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专题16 动量能量在各类模型中的应用
目录
题型一 碰撞模型........................................................................................................................................................1
类型1 一动一静的弹性碰撞.............................................................................................................................1
类型2 弹性碰撞中的“子母球”模型.............................................................................................................6
题型二 非弹性碰撞中的“动能损失”问题..........................................................................................................13
类型1 非弹性小球碰撞中的动能损失...........................................................................................................13
类型2 滑块木板模型中的动能损失...............................................................................................................15
类型3 滑块-曲面模型中的动能损失问题......................................................................................................16
类型4 小球-弹簧模型中的动能损失问题......................................................................................................18
类型5 带电系统中动能的损失问题...............................................................................................................19
类型6 导体棒“追及”过程中的动能损失问题............................................................................................20
题型三 碰撞遵循的规律..........................................................................................................................................22
类型1 碰撞的可能性.......................................................................................................................................22
类型2 碰撞类型的识别...................................................................................................................................25
题型四 “滑块—弹簧”碰撞模型中的多过程问题..............................................................................................28
题型五 “滑块—斜(曲)面”碰撞模型...................................................................................................................39
题型六 滑块模型中的多过程..................................................................................................................................46
题型七 子弹打木块模型中的能量动量问题..........................................................................................................51
题型八 两体爆炸（类爆炸）模型中的能量分配..................................................................................................54
题型九 人船模型及其拓展模型的应用..................................................................................................................59
题型十 悬绳模型......................................................................................................................................................67
题型一 碰撞模型
类型1 一动一静的弹性碰撞
．
以质量为m、速度为v 的小球与质量为m 的静止小球发生弹性碰撞为例，则有
1 1 2
mv＝mv′＋mv′
1 1 1 1 2 2
mv2＝mv′2＋mv′2
1 1 1 1 2 2
联立解得：v′＝v，v′＝v
1 1 2 1
讨论：①若m＝m，则v′＝0，v′＝v(速度交换)；
1 2 1 2 1
②若m>m，则v′>0，v′>0(碰后两小球沿同一方向运动)；当m≫m 时，v′≈v，v′≈2v；
1 2 1 2 1 2 1 1 2 1
③若m0(碰后两小球沿相反方向运动)；当m≪m 时，v′≈－v，v′≈0.
1 2 1 2 1 2 1 1 2
【例1】（2023春·江西赣州·高三校联考阶段练习）弹玻璃球是小孩子最爱玩的游戏之一，
一次游戏中，有大小相同、但质量不同的A、B两玻璃球，质量分别为 、 ，且
，小朋友在水平面上将玻璃球A以一定的速度沿直线弹出，与玻璃球B发生正碰，
玻璃球B冲上斜面后返回水平面时与玻璃球A速度相等，不计一切摩擦和能量损失，则
、 之比为（ ）
A．1：2 B．1：3 C．1：4 D．1：5
【例2】（2023·四川达州·统考二模）如图所示，用不可伸长的轻绳将质量为 的小球悬
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学科网（北京）股份有限公司挂在O点，绳长 ，轻绳处于水平拉直状态。现将小球由静止释放，下摆至最低点
与静止在A点的小物块发生碰撞，碰后小球向左摆的最大高度 ，小物块沿水平地
面滑到B点停止运动。已知小物块质量为 ，小物块与水平地面间的动摩擦因数 ，
A点到B点的距离 ，重力加速度 ，则下列说法正确的是（ ）
A．小球与小物块质量之比 B．小球与小物块碰后小物块速率
C．小球与小物块碰撞是弹性碰撞 D．小球与小物块碰撞过程中有机械能损失
【例3】（2023·四川遂宁·统考三模）在一个水平桌面上固定一个内壁光滑的半径为R的管
形圆轨道，俯视如图所示，a、b、c、d为圆上两条直径的端点，且ac与bd相互垂直。在
内部放置A、B两个小球（球径略小于管径，管径远小于R），质量分别为 、 ，开始
时B球静止于a点，A球在其左侧以 的初速度向右与B球发生第一次碰撞且被反弹。已
知小球之间的碰撞均为对心弹性碰撞，第二次碰撞发生在b点。则下列说法中正确的是（
）
A．A、B两球的质量比为
B．若只增大A球的初速度 则第二次碰撞点可能在 之间某处
C．若只增大A球的质量 则第二次碰撞点可能仍在b处
D．若只增大A球的质量 则第一、二次碰撞时间间隔不可能大于
【例4】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，小球1从固定光滑斜面上某处由静止释放，
滑过光滑水平桌面后，落在水平地面上的N点。若在水平桌面的边缘处放置另一小球2，
再将小球1从斜面上同一位置由静止释放，使两小球发生弹性正碰，两小球在地面上的落
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学科网（北京）股份有限公司点分别为M、P点。已知小球1的质量为 ，小球2的质量为 ，且 ，O点为桌
面边缘在地面上的投影，不计转弯处的机械能损失，两小球均可视为质点。下列说法正确
的是（ ）
A．碰撞后小球1的落点为M点
B．碰撞后小球1的落点为P点
C．图中点间距离满足的关系为
D．图中点间距离满足的关系为
类型2 弹性碰撞中的“子母球”模型
m v ＋m v ＝m v ′＋m v ′
1 1 2 2 1 1 2 2
m v＋m v＝m v ′2＋m v ′2
1 2 1 1 2 2
v ′＝
1
v ′＝
2
【例1】（2022届云南省昆明市第一中学高三（上）第五次复习检测理综物理试题）如图
所示，将两个质量分别为m=60g、m=30g的小球A、B叠放在一起，中间留有小空隙，从
1 2
初始高度h=1.8m处由静止释放。A球与地面碰撞后立即以原速率反弹，A球与B球碰撞
0
的时间为0.01s，不计空气阻力，取向上为正方向，B球的速度时间图象如图乙所示，g取
