【步步高】2022高考物理大一轮复习 13.1 碰撞与动量守恒 实验：验证动量守恒定律.docx

1、13.1碰撞与动量守恒 实验：验证动量守恒定律图12111如图1211所示，一辆小车静止在光滑水平面上，A、B两人分别站在车的两端当两人同时相向运动时 ()A若小车不动，两人速率一定相等B若小车向左运动，A的动量一定比B的小C若小车向左运动，A的动量一定比B的大D若小车向右运动，A的动量一定比B的大解析根据动量守恒可知，若小车不动，两人的动量大小一定相等，因不知两人的质量，故选项A是错误的若小车向左运动，A的动量一定比B的大，故选项B是错误的、选项C是正确的若小车向右运动，A的动量一定比B的小，故选项D是错误的答案C2在2022年温哥华冬奥会上，首次参赛的中国女子冰壶队喜获铜牌，如右图为中国队

2、员投掷冰壶的镜头在某次投掷中，冰壶运动一段时间后以0.4 m/s的速度与对方的静止冰壶发生正碰，碰后对方的冰壶以0.3 m/s的速度向前滑行若两冰壶质量相等，规定向前运动的方向为正方向，则碰后中国队冰壶获得的速度为()A0.1 m/s B0.1 m/sC0.7 m/s D0.7 m/s解析设冰壶质量为m，碰后中国队冰壶速度为vx，由动量守恒定律得mv0mvmvx解得vx0.1 m/s，故选项A正确答案A图12124质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为m的小物块，小物块与箱子底板间的动摩擦因数为.初始时小物块停在箱子正中间，如图1212所示现给小物块一水平向右的初

3、速度v，小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间，并与箱子保持相对静止设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为 ()A.mv2 B.v2C.NmgL DNmgL解析由于水平面光滑，一方面，箱子和物块组成的系统动量守恒，二者经多次碰撞后，保持相对静止，易判断二者具有向右的共同速度v，根据动量守恒定律有mv(Mm)v，系统损失的动能为Ekmv2(Mm)v2知B正确，另一方面，系统损失的动能可由QEk，且Qmgs相对，由于小物块从中间向右出发，最终又回到箱子正中间，其间共发生N次碰撞，则S相对NL，则D选项也正确答案BD图12134如图1213所示，光滑水平直轨道上有三个滑块A、B、C，质量

4、分别为mAmC2m，mBm，A、B用细绳连接，中间有一压缩的轻弹簧(弹簧与滑块不拴接)开始时A、B以共同速度v0运动，C静止某时刻细绳突然断开，A、B被弹开，然后B又与C发生碰撞并粘在一起，最终三滑块速度恰好相同求B与C碰撞前B的速度解析设共同速度为v，球A与B分开后，B的速度为vB，由动量守恒定律(mAmB)v0mAvmBvBmBvB(mBmC)v联立式，得B与C碰撞前B的速度vBv0.答案v0图12145如图1214所示，质量为M、长为L的长木板放在光滑水平面上，一个质量也为M的物块(视为质点)以一定的初速度从左端冲上木板，如果长木板是固定的，物块恰好停在木板的右端，如果长木板不固定，则物

5、块冲上木板后在木板上最多能滑行的距离为()AL B. C. D.解析固定时，由动能定理得：MgLMv02，后来木板不固定有Mv02Mv，MgsMv022Mv2，故得s.D项正确，A、B、C项错误答案D6如图1215所示，轻质弹簧的一端固定在墙上，另一端与质量为m的物体A相连，A放在光滑水平面上，有一质量与A相同的物体B，从高h处由静止开始沿光滑曲面滑下，与A相碰后一起将弹簧压缩，弹簧复原过程中某时刻B与A分开且沿原曲面上升下列说法正确的是()图1215A弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为mghB弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为CB能达到的最大高度为DB能达到的最大高度为解析根据机械能守恒定律

6、可得B刚到达水平地面的速度v0，根据动量守恒定律可得A与B碰撞后的速度为vv0，所以弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为Epm2mv2mgh，即B正确；当弹簧再次恢复原长时，A与B将分开，B以v的速度沿斜面上滑，根据机械能守恒定律可得mghmv2，B能达到的最大高度为h/4，即D正确答案BD图12167如图1216所示，质量分别为1 kg、3 kg的滑块A、B位于光滑水平面上，现使滑块A以4 m/s的速度向右运动，与左侧连有轻弹簧的滑块B发生碰撞求二者在发生碰撞的过程中(1)弹簧的最大弹性势能；(2)滑块B的最大速度解析(1)当弹簧压缩最短时，弹簧的弹性势能最大，此时滑块A、B共速由动量守恒定律

