2026年高考物理一轮复习精讲精练第35讲碰撞模型及拓展(讲义)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习精讲精练第35讲碰撞模型及拓展(讲义)(学生版+解析)，共9页。

考点一 碰撞模型
基础过关
1.碰撞
碰撞是指物体间的相互作用持续时间很短，而物体间相互作用力很大的现象。
2.特点
在碰撞现象中，一般都满足内力远大于外力，可认为相互碰撞的物体组成的系统动量守恒。
3.分类
4.“一动碰一静”弹性碰撞实例分析
以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生弹性碰撞为例，则有
m1v1＝m1v1'＋m2v2'
12m1v12＝12m1v1'2＋12m2v2'2
联立解得：v1'＝m1−m2m1＋m2v1，v2'＝2m1m1＋m2v1
讨论：
①若m1＝m2，则v1'＝0，v2'＝v1(速度交换)；
②若m1>m2，则v1'>0，v2'>0(碰后两小球沿同一方向运动)；当m1≫m2时，v1'≈v1，v2'≈2v1；
③若m10(碰后两小球沿相反方向运动)；当m1≪m2时，v1'≈-v1，v2'≈0。
【例1】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示，质量为的木板静置在光滑的水平面上，其右方水平面上固定竖直挡板，木板左端放有一质量为的物块。物块与木板间的动摩擦因数为。设木板足够长，物块始终在木板上。重力加速度为。
(1)若木板右端与挡板相距为，使物块以大小为的初速度沿木板向右运动，求木板第一次碰到挡板前瞬间速度的大小及相应的所满足的条件；
(2)若木板和物块以共同的速度向右运动，某时刻木板与挡板发生弹性碰撞且碰撞时间极短。求木板从第一次与挡板碰撞到再次碰撞过程中，物块在木板上相对滑动的时间与木板运动的时间之比。
【例2】（2025·甘肃白银·三模）如图所示，倾角为的斜面与水平面在点平滑连接，点左侧水平面粗糙，右侧水平面及斜面光滑。甲从斜面上处由静止滑下，与静止在处的乙相碰并互相推对方（作用时间极短）。甲恰能返回到斜面上中点处，乙恰好能运动到点处。已知、、三段长度均为，甲、乙（含滑板）的质量之比为，重力加速度为，空气阻力不计。求：
(1)甲与乙相碰前瞬间，甲的速度大小；
(2)乙（含滑板）在点左侧水平面上运动时所受水平面的阻力与其重力的比值（结果可保留根式）。
【例3】（2025·河南·模拟预测）如图所示，静置于光滑水平面上的轨道由长为的粗糙水平轨道和半径为、圆心角为的光滑圆弧轨道组成（、连接在一起），轨道质量为，上最右侧放置一个质量为的小物块，与之间的动摩擦因数为。质量为的小球通过长为的细线连接于固定点，某时刻将拉至右侧与等高处由静止释放（细线始终处于伸直状态），不计、碰撞的机械能损失，重力加速度取，已知，，物块视为质点。求：
(1)、相碰后的速度大小；
(2)到达连接处的速度大小；
(3)离开末端后还能上升的最大高度。
【例4】（2025·江西九江·三模）如图，用不可伸长的轻绳将小球a悬挂在O点，初始时，轻绳处于水平拉直状态，将小球a由静止释放，当小球a下摆至最低点时，恰好与静止在水平面上的物块b发生弹性碰撞，碰撞后b滑行的最大距离为L，已知b的质量是a的2倍，b与水平面间的动摩擦因数为μ，不计空气阻力，则（ ）
A．小球a下摆至最低点过程中重力做功的功率一直在增大
B．碰撞后瞬间小球a的速度大小为
C．轻绳的长度
D．小球a反弹的最大高度为
【例5】（2025·山东青岛·三模）物体间发生碰撞时，因材料不同，机械能损失程度不同，该性质可用碰撞后二者相对速度大小与碰撞前二者相对速度大小的比值e来描述，称之为恢复系数。现有运动的物块A与静止的物块B发生正碰，关于A、B间的碰撞，下列说法正确的是（ ）
A．若e=0，则碰撞后A、B均静止
B．若e=1，则碰撞后A、B交换速度
C．若e=1，则碰撞前后A、B总动能相等