10m/s2（ ）
A. B球与A球碰前的速度大小为6m/s
B. 两球碰撞过程中，B球的重力冲量与A对B球的冲量大小比值为1：101
C. A、B两球发生的是弹性碰撞
D. 若mv前 ，碰后原来在前的物体速度一定增
大，若碰后两物体同向运动，则应有v前 ′≥v后 ′.
②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向至少有一个改变．
2．物体A与静止的物体B发生碰撞，当发生完全非弹性碰撞时损失的机械能最多，物体B
的速度最小，v ＝v，当发生弹性碰撞时，物体B速度最大，v ＝v.则碰后物体B的速度范
B 0 B 0
围为：v≤v ≤v.
0 B 0
类型1 碰撞的可能性
【例1】（2023·全国·高三专题练习）在光滑水平面上，有两个小球A、B沿同一直线同向
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学科网（北京）股份有限公司运动，B在前，A在后。已知碰前两球的动量分别为pA＝12 kg·m/s、pB＝13 kg·m/s，碰撞
前后，它们动量的变化量分别为ΔpA、ΔpB。下列数值可能正确的是（ ）
A．ΔpA＝－4 kg·m/s、ΔpB＝4 kg·m/s B．ΔpA＝4 kg·m/s、ΔpB＝－4 kg·m/s
C．ΔpA＝－24 kg·m/s、ΔpB＝24 kg·m/s D．ΔpA＝24 kg·m/s、ΔpB＝－24 kg·m/s
【例2】（2023·高三课时练习）在光滑的水平面上，有a、b两个等大的小球，a的质量为
2m，b的质量为m，它们在同一直线上运动，t 时刻两球发生正碰，则下列关于两球碰撞前
0
后的速度-时间图像可能正确的是（ ）
A． B． C．
D．
【例3】（2023·甘肃兰州·高三西北师大附中期中）质量为m的小球A以速度 在光滑水平
面上运动，与质量为2m的静止小球B发生正碰，则碰撞后小球A的速度大小 和小球B
的速度大小 可能为（ ）
A． ， B． ，
C． ， D． ，
类型2 碰撞类型的识别
碰撞的分类
机械能是
动量是否守恒
否守恒
弹性碰撞 守恒 守恒
非弹性碰撞 守恒 有损失
完全非弹性碰撞 守恒 损失最大
【例1】（2023秋·江苏盐城·高三盐城市第一中学校联考阶段练习）质量为m和 m的两个
物体在光滑的水平面上正碰，碰撞时间不计，其位移—时间图像如图所示。
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学科网（北京）股份有限公司（1）碰撞后 和 的速度 、 ；
（2）若 ，则 等于多少；
（3）在第（1）（2）问基础上，通过计算判断两个物体的碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞？
【例2】．（2023春·辽宁鞍山·高三统考期中）某次训练中使用的冰壶A和冰壶B的质量
均为 ，初始时两冰壶之间的距离 ，运动员以 的初速度将冰壶A水
平掷出后，与静止的冰壶B碰撞，碰后冰壶A的速度大小变为 ，方向不变，碰
撞时间极短．已知两冰壶与冰面间的动摩擦因数均为 ，重力加速度 。
求：
（1）冰壶A与B碰撞碰撞前的速度大小 ；
（2）两冰壶碰撞后瞬间B的速度大小 ；
（3）计算碰撞前后系统的总动能，判断是否为弹性碰撞。
【例3】2022年第24届冬奥会在北京举行，其中冰壶比赛是冬奥会项目之一．在冰壶比赛
中，球员手持毛刷擦刷冰面，可以改变冰壶滑行时受到的阻力．如图(a)所示，蓝壶静止在
圆形区域内，运动员用等质量的红壶撞击蓝壶，两壶发生正碰．若碰撞前、后两壶的v－t
图像如图(b)所示．关于冰壶的运动，下列说法正确的是( )
A．碰撞后在冰面滑行的过程中，蓝壶受到的阻力比红壶的大
B．碰撞后，蓝壶运动的加速度大小为0.1 m/s2
C．碰撞后两壶相距的最远距离为1.1 m
D．两壶碰撞是弹性碰撞
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学科网（北京）股份有限公司题型四 “滑块—弹簧”碰撞模型中的多过程问题
1．模型图示
2．模型特点
(1)两个或两个以上的物体与弹簧相互作用的过程中，若系统所受外力的矢量和为零，则系
统动量守恒，类似弹性碰撞。
(2)在能量方面，由于弹簧形变会使弹性势能发生变化，系统的总动能将发生变化；若系统
所受的外力和除弹簧弹力以外的内力不做功，系统机械能守恒。
(3)弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等，弹性势能最大，系统动能通常最小(完全非
弹性碰撞拓展模型)。
(4)弹簧恢复原长时，弹性势能为零，系统动能最大(完全弹性碰撞拓展模型，相当于碰撞结
束时)。
【例1】（2023·安徽黄山·统考三模）如图所示，光滑水平面上质量为2M的物体A以速度
v向右匀速滑动，质量为M的B物体左端与轻质弹簧连接并静止在光滑水平面上，在物体
A与弹簧接触后，以下判断正确的是（ ）
A．在物体A与弹簧接触过程中，弹簧对A的弹力冲量大小为
B．在物体A与弹簧接触过程中，弹簧对B的弹力做功的功率一直增大
C．从A与弹簧接触到A、B相距最近的过程中，弹簧对A、B做功的代数和为0
D．从A与弹簧接触到A、B相距最近的过程中，最大弹性势能为
