专题10 碰撞与类碰撞模型---备战2024年高考物理模型与方法（新课标）

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目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc21599" 【模型一】弹性碰撞模型 PAGEREF _Tc21599 \h 1
\l "_Tc24735" 【模型二】非弹性碰撞、完全非弹性碰撞模型 PAGEREF _Tc24735 \h 15
\l "_Tc648" 【模型三】碰撞模型三原则 PAGEREF _Tc648 \h 23
\l "_Tc30908" 【模型四】 小球—曲面模型 PAGEREF _Tc30908 \h 27
\l "_Tc12933" 【模型五】 小球—弹簧模型 PAGEREF _Tc12933 \h 37
\l "_Tc24428" 【模型六】 子弹打木块模型 PAGEREF _Tc24428 \h 48
\l "_Tc31652" 【模型七】 滑块木板模型 PAGEREF _Tc31652 \h 57
【模型一】弹性碰撞模型
1． 弹性碰撞
v1
v2
v1ˊ
v2ˊ
m1
m2
发生弹性碰撞的两个物体碰撞前后动量守恒，动能守恒，若两物体质量分别为m1和m2，碰前速度为v1，v2，碰后速度分别为v1ˊ，v2ˊ，则有：
m1v1+m2v2=m1v1ˊ+m2v2ˊ (1)
m1v12+m2v22=m1v1ˊ2+m2v2ˊ 2 (2)
联立（1）、（2）解得：
v1ˊ=，v2ˊ=.
特殊情况： 若m1=m2 ，v1ˊ= v2 ，v2ˊ= v1 .
2． “动静相碰型”弹性碰撞的结论
两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒。以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例，则有
m1v1＝m1v1′＋m2v2′
eq \f(1,2)m1veq \\al(2,1)＝eq \f(1,2)m1v1′2＋eq \f(1,2)m2v2′2
解得：v1′＝eq \f(（m1－m2）v1,m1＋m2)，v2′＝eq \f(2m1v1,m1＋m2)
结论：(1)当m1＝m2时，v1′＝0，v2′＝v1(质量相等，速度交换)
(2)当m1＞m2时，v1′＞0，v2′＞0，且v2′＞v1′(大碰小，一起跑)
(3)当m1＜m2时，v1′＜0，v2′＞0(小碰大，要反弹)
(4)当m1≫m2时，v1′＝v0，v2′＝2v1(极大碰极小，大不变，小加倍)
(5)当m1≪m2时，v1′＝－v1，v2′＝0(极小碰极大，小等速率反弹，大不变)
【模型演练1】.（2023·全国·高三专题练习）如图所示，用不可伸长的轻绳将质量为的小球悬挂在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
【模型演练2】（2023·湖南常德·高三常德市一中校考阶段练习）如图为“子母球”表演的示意图，弹性小球A和B叠放在一起，从距地面高度为h处自由落下，h远大于两小球直径，小球B的质量是A质量的3倍。假设所有的碰撞都是弹性碰撞，且都发生在竖直方向，不考虑空气阻力，则下列判断中错误的是（ ）
A．下落过程中两个小球之间没有相互作用力
B．A与B第一次碰后小球B的速度为零
C．A与B第一次碰后小球A弹起的最大高度是2h
D．A与B第一次碰后小球A弹起的最大高度是4h
【模型演练3】（2023·天津·模拟预测）保龄球运动既可以锻炼身体，又可以缓解心理压力，而且老少咸宜，广受大众的喜爱。某同学设想了如下过程来模拟一次保龄球的投掷、运行、撞击的训练过程．如图所示，将一质量为的保龄球从A点开始由静止向前掷出，球沿曲线运动，脱手后，在B点以的速度切入水平球道。球做直线运动经时间后在C点与质量为的球瓶发生正碰。已知在A点时保龄球的下沿距离球道表面的高度为，保龄球在球道上运动时受到的阻力恒为重力的倍，g取，忽略空气阻力，忽略保龄球的滚动，球与球瓶的碰撞时间极短，碰撞中没有能量损失，球与球瓶均可看成质点。求：
