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专题14 动量守恒定律及应用
[题型导航]
题型一 动量守恒定律的理解与基本应用...........................................................................................1
题型二 碰撞模型问题........................................................................................................................... 4
题型三 “人船”模型问题................................................................................................................... 8
题型四 动量和能量观点的综合应用...................................................................................................9
[考点分析]
题型一 动量守恒定律的理解与基本应用
1．内容
如果一个系统不受外力或者所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变，这就是动量守恒定律．
2．适用条件
(1)系统不受外力或所受外力的合力为零，不是系统内每个物体所受的合外力都为零，更不能认为系
统处于平衡状态．
(2)近似适用条件：系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力．
(3)如果系统在某一方向上所受外力的合力为零，则系统在该方向上动量守恒．
3．动量守恒定律的不同表达形式
(1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量
和．
(2)Δp1＝－Δp2，相互作用的两个物体动量的增量等大反向．
(3)Δp＝0，系统总动量的增量为零．
4．应用动量守恒定律解题的步骤
(1)明确研究对象，确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)；
(2)进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒)；
(3)规定正方向，确定初、末状态动量；
(4)由动量守恒定律列出方程；
1
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(5)代入数据，求出结果，必要时讨论说明．
[例题1]
如图，水平面上有一平板车，某人站在车上抡起锤子从与肩等高处挥下，打在车
的左端，打后车与锤相对静止。以人、锤子和平板车为系统（初始时系统静止），研究该次挥
下、打击过程，下列说法正确的是（ ）
A．若水平面光滑，在锤子挥下的过程中，平板车一定向右运动
B．若水平面光滑，打后平板车可能向右运动
C．若水平面粗糙，在锤子挥下的过程中，平板车一定向左运动
D．若水平面粗糙，打后平板车可能向右运动
[例题2]
如图所示，在足够大的光滑水平面上停放着装有光滑弧形槽的小车，弧形槽的底
端切线水平，一小球以大小为v0的水平速度从小车弧形槽的底端沿弧形槽上滑，恰好不从弧形
槽的顶端离开。小车与小球的质量分别为2m、m，以弧形槽底端所在的水平面为参考平面。
小球的最大重力势能为（ ）
A．1
3 mv0
2
B．1
4 mv0
2
C．1
5 mv0
2
D．1
6 mv0
2
[例题3]
如图所示，质量为0.1kg 的小圆环A 穿在光滑的水平直杆上。用长为L＝0.8m 的
细线拴着质量为0.2kg 的小球B，B 悬挂在A 下方并处于静止状态。t＝0 时刻，小圆环获得沿
杆向左的冲量0.6N•s，g 取10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A．小球B 做圆周运动
2
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B．小球B 第一次运动到A 的正下方时A 的速度最小
C．从小球B 开始运动到第一次回到A 的正下方的过程中，细线对A 先做负功再做正功
D．从小球B 开始运动到第一次回到的正下方的过程中，合力对B 的冲量为0.6N•s
[例题4]
如图所示，质量为2m 的小球A 与质量为m 的小球B 固定在轻杆两端，初始时刻
轻杆紧靠光滑墙壁，竖直立于光滑地板上，如图所示。突然发生微小的扰动使小球B 绕A 球在
垂直于墙壁的竖直平面内无初速度倒下，下落过程中，轻杆与竖直方向的夹角为α，直到B 球
第一次落地，以下说法正确的是（ ）
A．A 球不动，B 球做圆周运动
B．当cosα= 2
3
时，轻杆的弹力为零
C．当cosα＜2
3
时，A 球与B 球系统的动量守恒
D．当cosα＞2
3
时，轻杆的弹力为FN＝mg（3cosα﹣2）
[例题5]
（多选）如图所示，光滑水平面上有一小车，小车上有一物体，用一细线将物体
系于小车的A 端，物体与小车A 端之间有一压缩的弹簧，某时刻线断了，物体沿车滑动到B
端粘在B 端的油泥上.则下述说法中正确的是（ ）
A．若物体滑动中不受摩擦力，则全过程系统机械能守恒
B．若物体滑动中有摩擦力，则全过程系统动量守恒
C．小车的最终速度与断线前不同
D．全过程系统的机械能不守恒
3
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题型二 碰撞模型问题
1．碰撞
(1)概念：碰撞是指物体间的相互作用持续时间极短，而物体间相互作用力很大的现象．
(2)特点：在碰撞现象中，一般都满足内力≫外力，可认为相互碰撞的系统动量守恒．
(3)分类
动量是否守恒
机械能是否守恒
弹性碰撞
守恒
守恒
非完全弹性碰撞
守恒
有损失
完全非弹性碰撞
守恒
损失最大
2.碰撞后运动状态可能性判定
(1)动量制约：即碰撞过程中必须受到动量守恒定律的制约，总动量的方向恒定不变，即p1＋p2＝p1′
＋p2′.