【例2】（2023·河北·高三学业考试）如图甲所示，物块A、B静止在光滑水平地面上，中
间用一轻质弹簧连接，初始时弹簧处于原长，给A一水平向右的瞬时速度 ，之后两物块
的速度随时间变化的图像如图乙所示，已知弹簧始终处于弹性限度内， 、 时刻弹簧的
弹性势能分别为 、 ，则下列说法正确的是（ ）
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学科网（北京）股份有限公司A．A、B的质量之比为
B． 时刻B的速度为
C． 时刻弹簧的弹性势能为
D． 时刻A、B的速率之比为
【例3】（2023·河北·统考模拟预测）如图所示，足够长光滑水平面上，一轻质弹簧左端与
质量为2m的B滑块相连，右端与质量为m的滑块A接触而不固连，弹簧处于原长，现给
A施加一瞬间冲量使其获得一个水平向左的初速度 ，经一段时间后滑块A与弹簧分离，
其间弹簧的最大弹性势能为 ，则下列说法正确的是（ ）
A．A与弹簧分离前任一时刻，A与B的动量之比为
B．若事先将B固定，弹簧的最大弹性势能为
C．两者分离后A、B的动能之比为
D．若事先在距B左侧很远处固定一刚性挡板，则最终B不可能追上A
【例4】．（2023·湖南郴州·统考三模）如图所示，质量为 的物块P与物块Q（质量未
知）之间拴接一轻弹簧，静止在光滑的水平地面上，弹簧恰好处于原长。现给P物体一瞬
时初速度，并把此时记为0时刻，规定向右为正方向，0~2t 内P、Q物块运动的 图像
0
如图所示，已知 时刻P、Q的加速度最大，其中 轴下方部分的面积大小为 ，则
（ ）
A．物体Q的质量为
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学科网（北京）股份有限公司B． 时刻Q物体的速度大小为
C． 时刻弹簧的弹性势能为
D． 时间内弹簧对P物体做功为零
【例5】（2023春·陕西咸阳·高三统考期中）如图所示，滑块A、B、C位于光滑水平面上，
已知A的质量 ，B的质量 。滑块B的左端连有轻质弹簧，弹簧开始
处于自由伸长状态。现使滑块以 速度水平向右运动，通过弹簧与静止的滑块B相
互作用（无机械能损失），直至分开未与C相撞．整个过程弹簧没有超过弹性限度，求：
（1）弹簧被压缩到最短时，B滑块的速度大小；
（2）弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能；
（3）从A与弹簧相互作用开始到A与弹簧分开，该过程中弹簧给滑块B的冲量；
（4）若弹簧被压缩到最短时，B与C恰好相碰并粘接在一起，然后继续运动。假设B和C
碰撞过程时间极短，求B、C粘在一起瞬间的速度大小及整个系统损失的机械能。
【例6】（2023·全国·高三专题练习）如图（a），一质量为m的物块A与轻质弹簧连接，
静止在光滑水平面上：物块B向A运动， 时与弹簧接触，到 时与弹簧分离，第
一次碰撞结束，A、B的 图像如图（b）所示。已知从 到 时间内，物块A运动
的距离为 。A、B分离后，A滑上粗糙斜面，然后滑下，与一直在水平面上运动的
B再次碰撞，之后A再次滑上斜面，达到的最高点与前一次相同。斜面倾角为
，与水平面光滑连接。碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内。求
（1）第一次碰撞过程中，弹簧弹性势能的最大值；
（2）第一次碰撞过程中，弹簧压缩量的最大值；
（3）物块A与斜面间的动摩擦因数。
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学科网（北京）股份有限公司题型五 “滑块—斜(曲)面”碰撞模型
1．模型图示
2．模型特点
(1)最高点：m 与m 具有共同水平速度v ，m 不会从此处或提前偏离轨道。系统水平方向
1 2 共 1
动量守恒，mv ＝(m ＋m)v ；系统机械能守恒，mv＝(m ＋m)v＋mgh，其中h为滑块上
1 0 2 1 共 1 2 1 1
升的最大高度，不一定等于圆弧轨道的高度(完全非弹性碰撞拓展模型)。
(2)最低点：m 与m 分离点。水平方向动量守恒，mv ＝mv ＋mv ；系统机械能守恒，mv
1 2 1 0 1 1 2 2 1
＝mv＋mv(完全弹性碰撞拓展模型)。
1 2
【例1】 如图所示，质量为4m的光滑物块a静止在光滑水平地面上，物块a左侧面为圆
弧面且与水平地面相切，质量为 m的滑块b以初速度v 向右运动滑上a，沿a左侧面上滑
0
一段距离后又返回，最后滑离a，不计一切摩擦，滑块b从滑上a到滑离a的过程中，下列
说法正确的是( )
A．滑块b沿a上升的最大高度为
B．物块a运动的最大速度为
C．滑块b沿a上升的最大高度为
D．物块a运动的最大速度为
【例2】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，在光滑足够长水平面上有半径R=0.8m的
光滑圆弧斜劈B，斜劈的质量是M=3kg，底端与水平面相切，左边有质量是m=1kg的小
球A以初速度v=4m/s从切点C（是圆弧的最低点）冲上斜劈，重力加速度g取10m/s2，下
0
列说法正确的是（ ）
A．小球A不能从斜劈顶端冲出
B．小球A能从斜劈顶端冲出后还会再落入斜劈
C．小球A冲上斜劈过程中经过最低点C时对斜劈的压力大小是30N