D．若e=0.5，A、B质量相同，则A、B碰后速度大小之比为1：3
精讲考点
碰撞问题遵守的三条原则
1.动量守恒：p1＋p2＝p1'＋p2'。
2.动能不增加：Ek1＋Ek2≥Ek1'＋Ek2'。
3.速度要符合实际情况
(1)碰前两物体同向运动，若要发生碰撞，则应有v后>v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。
考点二 “滑块—弹簧”
基础过关
1．模型图示
2．两个规律
(1)动量守恒：两个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。
(2)机械能守恒：系统所受的外力为零或除弹簧弹力以外的内力不做功，系统机械能守恒。
3．两个状态
(1)弹簧最短(或最长)时两物体瞬时速度相等，弹性势能最大
①系统动量守恒：m1v0＝(m1＋m2)v共；
②系统机械能守恒：eq \f(1,2)m1veq \\al(2,0)＝eq \f(1,2)(m1＋m2)veq \\al(2,共)＋Epm。
(2)弹簧处于原长时弹性势能为零
①系统动量守恒：m1v0＝m1v1＋m2v2；
②系统机械能守恒：eq \f(1,2)m1veq \\al(2,0)＝eq \f(1,2)m1veq \\al(2,1)＋eq \f(1,2)m2veq \\al(2,2)。
【例6】（2025·陕西咸阳·模拟预测）如图所示，在光滑水平地面上，A、B、C三个物块质量均为m，A、B间用劲度系数大小为k的轻质弹簧连接，开始时弹簧处于原长，B、C接触不粘连。现给物块A一瞬时冲量，使其获得水平向右的初速度。在以后的运动中弹簧始终在弹性限度内，弹簧弹性势能的表达式为（x为弹簧相对原长的形变量）。求：
(1)物块C的最大加速度a及最大速度；
(2)弹簧第一次最大压缩量与第一次最大拉伸量之比；
(3)若其他条件不变，只改变物块C的质量，求物块C可能获得的最大动能。
【例7】（2025·湖南长沙·三模）光滑水平面有A、B两个物块，质量分别为2m和m，初始时用处于原长状态下的弹簧相连，现在给物块A一个水平向右的初速度。水平面右侧有一墙面，已知经过时间t，物块B第一次达到最大速度，且恰好到达墙壁处，在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．弹簧的最大弹性势能是B．物块B的最大速度是
C．初始时物块B离墙面的距离是D．初始时物块B离墙面的距离是
【例8】（2025·江苏盐城·二模）如图所示，为两根水平放置的光滑平行轨道，其上分别套有甲、乙小球z），小球之间连有一根轻弹簧，初始两球均静止，弹簧处于原长，现给甲球一个瞬间冲量，使其获得向右的初速度，则从开始运动到再次相距最近的过程中，两球的图像可能正确的（ ）
A．B．
C．D．
【例9】（2025·湖南娄底·二模）如图所示在光滑水平面上有两个小木块和，其质量，它们中间用一根轻弹簧相连。一颗水平飞行的子弹质量为，初速度为，在极短的时间内射穿两木块，子弹射穿木块后子弹的速度变为原来的，且子弹射穿木块损失的动能是射穿木块损失的动能的2倍，则（ ）
A．子弹射穿A 木块过程中系统损失的机械能为3975J
B．子弹打穿两个木块后的过程中弹簧最大的弹性势能为
C．弹簧再次恢复原长时的速度为
D．弹簧再次恢复原长时的速度为
【例10】（2025·辽宁·二模）如图所示，质量分别为1kg、2kg的小车A、B置于光滑水平面上，小车A右端与轻质弹簧连接。现使A、B两车分别以6m/s、2m/s沿同一直线，同向运动。从小车B与弹簧接触到与弹簧分离时，以下判断正确的是（ ）
A．弹簧对小车B做功的功率一直增大
B．弹簧对小车A冲量大小为
C．某一时刻小车A、B速度可能分别为－4m/s和7m/s
D．某一时刻小车A、B速度可能分别为2m/s和4m/s
考点三 “滑块—斜(曲)面”模型
基础过关
1．模型图示
2．两个规律
(1)水平方向动量守恒；
(2)系统机械能守恒。