(2)动能制约：即在碰撞过程中，碰撞双方的总动能不会增加，即Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′
(3)运动制约：即碰撞要受到运动的合理性要求的制约，如果碰前两物体同向运动，则后面物体速度
必须大于前面物体的速度，碰撞后原来在前面的物体速度必增大，且大于或等于原来在后面的物体
的速度，否则碰撞没有结束；如果碰前两物体是相向运动，而碰后两物体的运动方向不可能都不改
变，除非碰后两物体速度均为零．
[例题6]
2022 年北京冬奥会隋文静和韩聪在花样滑冰双人滑中为我国代表团赢得第9 枚金
牌。在某次训练中隋文静在前、韩聪在后一起做直线运动，当速度为v0时，韩聪用力向正前方
推隋文静，两人瞬间分离，分离瞬间隋文静速度为3
2
v0。已知隋文静和韩聪质量之比为2：3，
则两人分离瞬间韩聪的速度（ ）
A．大小为2
3
v0，方向与初始方向相同
B．大小为2
3
v0，方向与初始方向相反
C．大小为1
2
v0，方向与初始方向相同
D．大小为1
2
v0，方向与初始方向相反
[例题7]
如图所示，光滑水平地面上有质量均为m 的三个小物块A、B、C，其中B、C 通
过一轻质弹簧拴接，弹簧处于原长。现给A 一个向右的初速度v0，物块A 与物块B 发生碰撞
4
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后粘在一起继续运动，弹簧始终未超过弹性限度，则从物块A 开始运动到弹簧第一次被压缩到
最短的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．物块A，B，C 组成的系统动量守恒，机械能也守恒
B．物块A，B，C 以及弹簧组成的系统动量守恒，机械能也守恒
C．物块A，B，C 以及弹簧组成的系统动量守恒，机械能不守恒
D．物块A 动能的减少量等于物块B、C 动能增加量与弹簧弹性势能的增加量之和
[例题8]
如图甲所示，一光滑圆管轨道由相互连接的两个半圆轨道及一个四分之一圆轨道
组成，圆管轨道竖直固定（管内直径可以忽略），右侧底端与直轨道相切于M 点，直轨道粗
糙，圆管轨道的半径R＝0.2m。质量m1＝0.1kg 的物块A，自圆管左端开口的正上方高h＝
4.8m 处自由下落，沿切线落入圆管轨道，经过竖直圆管轨道后与M 点处静止的质量m2＝0.3kg
的物块B 发生碰撞（碰撞时间极短），碰后物块B 在直轨道上滑行过程的x﹣t 图像如图乙所
示。已知A、B 与直轨道间的动摩擦因数相同，A、B 均可视为质点，不计空气阻力，取g＝
10m/s2。则（ ）
A．最终A 静止的位置到M 点的距离为1m
B．A、B 碰后瞬间B 的速度大小为2m/s
C．A 滑过竖直圆管轨道P、Q 两点时受到管壁的弹力大小之差为6N
D．A、B 与直轨道间的动摩擦因数为0.15
[例题9]
第24 届冬季奥林匹克运动会于2022 年2 月20 日落下帷幕，冰壶运动是冬奥会比
赛项目之一。假设运动员用红壶撞击静止在水平冰面上的蓝壶，两壶发生正碰，不计碰撞时间，
碰撞前、后两壶的v﹣t 图像如图所示。已知两壶的质量均为20kg，则碰撞后蓝壶所受的阻力
大小为（ ）
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A．1.8N
B．2.0N
C．2.4N
D．3.2N
[例题10] 小宁在家玩弹力球，他将A、B 两个大小不同的弹力球从离水平地面h 高处由静
止同时释放，如图所示。释放时A、B 两球（可看成质点）相互接触且球心连线竖直，已知
