1、（物理）物理动量定理试题类型及其解题技巧含解析一、高考物理精讲专题动量定理1 观赏“烟火”表演是某地每年“春节”庆祝活动的压轴大餐。某型“礼花”底座仅0.2s的发射时间，就能将质量为 m=5kg 的礼花弹竖直抛上 180m 的高空。（忽略发射底座高度，不计空气阻力， g 取 10m/s 2）(1)“礼花”发射时燃烧的火药对礼花弹的平均作用力是多少？（已知该平均作用力远大于礼花弹自身重力）(2)某次试射，当礼花弹到达最高点时爆炸成沿水平方向运动的两块（爆炸时炸药质量忽略不计），测得前后两块质量之比为1： 4，且炸裂时有大小为E=9000J 的化学能全部转化为了动能，则两块落地点间的距离是多少？【
2、答案】 (1)1550N； (2)900m【解析】【分析】【详解】(1)设发射时燃烧的火药对礼花弹的平均作用力为F，设礼花弹上升时间为t，则：h 1 gt 22解得t6s对礼花弹从发射到抛到最高点，由动量定理Ft 0mg(tt0 )0其中t00.2s解得F1550N(2)设在最高点爆炸后两块质量分别为m1、 m2 ，对应的水平速度大小分别为v1 、 v2，则：在最高点爆炸，由动量守恒定律得m1v1m2 v2由能量守恒定律得E1 m1v121 m2v2222其中m11m24mm1m2联立解得v1120m/sv230m/s之后两物块做平抛运动，则竖直方向有h 1 gt 22水平方向有sv1tv2t
3、由以上各式联立解得s=900m2 如图所示，粗糙的水平面连接一个竖直平面内的半圆形光滑轨道，其半径为R=0.1 m，半圆形轨道的底端放置一个质量为m=0.1 kg 的小球 B，水平面上有一个质量为M=0.3 kg 的小球 A 以初速度 v0 =4.0 m/ s 开始向着木块 B 滑动，经过时间t=0.80 s 与 B 发生弹性碰撞设两小球均可以看作质点，它们的碰撞时间极短，且已知木块A 与桌面间的动摩擦因数 =0.25，求：（ 1）两小球碰前 A 的速度；（ 2）球碰撞后 B,C 的速度大小；（ 3）小球 B 运动到最高点 C 时对轨道的压力；【答案】（ 1） 2m/s（ 2）vA1m/s ，
4、 vB 3m/ s（ 3） 4N，方向竖直向上【解析】【分析】【详解】（1）选向右为正，碰前对小球A 的运动由动量定理可得：Mg t M v M v 0解得： v 2m/s（2）对 A、 B 两球组成系统碰撞前后动量守恒，动能守恒：MvMv AmvB1 Mv 21 Mv A21 mvB2222解得： vA 1m/ svB 3m/ s（3）由于轨道光滑， B 球在轨道由最低点运动到C 点过程中机械能守恒：1 mvB21 mvC2mg2R22在最高点 C 对小球 B 受力分析，由牛顿第二定律有：解得： FN 4N由牛顿第三定律知，FN FN 4N小球对轨道的压力的大小为3N，方向竖直向上mgFNm
5、vC2R3 半径均为 R5 2m 的四分之一圆弧轨道 1 和 2 如图所示固定，两圆弧轨道的最低端切线水平，两圆心在同一竖直线上且相距R，让质量为 1kg 的小球从圆弧轨道1 的圆弧面上某处由静止释放，小球在圆弧轨道1 上滚动过程中，合力对小球的冲量大小为5N s ，重力加速度 g 取 10m / s2 ，求：（1）小球运动到圆弧轨道1 最低端时，对轨道的压力大小 ;（2）小球落到圆弧轨道2 上时的动能大小。【答案】（ 1） 5(22 )N （ 2） 62.5J2【解析】【详解】（1）设小球在圆弧轨道1 最低点时速度大小为v0 ，根据动量定理有Imv0解得 v05m / s在轨道最低端，根据牛