（1）运动员在掷球过程中对保龄球做的功；
（2）在撞上球瓶前的瞬间，保龄球的速度的大小；
（3）碰撞后，球瓶的速度的大小。
【模型演练4】．（2023春·北京海淀·高三统考阶段练习）质量为m1的A球从高度为H处由静止开始沿曲面下滑，与静止在水平面上质量为m2的B球发生正碰，两球大小相同，碰撞时间极短，碰撞过程中没有动能损失。不计一切摩擦，重力加速度为g。
（1）根据动能定理和重力做功与重力势能的关系，证明A球沿曲面下滑过程机械能守恒；
（2）两球发生第一次碰撞后各自的速度大小vA、vB；
（3）为了能发生第二次碰撞，两球质量m1、m2间应满足什么条件？
【模型演练5】．（2023·全国·高三专题练习）如图所示，半径为的光滑半圆弧轨道固定在竖直面内，水平面与圆弧轨道最低点A相切，AB垂直水平面。质量为的物块a放在水平面上的P点，质量为的物块b放在水平面上的Q点，，，C为PQ的中点，给物块b一个水平向右的恒定推力，当物块通过C点后的某位置撤去恒力，此后物块b与a发生弹性碰撞，a进入圆弧轨道后从B点飞出，恰好落在Q点，两物块大小不计，与水平面间的动摩擦因数为0.5，重力加速度取，求（结果可带分式或根号）：
（1）b与a碰撞后一瞬间，物块a的速度大小；
（2）作用在物块b上推力的大小范围。
【模型演练6】．（2023·四川·模拟预测）如图，竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切，小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放，A与B发生弹性碰撞。已知A的质量mA=2kg，B的质量mB=1kg，圆弧轨道的半径R=0.8m，圆弧轨道光滑，A和B与桌面之间的动摩擦因数均为μ=0.4，取重力加速度g=10m/s2。求：
（1） A滑到圆弧轨道正中间位置时对轨道的压力大小；
（2）碰撞后瞬间A和B的速度大小；
（3）最终A和B静止时的距离L。
【模型演练7】．（2023·黑龙江大庆·高三铁人中学阶段练习）如图所示，一足够长的光滑斜面固定在水平地面上，斜面倾角为，斜面底端固定一垂直于斜面的挡板P，将小物块A、B（可视为质点）从斜面上距离挡板P为和（）的位置同时由静止释放，已知小物块A、B的质量分别为m、2m，重力加速度大小为g，所有碰撞均为弹性碰撞，忽略碰撞时间和空气阻力。求：
（1）B第一次与挡板碰撞时A的速度大小；
（2）B在第一次上升过程中就能与A相碰，求的取值范围；
（3）在（2）情形下，要使A第一次碰后能到达比其释放点更高的位置，求应满足的条件。
【模型演练8】．（2023·山西晋城·高三晋城市第一中学校校考阶段练习）如图所示，可视为质点的小球A、B在同一竖直线上间距，小球B距地面的高度，两小球在外力的作用下处于静止状态。现同时由静止释放小球A、B，小球B与地面发生碰撞后反弹，之后小球A与B发生碰撞。已知小球A的质量，小球B的质量，重力加速度，所有的碰撞均无机械能损失，不计碰撞时间。求：
（1）从释放小球A、B到两球第一次相撞所经过的时间；
（2）小球A第一次上升到最大高度时到地面的距离。
【模型演练9】．（2023·辽宁丹东·高三东港市第一中学阶段练习）如图所示，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=1.8 m，A球在B球的正上方，距地面的高度H=4.2 m。同时将两球释放，经过一段时间后两球发生第一次弹性正撞。所有碰撞时间忽略不计，已知mB=3mA，重力加速度g=10 m/s2，忽略空气阻力和球的大小及所有碰撞中的动能损失。求：
（1）第一次碰撞点距地面的高度；
（2）第一次碰后A球上升的最大距离。
【模型二】非弹性碰撞、完全非弹性碰撞模型
1.非弹性碰撞
介于弹性碰撞和完全非弹性碰撞之间的碰撞。动量守恒，碰撞系统动能损失。
根据动量守恒定律可得：m1v1+m2v2=m1v1ˊ+m2v2ˊ (1)
损失动能ΔEk，根据机械能守恒定律可得： ½m1v12+ ½ m2v22=m1v1ˊ2+m2v2ˊ 2 + ΔEk. (2)