D．小球A从斜劈上返回最低点C时速度大小为2m/s，方向向左
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学科网（北京）股份有限公司【例3】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，光滑水平面上有一质量为 、半径为R
（R足够大）的 光滑圆弧曲面C，质量为M的小球B置于其底端，另一个小球A质量为
，小球A以 的速度向B运动，并与B发生弹性碰撞，不计一切摩擦，小球均
可视为质点，则（ ）
A．B的最大速率为 B．B运动到最高点时的速率为
C．B能与A再次发生碰撞 D．B不能与A再次发生碰撞
【例4】（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）如图所示，质量 的物
块C静置在光滑水平面上，其左侧为半径 的四分之一光滑圆弧，圆弧底端和水平
面平滑连接。一质量 的小物块A被压缩的轻质弹簧弹出后与静止在水平面上的物
块B发生正碰，此后两物块粘在一起运动。A、B均可视为质点，不计空气阻力。已知物
块B的质量为1.5kg，A、B碰撞后瞬间B的速度大小为6m/s，取 。求：
（1）最初弹簧上储存的弹性势能。
（2）A、B整体碰后能达到的最大高度。
（3）A、B整体第一次与C分离时C速度的大小。
（4）从A、B整体第一次与C分离瞬间至A、B整体第二次与C分离瞬间的过程，A、B
整体对C的冲量大小。
【例5】（2023·河北·模拟预测）如图所示，A、B、C的质量分别为 、 、
，轻弹簧的左端固定在挡板上，C为半径 的 圆轨道，静止在水平面上。
现用外力使小球A压缩弹簧（A与弹簧不连接），当弹簧的弹性势能为 时由静止
释放小球A，小球A与弹簧分离后与静止的小球B发生正碰，小球B到圆轨道底端的距离
足够长，经过一段时间小球滑上圆轨道，一切摩擦均可忽略，假设所有的碰撞均为弹性碰
撞，重力加速度取 。求：
（1）小球B能达到的最大高度；
（2）通过计算分析，小球B能否第二次进入圆轨道。
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学科网（北京）股份有限公司【例6】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，在水平面上依次放置小物块A以及曲面劈
B，其中A的质量为m=1kg，曲面劈B的质量M=3kg，曲面劈B的曲面下端与水平面相切，
且曲面劈B足够高，所有的摩擦均不考虑。现给A一个正对B曲面的初速度，使A冲上曲
面劈。若曲面劈B固定在地面上，则物块A能够达到的最大高度为H，随后物块A从曲面
1
劈B上滑离时的速度为v；若将曲面劈B自由放置在地面上，则物块A能够达到的最大高
1
度为H，随后物块A从曲面劈B上滑离时的速度为v。求：
2 2
（1）H 与H 的比值；
1 2
（2）v 与v 的比值。
1 2
题型六 滑块模型中的多过程
【例1】（2023·湖南株洲·统考三模）如图，一平板车静止在光滑水平地面上，小物块A和
B分别从车的最左端和最右端同时开始相向运动，两物块在平板车上发生碰撞，最终都与
平板车保持相对静止。已知平板车的质量 ，长度 ，A、B的质量均为
，A的初速度大小为 ，与平板车之间的动摩擦因数 ；B的初速
度大小为 ，与平板车之间的动摩擦因数 ，A、B均可视为质点，它们之间
的碰撞为弹性碰撞，重力加速度 取 ，求：
（1）整个过程中，A、B以及平板车组成的系统损失的机械能；
（2）A、B发生碰撞的位置与平板车最左端的距离；
（3）A、B与车保持相对静止时，A、B之间的距离。
【例2】（2023·江西南昌·校联考二模）如图所示，一质量为 的木板B静止于光滑水平
面上，物块A质量为 ，停在木板B的左端。质量为 的小球用长为 的轻绳悬
挂在固定点O上，将轻绳向左拉直至水平位置后，由静止释放小球，小球在最低点与物块
A发生弹性碰撞，碰后立即取走小球，物块A与小球均可视为质点，不计空气阻力，已知
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学科网（北京）股份有限公司物块A与木板B之间的动摩擦因数 ，重力加速度 。
（1）求碰撞过程中小球对物块A的冲量大小；
（2）若木板长度为 ，求物块A的最终速度大小。
【例3】（2023·湖北·华中师大一附中校联考模拟预测）如图所示，质量 的长木
板C静止在光滑的水平面上，长木板C右端与竖直固定挡板相距 ，左端放一个质量
的小物块B（可视为质点），与长木板C间的动摩擦因数为 。在小物块
B的正上方，用不可伸长、长度 的轻绳将质量 的小球A悬挂在固定点
O。初始时，将轻绳拉直并处于水平状态，使小球A与O点等高，由静止释放。当小球A
下摆至最低点时恰好与小物块B发生碰撞（碰撞时间极短），之后二者没有再发生碰撞。
已知A、B之间以及C与挡板之间的碰撞均为弹性碰撞，重力加速度取 。
（1）小球A与小物块B碰后瞬间，求小物块B的速度大小；
（2）为保证长木板C与竖直挡板碰撞时B、C能共速，求 应满足的条件；
（3）在（2）问的前提下，即与竖直挡板碰撞到B、C能共速，求长木板的最短长度。
题型七 子弹打木块模型中的能量动量问题
1．模型图示
2．模型特点
(1)子弹水平打进木块的过程中，系统的动量守恒．
