1、高考物理动量定理技巧和方法完整版及练习题及解析一、高考物理精讲专题动量定理1 图甲为光滑金属导轨制成的斜面，导轨的间距为l 1m ，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 r2 4。已知 t=0
2、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】 (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
3、 ，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 C1.6C，通过 cd 棒的电荷量为由动量定理得：I FmgsintBlI t mv0解得： I F1.6N gs(3)3 s 内电阻 R 上产生的的热量为Q 2.88J，则 ab 棒产生的热量也为Q ， cd 棒上产生的热量
4、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：WG mg sin43.2J对导体棒 cd ，由动能定理得：WFW 克安WG1 mv202由运动学公式可知导体棒的速度为24 m/s解得： WF43.2J2 如图所示 ,固定在竖直平面内的4 光滑圆弧轨道AB 与粗糙水平地面BC 相切于 B 点。质量 m =0.1kg 的滑块甲从最高点A 由静止释放后沿轨道AB 运动 ,最终停在水平地面上的C点。现将质量m =0.3kg 的滑块乙静置于B 点 ,仍将滑块甲从A 点由静止释放结果甲在B 点与乙碰撞后粘合在一起动摩擦因数分别为,最终停在D
5、 点。已知B、 C两点间的距离x =2m,甲、乙与地面间的=0.4、=0.2,取 g=10m/s ,两滑块均视为质点。求:(1)圆弧轨道 AB 的半径 R;(2)甲与乙碰撞后运动到D 点的时间 t【答案】 (1)(2)【解析】【详解】（1）甲从 B 点运动到C 点的过程中做匀速直线运动，有：vB21 1=2a x ；根据牛顿第二定律可得：对甲从 A 点运动到B 点的过程，根据机械能守恒：解得 vB =4m/s； R=0.8m ；（2）对甲乙碰撞过程，由动量守恒定律：；若甲与乙碰撞后运动到D 点，由动量定理：解得 t=0.4s3 如图所示，在倾角 =37的足够长的固定光滑斜面的底端，有一质量m=
6、1.0kg、可视为质点的物体，以 v0=6.0m/s 的初速度沿斜面上滑。已知sin37o=0.60， cos37o=0.80，重力加速度 g 取 10m/s 2，不计空气阻力。求：（ 1）物体沿斜面向上运动的加速度大小；（ 2）物体在沿斜面运动的过程中，物体克服重力所做功的最大值；（ 3）物体在沿斜面向上运动至返回到斜面底端的过程中，重力的冲量。【答案】（ 1） 6.0m/s 2（ 2）18J（3） 20Ns，方向竖直向下。【解析】【详解】（1）设物体运动的加速度为a，物体所受合力等于重力沿斜面向下的分力为：F=mgsin根据牛顿第二定律有：F=ma；解得：a=6.0m/s 2（2）物体沿斜
7、面上滑到最高点时，克服重力做功达到最大值，设最大值为vm；对于物体沿斜面上滑过程，根据动能定理有：W 01 mvm22解得W=18J；（3）物体沿斜面上滑和下滑的总时间为：2v026t2sa6重力的冲量：I G mgt20N s方向竖直向下。4 用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的x、y 两个方向上分别进行研究。如图所示，质量为m 的小球斜射到木板上，入射的角度是，碰撞后弹出的角度也是，碰撞前后的速度大小都是v。碰撞过程中忽略小球所受重力。若小球与木板的碰撞时间为t，求木板对小球的平均作用力的大小和方向。【答案】 F2mv cos，方向沿 y 轴正方向t【解析】【详解】小球在 x 方向的
8、动量变化为pxmvsinmv sin0小球在 y 方向的动量变化为pymvcos( mv cos) 2mv cos根据动量定理 F tpy2mv cos，方向沿 y轴正方向解得 Ft5 正方体密闭容器中有大量运动粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量n 为恒量。为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；其速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与器壁垂直，且速率不变。利用所学力学知识，导出器壁单位面积所受粒子压力f 与 m、n 和 v 的关系。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）【答案】【解析】【分析】根据“粒子器壁各
9、面碰撞的机会均等”即相等时间内与某一器壁碰撞的粒子为该段时间内粒子总数的，一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量是，据此根据动量定理求与某一个截面碰撞时的作用力F；【详解】一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量是：在时间内能达到面积为S 容器壁上的粒子所占据的体积为：由于粒子有均等的概率与容器各面相碰，即可能达到目标区域的粒子数为：根据动量定理得：考虑单位面积，整理可以得到：根据牛顿第三定律可知，单位面积所受粒子的压力大小为。【点睛】本题的关键是建立微观粒子的运动模型，然后根据动量定理列式求解平均碰撞冲力，要注意粒子的运动是无规则的。6 如图所示，光滑水平面上小球A、B分别以3.2 m/s、2.0
