为

ΔE=③

由②③式得

ΔE=④

（2）设物块下落到地面所需时间为t，落地点距桌面边缘的水平距离为s,则

⑤ s=Vt ⑥

由②⑤⑥得

S=⑦

考点：动量守恒定律；机械能守恒定律．

点评：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．

5．装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击．通过对一下简化模型的计算可以粗略说明其原因．质量为2m、厚度为2d的钢板静止在水平光滑桌面上．质量为m的子弹以某一速度垂直射向该钢板，刚好能将钢板射穿．现把钢板分成厚度均为d、质量均为m的相同两块，间隔一段距离水平放置，如图所示．若子弹以相同的速度垂直射向第一块钢板，穿出后再射向第二块钢板，求子弹射入第二块钢板的深度．设子弹在钢板中受到的阻力为恒力，且两块钢板不会发生碰撞不计重力影响．

【答案】

【解析】

设子弹初速度为v0，射入厚度为2d的钢板后，

由动量守恒得：mv0=(2m＋m)V（2分）

此过程中动能损失为：ΔE损＝f·2d=12mv20－12×3mV2（2分）

解得ΔE＝13mv20

分成两块钢板后，设子弹穿过第一块钢板时两者的速度分别为v1和V1：mv1＋mV1＝mv0（2分）

因为子弹在射穿第一块钢板的动能损失为ΔE损1＝f·d=mv20（1分），

由能量守恒得：

12mv21＋12mV21＝12mv20－ΔE损1（2分）

且考虑到v1必须大于V1，

解得：v1＝13()26v0

设子弹射入第二块钢板并留在其中后两者的共同速度为V2， 由动量守恒得：2mV2＝mv1（1分）

损失的动能为：ΔE′＝12mv21－12×2mV22（2分）

联立解得：ΔE′＝13(1)22×mv20

因为ΔE′＝f·x（1分），

可解得射入第二钢板的深度x为：（2分）

子弹打木块系统能量损失完全转化为了热量，相互作用力乘以相对位移为产生的热量，以系统为研究对象由能量守恒列式求解

6．（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。选

对I个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。

Ａ.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量

B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能

C．铯原子核(13355Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能

D．比结合能越大，原子核越不稳定

Ｅ.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能

（2）（10分）如图，光滑水平直轨道上有三个质童均为m的物块Ａ、B、C。 B的左侧固定一轻弹簧（弹簧左侧的挡板质最不计).设A以速度ｖ０朝B运动，压缩弹簧；当A、 B速度相等时，B与C恰好相碰并粘接在一起，然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从Ａ开始压缩弹簧直至与弹黄分离的过程中，

（ⅰ）整个系统损失的机械能；

（ⅱ）弹簧被压缩到最短时的弹性势能。

【答案】（1）ABC

（2）2P01348Emv

【解析】（1）原子核的结合能等于核子结合成原子核所释放的能量，也等于将原子核分解成核子所需要的最小能量，A正确；重核的比结合能比中等核小，因此重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和小球原来重核的结合能，B项正确；原子核的结合能是该原子核的比结合能与核子数的乘积，虽然銫原子核(13355Cs)的比结合能稍大于铅原子核(20882Pb)的比结合能，但銫原子核(13355Cs)的核子数比铅原子核(20882Pb)的核子数少得多，因此其结合能小，C项正确；比结合能越大，要将原子核分解成核子平均需要的能量越大，因此原子核越稳定，D错；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能最等于该原子核的结合能，E错。中等难度。

（2）（ⅰ）从A压缩弹簧到A与B具有相同速度1v时，对A、B与弹簧组成的系统，由动量守恒定律得012mmvv ①

此时B与C发生完全非弹性碰撞，设碰撞后的瞬时速度为2v，损失的机械能为E。对B、C组成的系统，由动量守恒和能量守恒定律得

122mmvv ②

221211(2)22mEmvv ③

联立①②③式得20116Emv ④

（ⅱ）由②式可知21vv，A将继续压缩弹簧，直至A、B、C三者速度相同，设此速度为3v，此时弹簧被压缩至最短，其弹性势能为PE。由动量守恒和能量守恒定律得

033mmvv ⑤

220P311(3)22mEmvv ⑥

联立④⑤⑥式得2P01348Emv ⑦

【考点定位】（1）原子核

（2）动量守恒定律

7．用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”．1932年，查德威克用铍“辐射”分别照射（轰击）氢和氨（它们可视为处于静止状态）．测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氨核和氦核的质量之比为7：0．查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子．假设铍“辐射”中的中性粒子与氢或氦发生弹性正碰，试在不考虑相对论效应的条件下计算构成铍“辐射”的中性粒子的质量．（质量用原子质量单位u表示，1u等于1个12C原子质量的十二分之一．取氢核和氦核的质量分别为1.0u和14u．）

【答案】m＝1.2u

【解析】

设构成铍“副射”的中性粒子的质量和速度分别为m和v，氢核的质量为mH．构成铍“辐射”的中性粒子与氢核发生弹性正碰，碰后两粒子的速度分别为v′和vH′．由动量守恒与能量守恒定律得

mv＝mv′＋mHvH′ ①

12mv2＝12mv′2＋12mHvH′2②

解得