(2)系统的机械能有损失．
3．两种情景
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学科网（北京）股份有限公司(1)子弹嵌入木块中，两者速度相等，机械能损失最多(完全非弹性碰撞)
动量守恒：mv＝(m＋M)v
0
能量守恒：Q＝F·s＝mv2－(M＋m)v2
f 0
(2)子弹穿透木块
动量守恒：mv＝mv＋Mv
0 1 2
能量守恒：Q＝F·d＝mv2－(Mv 2＋mv2)
f 0 2 1
【例1】(2022届云南省高三（下）第一次统测物理试题)如图所示，子弹以某一水平速度
击中静止在光滑水平面上的木块并留在其中。对子弹射入木块的过程，下列说法正确的是
（ ）
A. 木块对子弹的冲量等于子弹对木块的冲量
B. 因子弹受到阻力的作用，故子弹和木块组成的系统动量不守恒
C. 子弹和木块组成的系统损失的机械能等于子弹损失的动能减去子弹对木块所做的功
D. 子弹克服木块阻力做的功等于子弹的动能减少量和摩擦产生的热量之和
【例2】（2023春·河北·高三校联考阶段练习）如图所示，质量为 的木板静止在足够大
的光滑水平地面上，质量为 的滑块静止在木板的左端，质量为 的子弹以大小为 的初
速度射入滑块，子弹射入滑块后未穿出滑块，且滑块恰好未滑离木板。滑块与木板间的动
摩擦因数为 ，重力加速度大小为 ，子弹与滑块均视为质点，不计子弹射入滑块的时间。
求：
（1）木板的长度 ；
（2）滑块在木板上相对木板滑动的过程中系统克服摩擦力做功（产生热量）的平均功率 。
【例3】如图所示，在光滑的水平桌面上静止放置一个质量为980 g的长方形匀质木块，现
有一颗质量为20 g的子弹以大小为300 m/s的水平速度沿木块的中心轴线射向木块，最终
留在木块中没有射出，和木块一起以共同的速度运动．已知木块沿子弹运动方向的长度为
10 cm，子弹打进木块的深度为6 cm.设木块对子弹的阻力保持不变．
(1)求子弹和木块的共同速度以及它们在此过程中所产生的内能．
(2)若子弹是以大小为400 m/s的水平速度从同一方向水平射向该木块，则在射中木块后能
否射穿该木块？
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学科网（北京）股份有限公司题型八 两体爆炸（类爆炸）模型中的能量分配
爆炸现象的三个规律
爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力，所以在爆炸过程中，系统
动量守恒
的总动量守恒
在爆炸过程中，有其他形式的能量(如化学能)转化为机械能，所以系统的
动能增加
机械能增加
爆炸的时间极短，因而作用过程中物体产生的位移很小，可以认为爆炸后
位置不变
各部分仍然从爆炸前的位置以新的动量开始运动
【例1】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，光滑水平轨道MN左端与倾角θ = 37°的
足够长的斜面PM连接，右端与半径为R的 光滑圆弧轨道QN连接。质量分别为m= 2kg
1
和m= 3kg的滑块A、B之间夹有少量炸药，静止在MN上（滑块A、B均可视为质点，炸
2
药的质量忽略不计）。炸药引爆后释放的化学能E = 30J全部转化为两滑块的动能，之后
滑块B冲上圆弧轨道，滑块A冲上斜面PM，A与斜面间的动摩擦因数为μ = 0.5，g取
10m/s2，sin37° = 0.6，cos37° = 0.8。求：
（1）炸药引爆后A、B到达M、N点时的动能E 、E 各为多大；
A B
（2）已知B恰好能到达圆弧轨道的最高点Q，圆弧轨道的半径R是多大；
（3）A沿斜面上滑的最大距离x。
【例2】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，两块小木块A和B中间夹上轻弹簧用细线
扎在一起，放在光滑的水平台面上，烧断细线，弹簧将小木块A、B弹出，最后落到水平
地面上，根据图中的有关数据，可以判定下列说法中正确的是（弹簧原长远小于桌面长
度）（ ）
A．小木块A先落到地面上
B．两小木块质量之比
C．两小木块离开桌面时，动能之比
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学科网（北京）股份有限公司D．两小木块在空中飞行时所受的冲量大小之比
【例3】（2022·天津·模拟预测）两质量均为m的相同物块紧密相连，中间放有少量火药，
在足够长水平地面上以初速度 开始运动，物块与水平地面的动摩擦因数均为 ，重力加
速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量。当物块一起运动时间为 时，火药爆炸
将两物块炸开，有 的化学能转化为两物块的动能，且爆炸后两物块均沿水平方向
运动。爆炸时间极短。求：
（1）火药爆炸前瞬间两物块的速度大小；
（2）两物块炸开后均停止运动时两物块间的距离。
【例4】如图所示，光滑弧形滑块P锁定在光滑水平地面上，其弧形底端切线水平，小球
Q(视为质点)的质量为滑块P的质量的一半，小球Q从滑块P顶端由静止释放，Q离开P时
的动能为E .现解除锁定，仍让Q从滑块顶端由静止释放，Q离开P时的动能为E ，E 和
k1 k2 k1
E 的比值为( )