10、m/s的速率相向运动，碰撞后A球静止已知碰撞时间为0. 05s， A、B 的质量均为0.5kg求：(1)碰撞后 B 球的速度大小；(2)碰撞过程 A 对 B 平均作用力的大小【答案】（ 1） 1.2m/s ，方向水平向右（2 ）32N【解析】【分析】【详解】（ 1） A.B 系统动量守恒，设 A 的运动方向为正方向由动量守恒定律得mvA- mvB=0+mvB解得vB=1.2m/s ，方向水平向右（2）对 B，由动量定理得Ft=pB=mvB -（ - mvB）解得F=32N【点睛】根据动量守恒定律求碰撞后B 球的速度大小；对B，利用动量定理求碰撞过程A 对 B 平均作用力的大小7 如图所示，光滑
11、水平面上放着质量都为m 的物块 A 和 B， A 紧靠着固定的竖直挡板，A、 B 间夹一个被压缩的轻弹簧（弹簧与A、 B 均不拴接），用手挡住B 不动，此时弹簧压缩的弹性势能为在 A、B 间系一轻质细绳，细绳的长略大于弹簧的自然长度。放手后绳在短暂时间内被拉断，之后B 继续向右运动，一段时间后与向左匀速运动、速度为v0的物块 C 发生碰撞，碰后 B、 C 立刻形成粘合体并停止运动，C 的质量为 2m。求：（1） B、C 相撞前一瞬间B 的速度大小；（2）绳被拉断过程中，绳对A 的冲量 I。【答案】 （1）（2）【解析】（ 1）由动量守恒定律可知：得：（ 2）由能量守恒可得：得：动量守恒：冲量：
12、得：8 如图所示 ，质量为 m=1.0 kg 的物块 A 以 v0=4.0 m/s 速度沿粗糙水平面滑向静止在水平面上质量为M =2.0 kg 的物块 B，物块 A 和物块 B 碰撞时间极短 ，碰后两物块粘在一起已知物块 A 和物块 B 均可视为质点 ，两物块间的距离为擦因数均为=0.20，重力加速度g=10 m/s 2.求：L=1.75 m，两物块与水平面间的动摩（ 1）物块 A 和物块 B 碰撞前的瞬间 ，物块 A 的速度 v 的大小；（ 2）物块 A 和物块 B 碰撞的过程中 ，物块 A 对物块 B 的冲量 I；（3）物块 A 和物块 B 碰撞的过程中 ，系统损失的机械能E.【答案】（
13、1） 3 m/s（ 2）2 Ns，方向水平向右（3）【解析】试题分析：物块A 运动到和物块B 碰撞前的瞬间，根据动能定理求得物块A 的速度；以物块 A 和物块 B 为系统，根据动量守恒求得碰后两物块速度，再根据动量定理求得物块 A 对物块 B 的冲量以物块 A 和物块 B 为系统，根据能量守恒求得系统损失的机械能（ 1）物块 A 运动到和物块 B 碰撞前的瞬间，根据动能定理得，解得（2）以物块A 和物块 B 为系统，根据动量守恒得：，以物块 B 为研究对象，根据动量定理得：，解得，方向水平向右（ 3）以物块 A 和物块 B 为系统，根据能量守恒得解得：9 质量m=6Kg 的物体静止在水平面上，
14、在水平力F=40N 的作用下，沿直线运动，已经物体与水平面间的动摩擦因数=0.3，若F 作用8S 后撤去F 后物体还能向前运动多长时间才能停止？（g=10m/s2）【答案】9.78s【解析】【分析】【详解】全过程应用动量定理有：Fmg t1mg t20Fmg40 0.36 10 8s 9.78s解得： t2t1mg0.3 61010 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，求：（ 1）整个过程中重力的冲量；（ 2）该段时间安全带对人的平
15、均作用力大小【答案】 （1）（ 2）【解析】试题分析：对自由落体运动，有：h=解得：，则整个过程中重力的冲量I=mg（t+t 1） =mg（ t+）（2）规定向下为正方向，对运动的全程，根据动量定理，有：mg（t 1+t） Ft=0解得：F=11 如图所示，质量为M=5.0kg 的小车在光滑水平面上以速度向右运动，一人背靠竖直墙壁为避免小车撞向自己，拿起水枪以的水平速度将一股水流自右向左射向小车后壁，射到车壁的水全部流入车厢内，忽略空气阻力，已知水枪的水流流量恒为（单位时间内流过横截面的水流体积），水的密度为。求：（ 1）经多长时间可使小车速度减为零；（ 2）小车速度减为零之后，此人继续持水枪
16、冲击小车，若要维持小车速度为零，需提供多大的水平作用力。【答案】 （1） 50s（ 2） 0.2N【解析】解：（1）取水平向右为正方向，由于水平面光滑，经t 时间，流入车内的水的质量为，对车和水流，在水平方向没有外力，动量守恒由可得t=50s（2）设时间内，水的体积为，质量为，则设小车队水流的水平作用力为，根据动量定理由可得根据牛顿第三定律，水流对小车的平均作用力为，由于小车匀速，根据平衡条件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
17、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：h1gt 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