2． 完全非弹性碰撞
v1
v2
v共
m1
m2
碰后物体的速度相同， 根据动量守恒定律可得：
m1v1+m2v2=(m1+m2)v共 （1）
完全非弹性碰撞系统损失的动能最多，损失动能：
ΔEk= ½m1v12+ ½ m2v22- ½(m1+m2)v共2. （2）
联立（1）、（2）解得：v共 =；ΔEk=
【模型演练1】(2020·全国三卷15题)甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为( )
A．3 J B．4 J
C．5 J D．6 J
【模型演练2】（2023·新疆乌鲁木齐·统考三模）一般情况下，竖直下落的球形雨滴其收尾速度与雨滴的半径成正比。某下雨天，无风时，半径分别为、的球形雨滴在同一竖直线上匀速下落，下落过程中两雨滴迅速融合为一雨滴。已知半径为的雨滴匀速下落时的速度大小为v，动能为，设两雨滴刚融合为一雨滴时的速度大小为，两雨滴融合过程中损失的动能为，则（ ）
A．B．C．D．
【模型演练3】（2023·江苏南京·高三金陵中学阶段练习）a、b两个物体以相同的动能E沿光滑水平面上的同一条直线相向运动，a物体质量是b物体质量的4倍。它们发生碰撞过程中，a、b两个物体组成的系统的动能损失不可能是（ ）
A．1.85EB．1.65EC．1.25ED．0
【模型演练4】．（2023·黑龙江哈尔滨·高三哈尔滨市第十三中学校阶段练习）冰壶比赛是2022年北京冬奥会的比赛项目。蓝壶（实心圆）以动能碰撞静止的红壶（与蓝壶材料相同，质量相等）（空心圆），某兴趣小组将碰撞前后两壶的位置标记如图所示，A、B分别为碰前瞬间蓝壶、红壶所在位置，C、D分别为碰撞后蓝壶、红壶停止的位置。则由图可得碰撞过程中损失的动能约为（ ）
A．0B．C．D．
【模型演练5】（2023·全国·高三专题练习）如图所示，在距水平地面高h=0. 80m的水平桌面右端的边缘放置一个质量m=1.60kg的木块B，桌面的左端有一质量M=2.0kg的木块A，以v0=4.0m/s的初速度向木块B滑动，经过时间t=0.80s与B发生碰撞，碰后两木块都落到水平地面上，木块B离开桌面后落到水平地面上的D点。设两木块均可以看作质点，它们的碰撞时间极短，且D点到桌面边缘的水平距离x=0.60m，木块A与桌面间的动摩擦因数μ=0.25，重力加速度g取10m/s2，求：
（1）两木块碰撞前瞬间木块A的速度大小vA；
（2）木块B离开桌面时的速度大小vB；
（3）碰撞过程中损失的机械能ΔE。
【模型演练6】．（2023·天津宁河·天津市宁河区芦台第一中学校考模拟预测）如图所示，动摩擦因数为μ的粗糙的水平轨道AC右端与一光滑竖直半圆轨道相连，半圆轨道半径为R，半圆轨道最低点为C，最高点为D。在半圆轨道最低点放置小物块N，在水平轨道左端A点放置小物块M，两物块的质量均为m，AC间距离为L。现对物块M施加水平外力使其向右运动，拉力的功率恒为P，拉力作用一段时间撤掉（此时物块还没到C点），M、N两物块碰撞后合为一个整体，沿圆弧运动到D点时对轨道的压力恰好等于整体重力。M、N都视为质点。重力加速度为g，求：
（1）两物块碰撞前后损失的机械能。
（2）拉力作用的时间t。

【模型演练7】（2023·广东茂名·统考模拟预测）在交通事故现场勘查中，刹车痕迹是事故责任认定的一项重要依据。在平直的公路上，一辆汽车正以108km/h的速度匀速行驶，司机突然发现正前方不远处一辆货车正以36km/h的速度匀速行驶，汽车司机立即刹车以8的加速度做匀减速运动，结果还是撞上了货车，撞后瞬间两车速度相等。撞后汽车立即以7.5的加速度做减速运动直至停下来，汽车从开始刹车到最终停止运动，整个过程在地上留下的刹车痕迹长46.25m；撞后货车也立即以2.5的加速度向前减速运动，滑行45m后停下。已知货车质量为1.6t，两车碰撞时间极短可忽略不计，求：
（1）碰撞后瞬间货车的速度大小；
（2）汽车的司机发现货车时，两车之间的距离；
（3）两车碰撞过程中损失的机械能。
【模型三】碰撞模型三原则
(1)动量守恒：即p1＋p2＝p1′＋p2′.