mA＜mB，碰撞过程中均无机械能损失，地面到屋顶距离为2.7m。为保证A 球反弹后不与屋顶
相碰，则两弹力球释放时距离地面的最大高度为（ ）
A．0.3m
B．0.6m
C．0.9m
D．1.2m
[例题11] 如图，静置于水平地面的两辆购物车沿一直线排列，质量均为m，人在极短时间
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 时停止。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，碰撞时间很短，忽略空气阻力，求：
（1）两车碰后共同运动过程的最大速率；
（2）人给第一辆车水平冲量的大小；
（3）碰撞时系统损失的机械能ΔE 与整个运动过程中系统克服摩擦阻力做功Wf之比。
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[例题12] 如图所示，光滑曲线轨道BC 分别与竖直轨道AB、粗糙水平地面CD 平滑连接，
CD 右端与光滑半圆轨道DE 平滑连接，半圆轨道直径为2R。CD 长为l＝2R，竖直轨道的最高
点A 与地面高度差h＝2R。质量为m 的小滑块P 从A 点静止释放，之后在D 点与静止放置在
该处的小滑块Q 发生碰撞，碰撞过程机械能损失不计。已知小滑块Q 的质量也为m，物体Q
被撞后的瞬间对轨道的压力突然增大了2mg。已知重力加速度为g。
（1）求水平轨道的动摩擦因数μ；
（2）如果小滑块P 的质量变为km（k 为正数），如果要求小滑块Q 在半圆轨道DE 段运动过程
中没有脱离圆弧（设碰撞后P 立即拿走，不发生两次碰撞），求k 的取值范围；
（3）在第（2）问中，发现小滑块Q 经过E 点落到曲线轨道BC 上任意一点的动能均与落到C
点的动能相同，以D 点为坐标原点，向右为x 轴、向上为y 轴建立坐标系，求曲线轨道BC 在坐
标系中的方程（写成y＝f（x）的形式）。
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题型三 “人船”模型问题
1．应用动量守恒定律解题的步骤
(1)明确研究对象，确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)；
(2)进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒)；
(3)规定正方向，确定初、末状态动量；
(4)由动量守恒定律列出方程；
(5)代入数据，求出结果，必要时讨论说明．
[例题13] 如图所示，一个质量为M 木箱原来静止在光滑水平面上，木箱内粗糙的底板上
放着一个质量为m 的小木块．木箱和小木块都具有一定的质量．现使木箱获得一个向左的初速
度v0，则（ ）
A．小木块和木箱最终都将静止
B．木箱速度为零时，小木块速度为M v0
m+ M
C．最终小木块速度为M v0
m+ M
，方向向左
D．木箱和小木块系统机械能最终损失1
2
Mv0
2
[例题14] 平静的水面上停着一只小船，船头站立着一个人，人的质量为m＝50kg，船的质
量为M＝100kg，从某时刻起，人以v＝10m/s 的速度向船尾走去，走到船尾时他突然停止走动。
不计水对船的阻力，船长为L＝6m，则下列说法正确的是（ ）
A．人在船上走动过程中，船的速度为5m/s
B．人在船上走动过程中，船的位移是人的位移的2 倍
C．走动时人的动量大于小船的动量
D．人突然停止走动后，小船由于惯性的缘故还会继续运动
[例题15] 如图所示，质量M＝2kg 的滑块套在光滑的水平轨道上，质量m＝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v0＝4m/s，g 取10m/s2。则（