6、顿第二定律，2F mgm v0R解得 F 5 22N2根据牛顿第三定律知，小球对轨道的压力大小为F 522 N2（2）设小球从轨道1 抛出到达轨道2 曲面经历的时间为t，水平位移：xv0t竖直位移：y 1 gt 22由勾股定理：x2y2R2解得 t1s竖直速度：vygt10m / s可得小球的动能Ek1 mv21 m v2v262.5J220y4 如图所示，一质量m1=0.45kg 的平顶小车静止在光滑的水平轨道上车顶右端放一质量m=0.4 kg 的小物体，小物体可视为质点现有一质量m=0.05 kg 的子弹以水平速度v =100200m/s 射中小车左端，并留在车中，已知子弹与车相互作用时间
7、极短，小物体与车间的动摩擦因数为 =0.5，最终小物体以 5 m/s 的速度离开小车g 取 10 m/s 2求：（ 1）子弹从射入小车到相对小车静止的过程中对小车的冲量大小（ 2）小车的长度【答案】（ 1） 4.5N s （ 2） 5.5m【解析】 子弹进入小车的过程中，子弹与小车组成的系统动量守恒，有：m0 vo (m0 m1 )v1 ，可解得 v110m / s ；对子弹由动量定理有：Imv1mv0 ， I4.5Ns ( 或 kgm/s) ； 三物体组成的系统动量守恒，由动量守恒定律有：(m0 m1 )v1 (m0m1 )v2m2 v ；设小车长为 L，由能量守恒有：m2 gL1 ( m0
8、 m1 )v121 (m0 m1 )v221 m2v2222联立并代入数值得 L 5.5m；点睛 ：子弹击中小车过程子弹与小车组成的系统动量守恒，由动量守恒定律可以求出小车的速度 ，根据动量定理可求子弹对小车的冲量；对子弹、物块、小车组成的系统动量守恒，对系统应用动量守恒定律与能量守恒定律可以求出小车的长度5 如图， A、B、 C 三个木块的质量均为 m，置于光滑的水平面上，B、 C 之间有一轻质弹簧，弹簧的两端分别与木块B、 C 相连，弹簧处于原长状态现A 以初速 v0沿BC的连线、方向朝 B 运动，与 B 相碰并粘合在一起，碰撞时间极短、大小为t(1)A、 B 碰撞过程中，求 A 对 B
9、的平均作用力大小F(2)在以后的运动过程中，求弹簧具有的最大弹性势能Ep【答案】(1) Fmv0(2) EP1mv022t12【解析】【详解】(1)设 A、B 碰撞后瞬间的速度为v1 ，碰撞过程 A、B 系统动量守恒，取向右为正方向，由动量守恒定律有：mv02mv1解得 v11 v02设 A B 碰撞时的平均作用力大小为F，对 B 有Ft mv10、mv0解得 F2t(2)当 A、B、 C具有共同速度v 时，弹簧具有最大弹性势能，设弹簧的最大弹性势能为Ep ，碰后至 A、 B、C 速度相同的过程中，系统动量守恒，有mv03mv根据碰后系统的机械能守恒得12mv1213mv2Ep22解得： Ep
10、1 mv02126 如图所示，质量的小车A 静止在光滑水平地面上，其上表面光滑，左端有一固定挡板。可视为质点的小物块 B 置于 A 的最右端， B 的质量 。现对小车 A 施加一个水平向右的恒力 F=20N，作用 0.5s 后撤去外力，随后固定挡板与小物块 B 发生碰撞。假设碰撞时间极短，碰后 A、 B 粘在一起，继续运动。求：（ 1）碰撞前小车 A 的速度；（ 2）碰撞过程中小车 A 损失的机械能。【答案】（ 1） 1m/s （2） 25/9J【解析】【详解】（1） A 上表面光滑，在外力作用下，A 运动，B 静止，对 A，由动量定理得：，代入数据解得：m/s ；（2） A、 B 碰撞过程系