(2)动能不增加：即Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′或eq \f(p\\al( 2,1),2m1)＋eq \f(p\\al( 2,2),2m2)≥eq \f(p1′2,2m1)＋eq \f(p2′2,2m2).
(3)速度要合理
①若碰前两物体同向运动，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不可能都不改变。
【其它方法①】临界法
弹性碰撞没有动能损失，完全非弹性碰撞动能损失最多，计算出这两种情况下的临界速度，那么其他碰撞应该介于二者之间。
【模型演练1】（2023·河南安阳·安阳一中校考模拟预测）如图所示，质量为m的A球以速度v0在光滑水平面上运动，与原来静止的质量为4m的B球碰撞，碰撞后A球以v=av0 （待定系数a<1）的速率弹回，并与挡板P发生完全弹性碰撞，若要使A球能追上B球再次相撞，则a的取值范围为（ ）
A．B．C．D．【模型演练2】（2023·西藏拉萨·高三拉萨中学阶段练习）在光滑水平面上，一质量为m，速度大小为v的A球与质量为3m静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反。则碰撞后B球的速度大小可能是（ ）
A．0B．0.2vC．0.4vD．0.6v
【模型演练3】（2023·高三课时练习）两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA=1kg，mB=1kg、vA=6m/s、vB=2m/s。当A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是（ ）
A．vA′=1m/s，vB′=7m/sB．vA′=2m/s，vB′=6m/s
C．vA′=4m/s，vB′=4m/sD．vA′=5m/s，vB′=3m/s
【模型演练4】．（2023·全国·高三专题练习）质量相等的A、B两球在光滑水平面上，沿同一直线、同一方向运动，A球的动量pA=9kg·m/s，B球的动量pB=3kg·m/s，当A追上B时发生碰撞，则碰后A、B两球的动量可能值是（ ）
A．pA′=6kg·m/s，pB′=6kg·m/s
B．pA′=4kg·m/s，pB′=6kg·m/s
C．pA′=－6kg·m/s，pB′=18kg·m/s
D．pA′=4kg·m/s，pB′=8kg·m/s
【模型演练5】．（2023·河南南阳·高三统考期中）在光滑水平直轨道上，A球追上B球发生碰撞，已知碰前它们的动量分别为PA＝10kg·m/s，PB＝9kg·m/s，碰后B球的动量变为PB'＝15kg·m/s，则两球的质量关系可能是（ ）
A．mB＝mAB．mB＝2mAC．mB＝3mAD．mB＝4mA
【模型四】 小球—曲面模型
(1)小球上升至最高点时，小球的重力势能最大
水平方向动量守恒：m1v0＝(m1＋m2)v
能量守恒：eq \f(1,2)m1v02＝eq \f(1,2)(m1＋m2)v2＋m1gh
(相当于完全非弹性碰撞)
(2)小球返回曲面底端时
动量守恒：m1v0＝m1v1＋m2v2
能量守恒：eq \f(1,2)m1v02＝eq \f(1,2)m1v12＋eq \f(1,2)m2v22
(相当于弹性碰撞)
【模型演练1】（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v0=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
【模型演练2】．（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
