摘要:14.气功碎石表演中.质量的石板压在演员身上.另一个演员举起质量的铁锤.使劲地向石板咂去的瞬间.石板被砸碎了.而演员安然无恙.试通过分析和必要的理论计算来说明其中的奥妙.

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                                   高考真题

1.【解析】设物体的质量为m,t0时刻受盒子碰撞获得速度v,根据动量守恒定律                

3t0时刻物体与盒子右壁碰撞使盒子速度又变为v0,说明碰撞是弹性碰撞            联立以上两式解得  m=M                      

(也可通过图象分析得出v0=v,结合动量守恒,得出正确结果)

【答案】m=M

2.【解析】由动量守恒定律和能量守恒定律得:      

          解得:

      炮弹射出后做平抛,有:

      解得目标A距炮口的水平距离为:

     同理,目标B距炮口的水平距离为:

                     

              解得:

【答案】

3.【解析】(1)P1滑到最低点速度为,由机械能守恒定律有:  

    解得:

P1、P2碰撞,满足动量守恒,机械能守恒定律,设碰后速度分别为

      

解得:    =5m/s

P2向右滑动时,假设P1保持不动,对P2有:(向左)

对P1、M有: 

此时对P1有:,所以假设成立。

(2)P2滑到C点速度为,由   得

P1、P2碰撞到P2滑到C点时,设P1、M速度为v,对动量守恒定律:

     解得:

对P1、P2、M为系统:

代入数值得:

滑板碰后,P1向右滑行距离:

P2向左滑行距离:

所以P1、P2静止后距离:

【答案】(1)(2)

 

4.【解析】(1)P1经t1时间与P2碰撞,则     

P1、P2碰撞,设碰后P2速度为v2,由动量守恒:

解得(水平向左)    (水平向右)

碰撞后小球P1向左运动的最大距离:      又:

解得:

所需时间:

(2)设P1、P2碰撞后又经时间在OB区间内再次发生碰撞,且P1受电场力不变,由运动学公式,以水平向右为正:   则: 

解得:  (故P1受电场力不变)

对P2分析:  

所以假设成立,两球能在OB区间内再次发生碰撞。

5.【解析】从两小球碰撞后到它们再次相遇,小球A和B的速度大小保持不变。根据它们通过的路程,可知小球B和小球A在碰撞后的速度大小之比为4┱1。

设碰撞后小球A和B 的速度分别为,在碰撞过程中动量守恒,碰撞前后动能相等,有

                     ………… ①

               ………… ②

联立以上两式再由,可解出 m1∶m2=2∶1

【答案】2∶1

6.【解析】⑴碰后B上摆过程机械能守恒,可得

⑵两球发生弹性碰撞过程系统动量守恒,机械能守恒。设与B碰前瞬间A的速度是v0,有2mv0=2mvA+mvB,可得vA= v0/3,vB= 4v0/3,因此,同时也得到

⑶先由A平抛的初速度vA和水平位移L/2,求得下落高度恰好是L。即两球碰撞点到水平面的高度是L。A离开弹簧时的初动能可以认为就等于弹性力对A做的功。A离开弹簧上升的全过程用机械能守恒:,解得W=

【答案】(1)   (2)W=                  

7.【解析】此题是单个质点碰撞的多过程问题,既可以用动能定理与动量定理求解,也可以用力与运动关系与动量求解.设小物块从高为h处由静止开始沿斜面向下运动,到达斜面底端时速度为v。                                  

由动能定理得          ①

以沿斜面向上为动量的正方向。按动量定理,碰撞过程中挡板给小物块的冲量

②                                         

设碰撞后小物块所能达到的最大高度为h’,则 ③                             

同理,有   ⑤                                     

式中,v’为小物块再次到达斜面底端时的速度,I’为再次碰撞过程中挡板给小物块的冲量。由①②③④⑤式得       ⑥式中   ⑦                                         

由此可知,小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数,首项为

  ⑧总冲量为

   由  ( ⑩得

      代入数据得     N?s     

【答案】  N?s

8.【解析】此题开始的绳连的系统,后粘合变成了小球单个质点的运动问题(1)对系统,设小球在最低点时速度大小为v1,此时滑块的速度大小为v2,滑块与挡板接触前由系统的机械能守恒定律:mgl = mv12 +mv22

由系统的水平方向动量守恒定律:mv1 = mv2

对滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量为:I = mv2

联立①②③解得I = m 方向向左④

(2)小球释放到第一次到达最低点的过程中,设绳的拉力对小球做功的大小为W,对小球由动能定理:mgl+W = mv12

联立①②⑤解得:W =-mgl,即绳的拉力对小球做负功,大小为mgl 。

【答案】(1)I = m 方向向左;(2)mgl

9.【解析】(1)设B在绳被拉断后瞬间的速度为,到达C点时的速度为,有

   (1)    (2)

代入数据得         (3)

(2)设弹簧恢复到自然长度时B的速度为,取水平向右为正方向,有

    (4)      (5)

代入数据得     其大小为4NS  (6)