11、统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：，代入数据解得：，碰撞过程， A 损失的机械能：，代入数据解得：；7 质量为 60 kg 的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护，使他悬挂起来；已知弹性安全带的缓冲时间是 1.2 s，安全带长 5 m，（安全带伸长量远小于其原长）不计空气阻力影响， g 取 10 m/s 2 。求：人向下减速过程中，安全带对人的平均作用力的大小及方向。【答案】 100N，方向：竖直向上【解析】【详解】选取人为研究对象，人下落过程有：v2=2gh，代入数据解得：v=10 m/s ，缓冲过程由动量定理有：（F-mg） t=mv，解得： Fmv60 1010）
12、N 1100Nmg （60t1.2则安全带对人的平均作用力的大小为1100N，方向竖直向上。8 如图所示，水平地面上静止放置一辆小车A，质量 mA4kg，上表面光滑，小车与地面间的摩擦力极小，可以忽略不计，可视为质点的物块B 置于 A 的上表面， B 的质量 mB2kg，现对 A 施加一个水平向右的恒力F 10N， A 运动一段时间后，小车左端固定的挡板B发生碰撞，碰撞时间极短，碰后A、B 粘合在一起，共同在 F 的作用下继续运动，碰撞后经时间 t 0.6s，二者的速度达到v 2m/s，求：（1） A、B 碰撞后瞬间的共同速度v 的大小；（ 2） A、B 碰撞前瞬间， A 的速度 vA 的大小
13、。【答案】 （1） 1m/s ；（ 2） 1.5m/s 。【解析】【详解】（ 1） A、B 碰撞后共同运动过程中，选向右的方向为正，由动量定理得： Ft（ mA +mB） vt （ mA+mB） v，代入数据解得： v 1m/s；（ 2）碰撞过程系统内力远大于外力，系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：mAvA（ mA+mB） v，代入数据解得：vA 1.5m/s ；92018 年诺贝尔物理学奖授于了阿瑟阿什金（ Arthur Ashkin ）等三位科学家，以表彰他们在激光领域的杰出成就。阿瑟“ ”阿什金发明了光学镊子（如图），能用激光束夹起 粒子、原子、分子；还能夹起病毒、细菌及其
14、他活细胞，开启了激光在新领域应用的大门。为了简化问题，将激光束看作是粒子流，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，会对物体产生力的作用，光镊效应就是一个实例。现有一透明介质小球，处于非均匀的激光束中（越靠近光束中心光强越强）。小球的折射率大于周围介质的折射率。两束相互平行且强度的激光束，穿过介质小球射出时的光路如图所示。若不考虑光的反射和吸收，请分析说明两光束因折射对小球产生的合力的方向。根据上问光束对小球产生的合力特点，试分析激光束如何“夹起 ”粒子的？【答案】见解析；【解析】【详解】解：由动量定理可知：v 的方向即为小球对光束作用力的方向当强度强度相同时，作用力 F1
15、F2，由平行四边形定则知，和光速受力合力方向向左偏下，则由牛顿第三定律可知，两光束因折射对小球产生的合力的方向向右偏上，如图所示如图所示，小球受到的合力向右偏上，此力的横向的分力Fy，会将小球推向光束中心；一旦小球偏离光速中心，就会受到指向中心的分力，实现光束对小球的约束，如同镊子一样，“夹住”小球其它粒子10 起跳摸高是学生常进行的一项活动。某中学生身高1.80m，质量70kg。他站立举臂，手指摸到的高度为2.10m. 在一次摸高测试中，如果他下蹲，再用力瞪地向上跳起，同时举臂，离地后手指摸到高度为2.55m。 设他从蹬地到离开地面所用的时间为0.7s。不计空气阻力，（ g=10m/s2）.