【模型演练3】（2023·浙江·高三专题练习）如图所示，在水平面上静置一质量的滑块，滑块上表面是一个半径的四分之一圆弧，圆弧最低点A与水平地面相切。现给质量的小球一个大小的水平初速度，小球经B点离开滑块时，随即撤去滑块。小球于C点第一次着地，小球每次与地面碰撞前后，水平速度保持不变，竖直速度大小减半，方向反向。A点始终与地面接触，忽略小球通过各轨道连接处的能量损失，不计一切摩擦和空气阻力，求
（1）小球刚运动到滑块最低点A时，对滑块的压力；
（2）小球离开滑块后所能到达的最大高度；
（3）要使小球能水平进入接收器最低点P，P与C间的最小距离为多大。
【模型演练4】（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。
【模型演练5】．（2023·福建·统考一模）如图所示，轻质弹簧左端固定在竖直墙面上，右侧有一质量M=0.10kg、半径R=0.20m的四分之一光滑圆弧轨道CED（厚度不计）静置于水平地面上，圆弧轨道底端C与水平面上的B点平滑相接，O为圆弧轨道圆心。用质量为m=0.20kg的物块把弹簧的右端压缩到A点由静止释放（物块与弹簧不拴接），物块到达B点时的速度为。已知B点左侧地面粗糙，物块与地面之间的动摩擦因数为，A、B之间的距离为x=1m，B点右侧地面光滑，g取。
（1）求物块在A点时弹簧具有的弹性势能；
（2）求物块上升的最大高度；
（3）使该物块质量变为，仍由A点静止释放，物块离开圆弧轨道D点时受到一垂直纸面向里的瞬时冲量，并同时利用锁定装置让圆弧轨道瞬间停下，求物块离开轨道后运动轨迹的最高点到D点的距离。
【模型演练6】．（2023·内蒙古乌兰察布·高三校考阶段练习）如图所示，质量为的四分之一光滑圆槽位于光滑的水平面上，圆槽与水平面相切于点。质量为的小球从点以初速度沿水平面向右运动。若圆槽固定，小球恰能运动到圆槽的点。重力加速度为，不计空气阻力。求：
（1）圆槽的半径；
（2）若圆槽不固定，小球上升的最大高度。
【模型演练7】．（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H1，随后物块A从曲面劈B上滑离时的速度为v1；若将曲面劈B自由放置在地面上，则物块A能够达到的最大高度为H2，随后物块A从曲面劈B上滑离时的速度为v2。求：
（1）H1与H2的比值；
（2）v1与v2的比值。
【模型五】 小球—弹簧模型
(1)两小球速度相同时，弹簧最短，弹性势能最大
动量守恒：m1v0＝(m1＋m2)v
能量守恒：eq \f(1,2)m1v02＝eq \f(1,2)(m1＋m2)v2＋Epm
(相当于完全非弹性碰撞)
(2)弹簧恢复原长时：
动量守恒：m1v0＝m1v1＋m2v2
能量守恒：eq \f(1,2)m1v02＝eq \f(1,2)m1v12＋eq \f(1,2)m2v22
(相当于完全弹性碰撞)
【模型演练1】（2023·湖南长沙·雅礼中学校考二模）如图甲，质量分别为mA和mB的A、B两小球用轻质弹簧连接置于光滑水平面上，初始时刻两小球被分别锁定，此时弹簧处于压缩状态。t=0时刻解除A球锁定，t=t1时刻解除B球锁定，A、B两球运动的a-t图像如图乙所示，S1表示0到t1时间内A的a-t图线与坐标轴所围面积大小，S2、S3分别表示t1到t2时间内A、B的a-t图线与坐标轴所围面积大小。下列说法正确的是（ ）

A．t1时刻后A、B系统的总动量大小始终为mAS1B．
C．D．t2时刻，弹簧伸长量大于0时刻的压缩量
【模型演练2】．（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
【模型演练3】．（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（ ）
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
【模型演练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，0~2t0内P、Q物块运动的图像如图所示，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