3．两个状态
(1)上升到最大高度：滑块m与斜(曲)面M具有共同水平速度v共，此时滑块m的竖直速度vy ＝0。系统水平方向动量守恒，mv0＝(M＋m)v共；系统机械能守恒，eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)＝eq \f(1,2)(M＋m)veq \\al(2,共)＋mgh，其中h为滑块上升的最大高度，不一定等于轨道的高度(相当于完全非弹性碰撞，系统减少的动能转化为滑块m的重力势能)。
(2)返回最低点：滑块m与斜(曲)面M分离点。系统水平方向动量守恒，mv0＝mv1＋Mv2；系统机械能守恒，eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,1)＋eq \f(1,2)Mveq \\al(2,2)(相当于弹性碰撞)。
【例11】（2025·安徽·模拟预测）一个四分之一光滑圆弧形物块B静止在光滑的水平面上，圆弧的半径为R，一可视为质点的小物块A从物块B的底端以速度滑上圆弧，经过时间t恰好能滑上B的圆弧面顶端，已知滑块A的质量为m，重力加速度为g，则（ ）
A．物块A滑上圆弧面后，A、B组成的系统动量守恒
B．物块B的质量为m
C．物块A从底端到滑上圆弧面顶端的过程物块B的位移为
D．A和B分离时，B的速度大小为
【例12】（2025·湖北·三模）如图所示，轻弹簧的一端固定在竖直墙上，质量为M的光滑弧形槽静置在光滑水平面上，弧形槽底端与水平面相切，一个质量为m的小物块（可视为质点）从槽上高为h处由静止释放，已知弹簧始终处于弹性限度内，下列说法正确的是（ ）
A．小物块下滑过程中，物块和槽组成的系统动量守恒
B．小物块下滑过程中，槽对物块的支持力不做功
C．若，物块能再次滑上弧形槽
D．若物块再次滑上弧形槽，则物块能再次回到槽上的初始释放点
【例13】（2025·重庆·三模）如题图所示，质量为的小车置于光滑水平地面上，其右端固定一半径的四分之一圆弧轨道。质量为的滑块静止于小车的左端，现被水平飞来的质量、速度的子弹击中，且子弹立即留在滑块中，之后与C共同在小车上滑动，且从圆弧轨道的最高点离开小车。不计与之间的摩擦和空气阻力，重力加速度，则（ ）
A．子弹C击中滑块后瞬间，滑块的速度大小为
B．滑块第一次离开小车瞬间，滑块的速度大小为
C．滑块第二次离开小车瞬间，小车的速度大小为
D．滑块从第一次离开小车到再次返回小车的过程中，滑块的位移大小为
【例14】（2025·四川宜宾·三模）如图所示，长的长木板B放在光滑的水平地面上，其左端放有一可视为质点的小物块A，长木板B右侧与放置于地面的光滑圆弧槽C紧挨着但不粘连，长木板B的右端与圆弧轨道平滑连接。已知，，，小物块A与长木板B间的动摩擦因数。现给小物块A一水平向右的初速度，小物块A到达长木板B的右端后冲上圆弧轨道。重力加速度。求：
(1)小物块A刚滑离长木板B时，小物块A的速率；
(2)小物块A相对于圆弧槽C最低点上升的最大高度；
(3)圆弧槽C能达到的最大速率。
【例15】（2025·广东·模拟预测）如图甲，竖直挡板固定在光滑水平面上，质量为的光滑半圆形弯槽静止在水平面上并紧靠挡板，质量为的小球从半圆形弯槽左端静止释放，小球速度的水平分量和弯槽的速度与时间的关系如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．小球释放后，小球与弯槽系统动量守恒
B．时小球到达位置低于释放时的高度
C．由图可知大于
D．图中阴影面积
考点四 “滑块—摆球”模型
基础过关
1．模型图例
2．两个规律
(1)在水平方向系统动量守恒，但竖直方向动量不守恒。
(2)小球和滑块组成的系统机械能守恒。
3．两个状态
(1)小球和滑块共速时，小球运动到最高点。
(2)当小球再次回到最低点时，滑块速度最大，此过程类似于弹性碰撞，小球回到最低点时vM＝eq \f(2mv0,M＋m)，vm＝eq \f(m－M,M＋m)v0。