(3)设绳断后A的速度为,取水平向右为正方向,有

 (7)   代入数据得

【答案】(1)  (2)4NS     (3)

10.【解析】设摆球A、B的质量分别为,摆长为l,B球的初始高度为h1,碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下,根据题意及机械能守恒定律得

                                                  ①

                                                    ②

设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为P1、P2。有

P1=mBv                                                            ③

联立①②③式得

                                           ④

同理可得

                                     ⑤

联立④⑤式得                                        

代入已知条件得         由此可以推出≤4%                                                      

所以,此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律。

【答案】≤4%  

名校试题

1.【解析】(1)M静止时,设弹簧压缩量为l0,则Mg=kl0     

速度最大时,M、m组成的系统加速度为零,则

(M+m)g-k(l0+l1)=0     ②-

联立①②解得:k=50N/m   ③                                     

[或:因M初位置和速度最大时都是平衡状态,故mg=kl1,解得:k=50N/m]

(2)m下落h过程中,mgh=mv02     ④-

m冲击M过程中, m v0=(M+m)v       ⑤-

所求过程的弹性势能的增加量:ΔE=(M+m)g(l1+l2)+ (M+m)v2

联立④⑤⑥解得:ΔE=0.66J   ⑦

(用弹性势能公式计算的结果为ΔE=0.65J也算正确)

【答案】ΔE=0.66J

2.【解析】①根据图象可知,物体C与物体A相碰前的速度为:v1=6m/s

       相碰后的速度为:v2=2m/s   根据定量守恒定律得:

       解得:m3=2.0kg

       ②规定向左的方向为正方向,在第5.0s和第15s末物块A的速度分别为:

       v2=2m/s,v3=-2m/s 所以物块A的动量变化为:

       即在5.0s到15s的时间内物块A动量变化的大小为:16kg?m/s 方向向右

【答案】(1)m3=2.0kg   (2)16kg?m/s 方向向右

3.【解析】(1)设第一颗子弹进入靶盒A后,子弹与靶盒的共内速度为

  根据碰撞过程系统动量守恒,有:  

  设A离开O点的最大距离为,由动能定理有: 

  解得:  

(2)根据题意,A在的恒力F的作用返回O点时第二颗子弹正好打入,由于A的动量与第二颗子弹动量大小相同,方向相反,故第二颗子弹打入后,A将静止在O点。设第三颗子弹打入A后,它们的共同速度为,由系统动量守恒得: (2分)

  设A从离开O点到又回到O点所经历的时间为t,取碰后A运动的方向为正方向,由动量定理得: 解得:   

(3)从第(2)问的计算可以看出,第1、3、5、……(2n+1)颗子弹打入A后,A运动时间均为 故总时间  

【答案】(1)  (2)   (3)

4.【解析】对A、B、C整体,从C以v0滑上木块到最终B、C达到共同速度V,

其动量守恒既:m v0=2mV1+3mv     1.8=2V1+3×0.4        V1=0.3m/s          

对A、B、C整体,从C以v0滑上木块到C以V2刚离开长木板,

此时A、B具有共同的速度V1。其动量守恒即:m v0=mV2+4mv1      

1.8=V2+4×0.3         V2=0.6m/s  

 【答案】 (1)V1=0.3m/s  (2)  V2=0.6m/s    

5.【解析】(1)B与A碰撞前速度由动能定理   

 得         

      B与A碰撞,由动量守恒定律        

      得               

      碰后到物块A、B运动至速度减为零,弹簧的最大弹性势能

                     

(2)设撤去F后,A、B一起回到O点时的速度为,由机械能守恒得

                             

   返回至O点时,A、B开始分离,B在滑动摩擦力作用下向左作匀减速直线运动,设物块B最终离O点最大距离为x

 由动能定理得:                       

 【答案】(1)  (2)

6.【解析】设小车初速度为V0,A与车相互作用摩擦力为f,      

第一次碰后A与小车相对静止时速为  V1,由动量守恒,

得 mAV0-mBV0=(mA+mB)V1

   由能量守恒,得mAV02mBV02=f?L+(mA+mB)V12…        图14

    多次碰撞后,A停在车右端,系统初动能全部转化为内能,由能量守恒,得

    fL=(mA+mB)V02

    联系以上三式,解得:(mA+mB)2=4(mA-mB)2  ∴mA=3mB

【答案】mA=3mB

 

 

7.【解析】(1)当B离开墙壁时,A的速度为v0,由机械能守恒有

            mv02=E                         解得 v0=    

(2)以后运动中,当弹簧弹性势能最大时,弹簧达到最大程度时,A、B速度相等,设为v,由动量守恒有  2mv=mv0        解得               v=  

(3)根据机械能守恒,最大弹性势能为

             Ep=mv022mv2=E        

【答案】(1)v0=  (2)v=    (3)Ep=E

8.【解析】设子弹的质量为m,木块的质量为M,子弹射出枪口时的速度为v0

第一颗子弹射入木块时,动量守恒 

木块带着子弹做平抛运动   

第二颗子弹射入木块时,动量守恒 

木块带着两颗子弹做平抛运动   

联立以上各式解得   

【答案】

9.【解析】

车与缓冲器短时相撞过程根据动量守恒:           ②         2分

O到D过程               ③      

由①②③求得:                                   