k2
A. B. C. D.
【例5】(2022·辽宁大连市中学高三月考)质量为3m的劈A，其右侧是光滑曲面，曲面下端
与光滑的水平面相切，如图所示，一质量为m的物块B位于劈A的曲面上，距水平面的高
度为h，物块从静止开始滑下，到达水平面上，跟右侧固定在墙壁上的弹簧发生作用后(作
用过程无机械能损失)，又滑上劈A，求物块B在劈A上能够达到的最大高度．
题型九 人船模型及其拓展模型的应用
人船模型
(1)模型图示
(2)模型特点
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学科网（北京）股份有限公司①两物体满足动量守恒定律：mv －Mv ＝0
人 船
②两物体的位移大小满足：m－M＝0，
x ＋x ＝L，
人 船
得x ＝L，x ＝L
人 船
(3)运动特点
①人动则船动，人静则船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；
②人船位移比等于它们质量的反比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即
＝＝.
【例1】（2023·河南郑州·统考模拟预测）如图所示，质量为M=2m的小木船静止在湖边附
近的水面上，船身垂直于湖岸，船面可看做水平面，并且比湖岸高出h。在船尾处有一质
量为m的铁块，将弹簧压缩后再用细线将铁块拴住，此时铁块到船头的距离为L，船头到
湖岸的水平距离 ，弹簧原长远小于L。将细线烧断后该铁块恰好能落到湖岸上，忽
略船在水中运动时受到水的阻力以及其它一切摩擦力，重力加速度为g。下列判断正确的
有（ ）
A．铁块脱离木船后在空中运动的水平距离为
B．铁块脱离木船时的瞬时速度大小为
C．小木船最终的速度大小为
D．弹簧释放的弹性势能为
【例2】（2023·全国·模拟预测）如图所示，半径为R、质量为2m的光滑半圆轨道小车静
止在光滑的水平地面上，将质量为m的小球（可视为质点）从A点正上方高为R处由静止
释放，由A点经过半圆轨道后从B冲出，重力加速度为g，则（ ）
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学科网（北京）股份有限公司A．小球进入半圆轨道后，由小球和小车组成的系统总动量守恒
B．小球离开小车后做斜上抛运动
C．小车向左运动的最大距离为
D．小车获得的最大速度为
【例3】（2023·河北承德·校联考三模）如图所示，质量为3kg的物块静置于足够大的光滑
水平地面上，光滑轨道的BC部分为半径为R的四分之一圆弧，CD部分水平。质量为1kg
的小球（可视为质点）从圆弧轨道顶端B正上方的A点由静止自由落下，与圆弧相切于B
点并从B点进入圆弧。已知AB=CD=R=0.3m，取重力加速度大小g=10m/s2，下列说法正确
的是（ ）
A．物块对小球不做功
B．物块的最大速度为1m/s
C．两者分离时物块移动了0.15m
D．物块对地面的最大压力为70N
【例4】.（2023·宁夏银川·银川一中校考二模）如图所示，质量均为 的木块A和
B，并排放在光滑水平面上，A上固定一竖直轻杆，轻杆上端的O点系一长为 的细
线，细线另一端系一质量为 的球C。现将C球拉起使细线水平伸直，并由静止释放C
球，重力加速度为 。从开始释放C到A、B两木块恰好分离的过程，下列说法正
确的是（ ）
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学科网（北京）股份有限公司A．两物块A和B分离时，A、B的速度大小均为
B．两物块A和B分离时，C的速度大小为
C．C球由静止释放到最低点的过程中，木块移动的距离为
D．C球由静止释放到最低点，A对B的弹力的冲量大小为
【例5】（2023春·云南昆明·高三昆明一中校考阶段练习）如图所示，质量为M、半径为R
的光滑半圆形曲面放置在光滑水平地面上，其直径AB水平。某时刻一质量为m的小球从
距曲面最左端A点的正上方高h处自由下落，不计空气阻力，重力加速度为g。求：
（1）小球第一次运动到最低点时速度的大小；
