1、（物理）物理动量定理专项习题及答案解析及解析一、高考物理精讲专题动量定理1 如图所示，静置于水平地面上的二辆手推车沿一直线排列，质量均为m，人在极短的时间内给第一辆车一水平冲量使其运动，当车运动了距离L 时与第二辆车相碰，两车以共同速度继续运动了距离L 时停。车运动时受到的摩擦阻力恒为车所受重力的k 倍，重力加速度为 g，若车与车之间仅在碰撞时发生相互作用，碰撞吋间很短，忽咯空气阻力，求：(1)整个过程中摩擦阻力所做的总功；(2)人给第一辆车水平冲量的大小。【答案】 (1)-3kmgL； (2) m 10kgL 。【解析】【分析】【详解】(1)设运动过程中摩擦阻力做的总功为W，则W=-kmgL
2、-2kmgL=-3kmgL即整个过程中摩擦阻力所做的总功为-3kmgL。(2)设第一辆车的初速度为v0，第一次碰前速度为v1，碰后共同速度为v2，则由动量守恒得mv1=2mv2kmgL1 mv121 mv0222k (2 m)gL01 (2 m)v222由以上各式得v010kgL所以人给第一辆车水平冲量的大小Imv0m 10kgL22019 年 1 月 3 日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，并通过“鹊桥 ”中继卫星传回了世界上第一张近距离拍摄月球背面的图片。此次任务实现了人类探测器首次在月球背面软着陆、首次在月球背面通过中继卫星与地球通讯，因而开启了人类探索月球的新篇章。嫦娥四号探测器在靠
3、近月球表面时先做圆周运动进行充分调整，最终到达离月球表面很近的着陆点。为了尽可能减小着陆过程中月球对飞船的冲击力，探测器在距月面非常近的距离处进行多次调整减速，离月面高h 处开始悬停（相对月球速度为零），对障碍物和坡度进行识别，并自主避障。然后关闭发动机，仅在月球重力作用下竖直下落，探测器与月面接触前瞬间相对月球表面的速度为v，接触月面时通过其上的“四条腿 ”缓冲，平稳地停在月面，缓冲时间为t，如图所示。已知月球的半径R，探测器质量为m0，引力常量为G。（ 1）求月球表面的重力加速度；（ 2）求月球的第一宇宙速度；（ 3）求月球对探测器的平均冲击力F 的大小。v2vR（ 3） Fm0 v【答案
4、】（ 1） g（ 2） v2hm0 g2ht【解析】【详解】(1)由自由落体规律可知：v 22 gh解得月球表面的重力加速度：v2g2h(2)做圆周运动向心力由月表重力提供，则有：mvmgR解得月球的第一宇宙速度：2Rvv2h(3)由动量定理可得：(Fm0 g)t0(m0v)解得月球对探测器的平均冲击力的大小：m0 vFm0 gt3 一质量为m 的小球，以初速度v0 沿水平方向射出，恰好垂直地射到一倾角为30的固3定斜面上，并立即沿反方向弹回已知反弹速度的大小是入射速度大小的.求在碰撞过程4中斜面对小球的冲量的大小【答案】 7mv02【解析】【详解】小球在碰撞斜面前做平抛运动，设刚要碰撞斜面时
5、小球速度为v，由题意知 v 的方向与竖直线的夹角为 30，且水平分量仍为v0，由此得 v2v0.碰撞过程中，小球速度由v 变为反向的 3 v，碰撞时间极短，可不计重力的冲量，由动量定理，设反弹速度的方向为正方43向，则斜面对小球的冲量为Im (v) m( v)4解得 I 7 mv0.24 以初速度 v0=10m/s水平抛出一个质量为m=2kg 的物体，若在抛出后3s 过程中，它未与地面及其它物体相碰，g 取 l0m/s 2。求：（ 1）它在 3s 内所受重力的冲量大小；（ 2） 3s 内物体动量的变化量的大小和方向；（ 3）第 3 秒末的动量大小。【答案】（ 1） 60N s（ 2） 60kg
6、 m/s，竖直向下（3） 2010kgm / s【解析】【详解】（1） 3s 内重力的冲量：I=Ft =mgt =210 3N s=60N s（ 2） 3s 内物体动量的变化量，根据动量定理： P=mgt =20 3kg m/s=60kg m/s方向：竖直向下。（3）第 3s 末的动量：P末 =mv末 =m v02vy2 =2 102gt220 10kg m / s5 质量为 2kg 的球，从4.05m 高处自由下落到水平钢板上又被竖直弹起，弹起后能达到的最大高度为3.2m ，如果球从开始下落到弹起并达到最大高度所用时间为1.75s，不考虑空气阻力（ g 取 10m/s 2），求小球对钢板的作
7、用力的大小和方向【答案】 700N【解析】【详解】物体从下落到落地过程中经历的时间为t1 ，从弹起到达到最高点经历的时间为t 2 ，则有：h11 gt12 ， h21 gt 2222可得： t12h124.05 s0.9s ，g10t22h223.2s0.8sg10球与钢板作用的时间：t t总t1 t21.750.90.8s 0.05s由动量定理对全过程可列方程：mgt总F t00可得钢板对小球的作用力mgt总2101.75 N 700N ，方向竖直向上Ft0.056 如图所示，光滑水平面上小球、B 分别以 3.2 m/s 、2.0m/s的速率相向运动，碰撞后 AA球静止已知碰撞时间为0. 0