【例16】（2025·广东广州·三模）大型工厂的车间中有一种设备叫做天车如图甲所示，是运输材料的一种常用工具。此装置可以简化为如图乙所示的模型，足够长的光滑水平杆上套有一个滑块，滑块M正下方用不可伸长的轻绳悬挂一小球m。开始时两者均静止；给小球一水平向右的初速度v0后，小球恰好能摆至与滑块等高的位置，如图乙所示，之后小球再向下摆动，则（ ）
A．小球与滑块等高时，小球的速度为零
B．此过程中，小球与滑块组成的系统动量不守恒
C．小球与滑块等高时，滑块的速度达到最大值
D．小球向左摆到物块正下方时，其速度大小仍为v0
【例17】（2025·江苏·二模）如图所示，一质量为的物块穿在光滑水平杆上，一长度为的轻杆，一端固定着质量为的小球，另一端连接着固定在物块上的铰链。忽略铰链转动的摩擦，重力加速度为。
(1)将固定，对小球施加一水平向左的外力使杆与竖直方向的夹角为保持静止，求外力的大小；
(2)若物块在水平外力作用下向右加速，杆与竖直方向夹角始终为，求外力的大小；
(3)若开始时，小球位于铰链的正上方，系统处于静止状态，受到扰动后，杆开始转动，已知，，求从初始位置转到如图位置过程中，杆对小球所做的功。
【例18】（2025·山东聊城·二模）如图所示，光滑的水平面上有一质量的曲面滑板，滑板的上表面由长度的水平粗糙部分AB和半径的六分之一光滑圆弧BC组成，质量的滑块P与AB之间的动摩擦因数为，将P置于滑板上表面的A点。长度的细线水平伸直，一端固定于点，另一端系一质量的光滑小球Q。现将Q由静止释放，Q向下摆动到最低点并与P发生弹性对心碰撞。P、Q均可视为质点，与滑板始终在同一竖直平面内，运动过程中不计空气阻力，重力加速度的大小取，细线不可伸长。
(1)求Q与P碰撞后瞬间细线对Q拉力的大小；
(2)求P与Q碰后经多长时间P第一次到达滑板上的B处（计算结果可用根号表示）；
(3)碰后P能否从C点滑出？若能滑出，请计算出P离开C处后上升的最大高度；若不能滑出，请计算出P最终相对滑板静止时的位置。
【例19】（24-25高三上·重庆·阶段练习）某实验室有一研究摆动的装置，如图所示，质量为m的小球B通过不可伸长的轻绳与质量为2m的滑块A相连接，且滑块A穿套在光滑的轻杆之上可以左右自由滑动。现保持轻绳伸直并将小球B从与A等高处静止释放，已知AB在同一竖直面内，重力加速度为g，忽略空气阻力，则当小球B第一次摆至最低点时轻绳所受的拉力大小为（ ）
A．mgB．2mgC．3mgD．4mg
【例20】（2024·安徽·一模）如图所示，一个固定的光滑导轨长臂水平、短臂竖直；一根不可伸长的轻绳，一端系在质量为m的圆环上，另一端与质量为m的小球相连，圆环套在长臂上。左手扶住圆环，右手拿起小球将细线水平拉直，已知细线长度，此时圆环距离短臂，现将圆环与小球同时由静止释放，小球向下摆动，环与短臂碰后粘连（碰撞时间极短）。在小球向下摆动过程中，小球与环沿绳方向速度始终相等，重力加速度为。从释放小球到小球第一次到达最低点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．小球与环组成的系统机械能不守恒
B．小球与环组成的系统在水平方向上动量守恒
C．环的最大速度大小为
D．小球运动的最大速度大小为
核心考点
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc23435" 考点一 碰撞模型 PAGEREF _Tc23435 \h 1
\l "_Tc4040" 考点二 “滑块—弹簧” PAGEREF _Tc4040 \h 9
\l "_Tc15662" 考点三 “滑块—斜(曲)面”模型 PAGEREF _Tc15662 \h 16
\l "_Tc28121" 考点四 “滑块—摆球”模型 PAGEREF _Tc28121 \h 23
动量是否守恒
机械能是否守恒
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