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
【模型演练5】（2023·湖北·模拟预测）如图，质量均为的物块A、B用轻弹簧相连，放在光滑水平面上，B与竖直墙面紧靠。另一个质量为的物块C以某一初速度向A运动，C与A碰撞后粘在一起不再分开，它们共同向右运动并压缩弹簧，弹簧储存的最大弹性势能为6.0J，最后弹簧又弹开，A、B、C一边振动一边向左运动。那么下列说法错误的是（ ）

A．从C触到A，到B离开墙面这一过程，系统的动量不守恒，机械能损失
B．B离开墙面以后的运动过程中，B的最大速度为
C．C的初动能为9J
D．B离开墙面后，弹簧的最大弹性势能为1.5J
【模型演练6】（2023·湖南·模拟预测）如图所示，轻弹簧连接着两个质量均为的小球2、3，静止于光滑水平桌面上。另一个质量为的小球1以速度撞向小球2，的方向沿着两小球2和3连线方向，已知小球之间的碰撞为弹性碰撞且球1与球2之间不会发生二次碰撞，求：
（1）第一次碰撞刚结束时三个小球的速度分别是多少？
（2）经计算可知，在小球1和2发生第一次碰撞后的1.57s，弹簧第一次压缩到最短，求此时弹簧的弹性势能。
（3）在小球1和2发生第一次碰撞后的1.57s内，小球3的位移为5.7m。求此时小球1和小球2之间的距离。

【模型演练7】．（2023·江西景德镇·统考三模）如图甲所示，物块A、B的质量分别是和，用轻弹簧拴接两物块放在光滑的水平地面上，物块B的右侧与竖直墙面接触。另有一物块C从时刻起，以一定的速度向右运动，在时与物块相碰，并立即与粘在一起不再分开，物块C的图像如图乙所示。
（1）物块C的质量；
（2）物块B离开墙壁前，弹簧的最大弹性势能；
（3）物块B离开墙壁后，物块B的最大速度值。

【模型六】 子弹打木块模型
s2 d
s1
v0
子弹打木块实际上是一种完全非弹性碰撞。作为一个典型，它的特点是：子弹以水平速度射向原来静止的木块，并留在木块中跟木块共同运动。下面从动量、能量和牛顿运动定律等多个角度来分析这一过程。
设质量为的子弹以初速度射向静止在光滑水平面上的质量为的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
要点诠释：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：……①
从能量的角度看，该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为，设子弹、木块的位移大小分别为、，如图所示，显然有
对子弹用动能定理： ……②
对木块用动能定理： ……③
②相减得： ……④
对子弹用动量定理： ……⑤
对木块用动量定理： ……⑥
点评：这个式子的物理意义是：恰好等于系统动能的损失；根据能量守恒定律，系统动能的损失应该等于系统内能的增加；可见，即两物体由于相对运动而摩擦产生的热（机械能转化为内能），等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积（由于摩擦力是耗散力，摩擦生热跟路径有关，所以这里应该用路程，而不是用位移）。
由上式不难求得平均阻力的大小：
至于木块前进的距离，可以由以上②、③相比得出：
从牛顿运动定律和运动学公式出发，也可以得出同样的结论。由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动，位移与平均速度成正比：

一般情况下，所以s2<当子弹速度很大时，可能射穿木块，这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等，但穿透过程中系统动量仍然守恒，系统动能损失仍然是（这里的为木块的厚度），但由于末状态子弹和木块速度不相等，所以不能再用④式计算的大小。