7、得mAv0(mAmB)v解得v m/s1 m/s弹簧的最大弹性势能即滑块A、B损失的动能EpmmAv02(mAmB)v26 J.(2)当弹簧恢复原长时，滑块B获得最大速度，由动量守恒和能量守恒得mAv0mAvAmBvmmAv02mBvm2mAvA2解得vm2 m/s.答案(1)6 J(2)2 m/s图12178.如图1217所示，光滑水平桌面上有长L2 m的挡板C，质量mC5 kg，在其正中央并排放着两个小滑块A和B，mA1 kg，mB3 kg，开始时三个物体都静止在A、B间放有少量塑胶炸药，爆炸后A以6 m/s速度水平向左运动，A、B中任意一块与挡板C碰撞后，都粘在一起，不计摩擦和碰撞时间，

8、求：(1)当两滑块A、B都与挡板C碰撞后，C的速度是多大；(2)A、C碰撞过程中损失的机械能解析(1)A、B、C系统动量守恒0(mAmBmC)vCvC0.(2)炸药爆炸时A、B系统动量守恒mAvAmBvB解得：vB2 m/sA、C碰撞前后系统动量守恒mAvA(mAmC)vv1 m/sEmAvA2(mAmC)v215 J.答案(1)0(2)15 J9一个物体静置于光滑水平面上，外面扣一质量为M的盒子，如图1218甲所示现给盒子一初速度v0，此后盒子运动的vt图像呈周期性变化，如图1218乙所示请据此求盒内物体的质量图1218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Mv

9、0mv 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Mv02mv2联立解得mM.答案M图121910如1219所示，A、B、C三个木块的质量均为m，置于光滑的水平桌面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展，以至于B、C可视为一个整体现A以初速v0沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并粘合在一起以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A、B分离已知C离开弹簧后的速度恰为v0.求弹簧释放的势能解析设碰后A、B和C的共同速度的大小为v，由动量守恒得3mvmv0设C离开弹簧时，A、B的速度大小为v1，由动

10、量守恒得3mv2mv1mv0设弹簧的弹性势能为Ep，从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒，有(3m)v2Ep(2m)v12mv02由式得弹簧所释放的势能为Epmv02.答案mv0211某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验气垫导轨装置如图12110(a)所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差图12110(1)实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通

11、入压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图1132(b)所示；测得滑块1的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g完善实验步骤的内容(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为_ kgm/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为_ kgm/s(保留三位有效数字)(3)试说

12、明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_.解析(1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块(2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p0m1v0.v0 m/s2 m/s，p00.312 kgm/s0.620 kgm/s.作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v m/s1.2 m/s，p(m1m2)v(0.3100.205)1.2 kgm/s0.618 kgm/s.(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦答案(1)接通打点计时器的电源放开滑块(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦图1211112如图12111所示，圆管构成的

13、半圆形轨道竖直固定在水平地面上，轨道半径为R，MN为直径且与水平面垂直直径略小于圆管内径的小球A以某一速度冲进轨道，到达半圆轨道最高点M时与静止于该处的质量与A相同的小球B发生碰撞，碰后两球粘在一起飞出轨道，落地点距N为2R.重力加速度为g，忽略圆管内径，空气阻力及各处摩擦均不计，求：(1)粘合后的两球从飞出轨道到落地的时间t；(2)小球A冲进轨道时速度v的大小解析(1)粘合后的两球飞出轨道后做平抛运动，竖直方向的分运动为自由落体运动，有2Rgt2解得t2 (2)设球A的质量为m，碰撞前速度大小为v1，把球A冲进轨道最低点时的重力势能定为0，由机械能守恒定律得mv2mv122mgR设碰撞后粘合在一起的两球速度大小为v2，由动量守恒定律得mv12mv2飞出轨道后做平抛运动，水平方向的分运动为匀速直线运动，有2Rv2t综合式得v2答案(1)2 (2)2