）
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A．若锁定滑块，小球通过最高点P 时对轻杆的作用力为4N
B．若解除对滑块的锁定，滑块和小球组成的系统动量守恒
C．若解除对滑块的锁定，小球通过最高点时速度为2m/s
D．若解除对滑块的锁定，小球击中滑块右侧轨道位置点与小球起始位置点间的距离为1
3
m
[例题16] 如图所示，载有物资的热气球静止于距水平地面H＝125m 的高处，现将质量为
m＝50kg 的物资以相对地面的速度v0＝5m/s 水平投出，已知投出物资前热气球的总质量为M
＝300kg，所受浮力不变，重力加速度10m/s2，不计阻力，以下判断不正确的是（ ）
A．投出物资后，物资下落过程中热气球和物资组成的系统动量守恒
B．投出物资后热气球与物资在水平方向上的速度大小之比始终是1：5
C．投出物资后，物资下落过程中热气球和物资组成的系统机械能增加
D．物资落地时物资与热气球的距离为5√661m
题型四 动量和能量观点的综合应用
[例题17] 两个质量分别为M1和M2的劈A 和B，高度相同，放在光滑水平面上。A 和B 的
倾斜面都是光滑曲面，曲面下端与水平面相切，如图所示。一质量为m 的物块位于劈A 的倾
斜面上，距水平面的高度为h。物块从静止开始滑下，然后又滑上劈B．求物块在B 上能够达
到的最大高度。
9
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[例题18] 如图所示，轻绳的两端分别系在圆环A 和小球B 上，圆环A 套在光滑的水平固
定直杆MN 上，A、B 静止不动时B 球恰好与光滑水平地面接触，C 球以V＝2m/s 的速度沿地
面向左匀速运动，当与B 球发生对心正碰后B、C 两球立即粘在一起共同向左运动，已知B、
C 小球的质量均为1kg，圆环A 的质量为2kg．试求B、C 粘在一起向左运动过程中上升的最大
高度（g 取10m/s2）．
[例题19] 如图所示，由于街道上的圆形污水井盖破损，临时更换了一个稍大于井口的红色
圆形平板塑料盖。为了测试因塑料盖意外移动致使盖上的物块滑落入污水井中的可能性，有人
做了一个实验：将一个可视为质点、质量为m 的硬橡胶块置于塑料盖的圆心处，给塑料盖一个
沿径向的水平向右的初速度v0，实验的结果是硬橡胶块恰好与塑料盖分离。设硬橡胶块与塑料
盖间的动摩擦因数为μ，塑料盖的质量为2m、半径为R，假设塑料盖与地面之间的摩擦可忽略，
且不计塑料盖的厚度。
（1）求硬橡胶块与塑料盖刚好分离时的速度大小为多少？
（2）通过计算说明实验中的硬橡胶块是落入井内还是落在地面上。
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[例题20] 如图，质量分别为mA、mB的两个弹性小球A、B 静止在地面上方，B 球距地面
的高度h＝0.8m，A 球在B 球的正上方，先将B 球释放，经过一段时间后再将A 球释放，当A
球下落t＝0.3s 时，刚好与B 球在地面上方的P 点相碰，碰撞时间极短，碰后瞬间A 球的速度
恰为零。已知mB＝3mA，重力加速度大小g＝10m/s2，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失，求：
（i）B 球第一次到达地面时的速度；
（ii）P 点距离地面的高度。
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