(2)D到O过程                ④       

赛车从O点到停止运动              ⑤        

车整个过程克服摩擦力做功        ⑥      

由④⑤⑥求得:    

【答案】(1)      (2)  

10.【解析】(1)设所有物块都相对木板静止时的速度为 v,因木板与所有物块系统水平方向不受外力,动量守恒,应有:

m v+m?2 v+m?3 v+…+m?n v=(M + nm)v      1

              M = nm,                              2

解得:          v=(n+1)v,                                        6分

    (2)设第1号物块相对木板静止时的速度为v,取木板与物块1为系统一部分,第2 号物块到第n号物块为系统另一部分,则

      木板和物块1    △p =(M + m)v- m v

      2至n号物块    △p=(n-1)m?(v- v

由动量守恒定律: △p=△p

解得            v= v,                    3                 6分

(3)设第k号物块相对木板静止时的速度由v ,则第k号物块速度由k v减为v的过程中,序数在第k号物块后面的所有物块动量都减小m(k v- v),取木板与序号为1至K号以前的各物块为一部分,则 

△p=(M+km)v-(m v+m?2 v+…+mk v)=(n+k)m v-(k+1)m v

序号在第k以后的所有物块动量减少的总量为

     △p=(n-k)m(k v- v

由动量守恒得   △p=△p, 即

(n+k)m v-(k+1)m v= (n-k)m(k v- v),

解得        v=     

【答案】

11.【解析】(1)设地球质量为M0,在地球表面,有一质量为m的物体,

    设空间站质量为m′绕地球作匀速圆周运动时,

    联立解得,

  (2)因为探测器对喷射气体做功的功率恒为P,而单位时间内喷气质量为m,故在t时

    间内,据动能定理可求得喷出气体的速度为:

    另一方面探测器喷气过程中系统动量守恒,则:

    又探测器的动能,

    联立解得:

【答案】(1)         (2)

考点预测题

1.【解析】把A、B看成一个系统,弹簧弹力为内力,系统所受外力之和为零,故适用动量守恒定律,在烧断细绳前系统总动量为零,烧断细绳后,A、B的动量和也应为零.

0=PA’-PB’    PA’= PB

再根据,可得:                          

【答案】

2.【解析】因为冲理是矢量,两个力的冲量相同要大小相等,方向相同;现时力对物体做的功,主要看力和在力方向上的位移。所以选项D正确

【答案】D

3.【解析】设地面对运动员的作用力为F,则由动量定理得:(F-mg)Δt=FΔt=mv+mgΔt;运动员从下蹲状态到身体刚好伸直离开地面,地面对运动员做功为零,这是因为地面对人的作用力沿力的方向没有位移.所以正确答案是B

【答案】B

4.【解析】此题是连续介质的冲击作用的问题,不少考生对这题感到无从下手。解答的关键是选Δm作为研究对象(即所谓微元法),再运用动量定理列式。以1秒内下落的雨滴为研究对象,设圆柱形水杯的底成积为S,其质量为,根据动量定理,而,所以P=,故选项A正确。

【答案】A

5. 【解析】篮球从h1处下落的时间为t1,触地时速度大小为v1,弹起时速度大小为v2.

                 ①     

        ②    

球弹起的速度大小      ③  

球与地面作用时间        ④ 

球触地过程中取向上为正方向,根据动量定理有:

          ⑤   

即  ,代入数据得.

 根据牛顿第三定律,球对地面的平均作用力方向竖直向下,大小为39N.

【答案】大小为39N.

6.【解析】此题既可以用整体法求解,也可以用隔离法求解

方法1:隔离法,先 以a和船(包括b)为系统,取为正方向,设a向前跳入水中后,船速为,有:             ①

       再以b和船为系统,设b向后跳入水中后船速为,则

                            ②

解①②得,,方向与一致。

方法2:整体法,以a、b和船整体为研究系统,选择全过程为研究过程,有

       也解得

【答案】

7.【解析】此题由研究对象的不同选取,所以解法也多种多样

方法1:隔离法,取其中的部分的物体用动量守恒,令为正方向,   

以小船和大船投过的麻袋为系统

                    ①

以大船和小船投过的麻袋为系统

                 ②

解①②得, 1 m/s   9 m/s

方法2:整体法与隔离法,对所有船和麻袋整体,全过程用动量守恒

             ③

联立③和①②式中的任意一个可得同样结果

【答案】1 m/s   9 m/s

8.【解析】由自由落体的规律得……①

由于球与地之间发生弹性碰撞,所以小球原速反弹,球再与木棍发生碰撞,取竖直向上为动量的正方向,根据动量守恒定律得m1v1-m2v1=m2v2……②

B作竖直上抛运动m2v22/2=m2gh……③

整理得h=(m1-m2)2H/m22……④ 代入数据得h=4.05m>1.25m                  图19

【答案】h=4.05m

9.【解析】设为A从离开桌面至落

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