（2）半圆形曲面在水平面上的最大位移。
【例6】（2023·河南·校联考模拟预测）如图，质量为M的小车静止在光滑水平面上，小
车AB段是半径为R的四分之一光滑圆弧轨道，BC段是长为L的粗糙水平轨道，两段轨道
相切于B点。一质量为m的滑块从小车上的A点由静止开始沿轨道下滑，然后滑入BC轨
道，最后从C点滑出小车。已知滑块质量 ，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ，
重力加速度为g。
（1）若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力。
（2）若不固定小车，滑块仍从A点由静止下滑，求：
①滑块运动过程中，小车的最大速度大小 ；
②滑块从B到C运动过程中，小车的位移大小s。
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学科网（北京）股份有限公司题型十 悬绳模型
【例1】（2023·天津河西·统考二模）如图所示，质量M=0.2kg的滑块套在光滑的水平轨道
上，质量m=0.1kg的小球通过长L=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接，小球和轻
杆可在竖直平面内绕O轴自由转动，开始轻杆处于水平状态，现给小球一个竖直向上的初
速度 =4m/s，不计空气阻力，重力加速度g取 。
（1）若锁定滑块，求小球通过最高点P时对轻杆的作用力F的大小和方向；
（2）若解除对滑块的锁定，求从小球开始运动至到达最高点过程中，滑块移动的距离x；
（3）若解除对滑块的锁定，求小球运动至最高点时的速度v和此时滑块的速度v。
【例2】（2023·江苏徐州·高三期末）如图所示，质量为2m的滑块套在光滑水平杆上，质
量为m的小球与滑块由一根不可伸长的轻绳相连，轻绳的长为L，开始时，轻绳处于水平
拉直状态，小球和滑块均静止，现将小球由静止释放，重力加速度为g，求：
（1）滑块相对初始位置向右运动的最大位移x；
（2）小球运动到最低点时，轻绳对小球的拉力F；
（3）若小球第一次运动到最低点时，滑块与一个固定在水平杆上的弹性挡板（图中未画
出）发生碰撞，碰撞后滑块的速度大小不变，方向与碰撞前相反，小球在随后的运动中相
对最低点上升的最大高度h。
【例3】（2023·河南许昌·高三校联考阶段练习）如图所示，A、B两小车间夹有少量炸药，
并静置于足够大的光滑水平地面上，轻杆竖直固定在A上，长为L的轻绳一端系在轻杆的
顶端，另一端系有质量为m的小球（视为质点）。现将A锁定，将小球从图示位置（轻绳
水平伸直）由静止释放，小球通过最低点后继续向左摆动。已知A、B的质量均为 ，轻
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学科网（北京）股份有限公司杆与炸药的质量均不计，重力加速度大小为g。
（1）求小球通过最低点时轻绳对小球的拉力大小F；
（2）若将A解锁，仍将小球从图示位置由静止释放，求小球通过最低点时两车的速度大
小v；
（3）若将A解锁，仍将小球从图示位置由静止释放，当小球通过最低点时炸药爆炸，两
车瞬间分离，爆炸后瞬间A的速度大小为 、方向水平向左，求系统因炸药爆炸而增
加的机械能 及爆炸后A的最大速度 。
【例4】（2023·河北·模拟预测）某游乐场有个“投篮”活动项目，可简化为如下过程。光
滑的平直轨道上有一辆质量为 的小车，以 的速度匀速向右运动，小车下
方用较长的轻绳竖直悬挂着一个质量 的球筐，随小车一起运动。轨道下方有一个
投球点A，与球筐的竖直高度 ，在小车运动的竖直面内，某时刻一玩家将质量
的游戏球以与水平方向成 角的速度斜向上抛出，恰好水平击中并落入球筐中，
然后和球筐一起摆动，如图所示，重力加速度取 ，球筐和球均可视为质点，轨
道足够长，空气阻力不计，求：
（1）球筐摆动的最大高度；
（2）轨道上小车的最大速度。
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