16、求：(1)他跳起刚离地时的速度大小；(2)从蹬地到离开地面过程中重力的冲量的大小；(3)上跳过程中他对地面平均压力的大小。【答案】（ 1） 3m/s（ 2）（ 2） 1000N【解析】【分析】人跳起后在空中运动时机械能守恒，由人的重心升高的高度利用机械能守恒可求得人刚离地时的速度；人在与地接触时，地对人的作用力与重力的合力使人获得上升的速度，由动量定理可求得地面对他的支持力，再由牛顿第三定律可求得他对地面的平均压力；【详解】（1）跳起后重心升高根据机械能守恒定律：，解得 ：；（ 2）根据冲量公式可以得到从蹬地到离开地面过程中重力的冲量的大小为：，方向竖直向下；（ 3）上跳过程过程中，取向上为正
17、方向，由动量定理即： ，将数据代入上式可得根据牛顿第三定律可知：对地面的平均压力【点睛】。本题中要明确人运动的过程，找出人起跳的高度及人在空中运动的高度，从而正确选择物理规律求解 。11 质量为 0.5 kg 的小球从 h=2.45 m的高空自由下落至水平地面，与地面作用0.2 s 后，再以 5m/ s 的速度反向弹回，求小球与地面的碰撞过程中对地面的平均作用力（不计空气阻力， g=10m/ s2）【答案】 35N【解析】小球自由下落过程中，由机械能守恒定律可知：mgh= 1 mv12；2解得： v1= 2gh2 10 2.45 7 m/s，同理，回弹过程的速度为5m/s，方向竖直向上，设向下
18、为正，则对碰撞过程由动量定理可知：mgt -Ft=-mv-mv代入数据解得：F=35N由牛顿第三定律小球对地面的平均作用力大小为35N，方向竖直向下12 柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成，气虹与活塞间有柴油与空气的混合物在重锤与桩碰摊的过程中，通过压缩使混合物燃烧，产生高温高压气体，从而使桩向下运动，锤向上运动现把柴油打桩机和打桩过程简化如下：柴油打桩机重锤的质量为m ，锤在桩帽以上高度为h 处（如图1）从静止开始沿竖直轨道自由落下，打在质量为M（包括桩帽）的钢筋混凝土桩子上，同时，柴油燃烧，产生猛烈推力，锤和桩分离，这过程的时间极短随后，桩在泥土中向下移动一距离l 已知锤反跳后到达
19、最高点时，锺与已停下的桩子之间的距离也为h （如图2）已知m1.0103 kg ， M2.0 103 kg ， h2.0m， l0.2m，重力加速度g10 m/s2，混合物的质量不计，设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力，求：（1）重锤 m 与桩子 M 发生碰撞之前的速度v1 大小；（2）重锤 m 与桩子 M 发生碰后即将分离瞬间，桩子的速度V 大小；（3）桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F 的大小【答案】（ 1） v1 210m/s （ 2）见解析（3） F 2.1 105 N【解析】（1）锤自由下落，设碰桩前速度大小为v1 ，由动能定理得：mgh1 mv122化简得： v12 g
20、h2 10m/s即锤与桩碰撞前的瞬间，锤速度的大小为210m/s（2）碰后，设碰后锤的速度大小为v2 ，由动能定理得：mg (h l )1mv222化简得： v22g(h l )设碰后桩的速度为V ，由动量守恒定律得：mv1MVmv2解得 V310 m / s桩下降的过程中，根据动能定理得：FlMgl 01 MV 2解得 ： F 2.1 105 N2即桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力的大小为2.1 10 5 N故本题答案是：（ 1）2 10m/s（ 2） V3 10 m / s （ 3）51F 2.1 10 Nv点睛 ：利用动能定理求解重锤落下的速度以及重锤反弹的速度，根据动量守恒求木桩下落的速度