8、5s， 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，在粗糙的水平面上0.5a1.5a 区间放置一探测板（ amv
9、 0 ）。在水平面qB的上方存在水平向里,磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，磁场右边界离小孔O 距离为 a,位于水平面下方离子源C 飘出质量为m，电荷量为 q，初速度为 0 的一束负离子，这束离子经电势差为 U2mv02的电场加速后，从小孔O 垂直水平面并垂直磁场射入磁场区域，t 时9q间内共有 N 个离子打到探测板上。（ 1）求离子从小孔 O 射入磁场后打到板上的位置。（ 2）若离子与挡板碰撞前后没有能量的损失，则探测板受到的冲击力为多少？（ 3）若射到探测板上的离子全部被板吸收，要使探测板不动，水平面需要给探测板的摩擦力为多少？【答案】（ 1）打在板的中间（2） 2Nmv0方向竖直向下（3
10、）3Nmv0 方向水平向左3t3t【解析】 (1) 在加速电场中加速时据动能定理：qU1 mv2 ，2代入数据得 v2 v03在磁场中洛仑兹力提供向心力：qvB m v2, 所以半径 rmv2mv02 arqB3qB3轨迹如图：O O1 a ，OO A 300， OA2 acos3003 a333所以 OBOA tan600a ，离子离开磁场后打到板的正中间。(2) 设 板 对 离 子 的 力 为 F ， 垂 直 板 向 上 为 正 方 向 ， 根 据 动 量 定 理 ：Ft Nmvsin300Nmvsin30 0 2Nmv03F= 2Nmv03t根据牛顿第三定律，探测板受到的冲击力大小为2N
11、mv0 ，方向竖直向下。3t（3）若射到探测板上的离子全部被板吸收，板对离子水平方向的力为T，根据动量定理：Tt Nmvcos3003 Nmv0 ， T=3Nmv033t离子对板的力大小为3Nmv0 ，方向水平向右。3t所以水平面需要给探测板的摩擦力大小为3Nmv0 ，方向水平向左。3t8 一垒球手水平挥动球棒，迎面打击一以速度水平飞来的垒球，垒球随后在离打击点水平距离为 的垒球场上落地。设垒球质量为棒与垒球的作用时间为 0.010s，重力加速度为0.81kg，打击点离地面高度为2.2m ，球，求球棒对垒球的平均作用力的大小。【答案】 900N【解析】【详解】由题意可知，垒球被击后做平抛运动，
12、竖直方向：h= gt2所以：水平方向： x=vt所以球被击后的速度：选取球被击出后的速度方向为正方向，则：v0=-5m/s设平均作用力为F，则： Ft0=mv-mv 0代入数据得： F=900N【点睛】此题主要考查平抛运动与动量定理的应用，其中正确判断出垒球被击后做平抛运动是解答的关键 ；应用动量定理解题时注意正方向9 质量 m=6Kg 的物体静止在水平面上，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：
13、Fmg t1mg t20Fmg40 0.36 10 8s9.78s解得： t2t1mg0.3 61010 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
14、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11 根据牛顿第二定律及运动学相关方程分别推导动能定理和动量定理的表达式【答案】该推导过程见解析【解析】设一个质量为m 的物体，初速度为v0 ，在水平合外力F（恒力）的作用下，运动一段距离x 后，速度变为 vt ，所用的时间为 t则根据牛顿第二定律得：F ma ，根据运动学知识有vt2v022ax ，联立得到1 mvt21 mv02Fx ，即为动
15、能定理22根据运动学知识：avtv0 ，代入牛顿第二定律得：Ftmvtmv0，即为动量定理t12 蹦床运动有 空中芭蕾 之称，某质量 m=45kg 的运动员从空中h1=1.25m 落下，接着又能弹起 h2=1.8m 高度，此次人与蹦床接触时间t =0.40s，取 g=10m/s 2，求：（1）运动员与蹦床接触时间内，所受重力的冲量大小I；（2）运动员与蹦床接触时间内，受到蹦床平均弹力的大小F【答案】 （1） 180Ns（ 2） 1687.5N【解析】【详解】（1）重力的冲量大小Imgt180N s ；（2）设运动员下落h1 高度时的速度大小为v1，弹起时速度大小为v2，则v122gh1v222gh2由动量定理有( Fmg) tmv2(mv1)代入数据解得F=1687.5N