【模型演练1】（2021届辽宁省沈阳实验中学高三模拟）质量为m的子弹以某一初速度v0击中静止在光滑水平地面上质量为M的木块，并陷入木块一定深度后与木块相对静止，甲、乙两图表示了这一过程开始和结束时子弹和木块可能的相对位置，设木块对子弹的阻力大小恒定，下列说法正确的是（ ）
A．M越大，子弹射入木块的时间越短
B．M越大，子弹射入木块的深度越深
C．无论m、M、v0的大小如何，都只可能是甲图所示的情形
D．若v0较小，则可能是甲图所示情形；若v0较大，则可能是乙图所示情形
【模型演练2】（2023·陕西西安·校考三模）如图所示，质量为m的长木板B放在光滑的水平面上，质量为的木块A放在长木板的左端，一颗质量为的子弹以速度v0射入木块并留在木块中，当木块滑离木板时速度为，木块在木板上滑行的时间为t，则下列说法错误的是（ ）

A．木块获得的最大速度为
B．木块滑离木板时，木板获得的速度大小为
C．木块在木板上滑动时，木块与木板之间的滑动摩擦力大小为
D．因摩擦产生的热量等于子弹射入木块后子弹和木块减少的动能与木板增加的动能之差
【模型演练3】（2021届福建省福州高三模拟）矩形滑块由不同材料的上、下两层粘合在一起组成，将其放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v水平射向滑块．若射击下层，子弹刚好不射出；若射击上层，则子弹刚好能射穿一半厚度，如图所示．则上述两种情况相比较( )
A．子弹的末速度大小相等
B．系统产生的热量一样多
C．子弹对滑块做的功不相同
D．子弹和滑块间的水平作用力一样大
【模型演练4】（2023·重庆沙坪坝·重庆八中校考模拟预测）用同种材料制成的质量均为M=0.1kg的n个长度不同的滑块等间距的静止放在光滑水平面上，依次编号为1、2、3…。质量为m=0.1kg的子弹（视为质点）以水平初速度v0=100m/s依次击穿这些滑块后最终停留在第n个滑块中。测量发现，子弹穿过编号为1的滑块后，该滑块的速度变为v=15m/s，且子弹穿过每个滑块所用的时间都相等。已知子弹穿过滑块时受到的水平阻力f=15N并保持恒定，且在子弹与第n个滑块共速前，各滑块均未发生碰撞。不考虑子弹在竖直方向上的受力和运动，滑块不翻转，不计空气阻力。求：
（1）穿过1滑块过程中系统损失的机械能；
（2）n值；
（3）滑块间距d的最小值。
【模型演练5】．（2023秋·山东青岛·高三统考期末）如图，质量M＝2kg的木板A静止在光滑的水平面上，其右端与固定的弹性挡板P相距x，一根长L＝0.8m的轻质细线，一端与质量mB＝0.9kg的滑块B（可视为质点）相连，细线一端固定在O点，水平拉直细线并由静止释放，当滑块B到达最低点时，被一颗水平飞来的小钢珠C以v0＝44m/s的速度击中（留在了B内），被击中后的滑块B恰好将细线拉断，之后滑上木板A。已知小钢珠的质量mC＝0.1kg，A、B之间动摩擦因数μ＝0.2，木板A足够长，滑块B不会滑离木板，木板与挡板P碰撞时无机械能损失，不计空气阻力，重力加速度为g＝10m/s2。求：
（1）细线能承受的最大拉力；
（2）若x＝2m，木板A与挡板P的碰撞次数；
（3）若x＝2m，最终B与A左端之间距离；
（4）若木板A与挡板发生了8次碰撞，x满足的条件。
【模型七】 滑块木板模型
【模型演练1】（2023·山西阳泉·统考三模）如图（A）所示，长方形木板放在光滑的水平地面上，在其右端放置一可视为质点的小木块，现给长方形木板一个大小为，方向水平向右的初速度，最后小木块刚好没有滑离长方形木板；如图（B）所示，与上面相同的长方形木板静止放置在光滑的水平面上，在其左端地面上固定一个四分之一光滑圆弧槽，圆弧槽的下端与木板的上表面相平，现让相同的小木块从圆弧槽的最高点由静止开始滑下，最后小木块也是刚好没有滑离长方形木板．已知小木块与长方形木板间的动摩擦因数为，长方形木板的质量为小木块质量的3倍，重力加速度为，求：
（1）长方形木板的长度；
（2）圆弧槽轨道的半径；
（3）图（A）中小木块在长方形木板上的滑行时间与图（B）中小木块在长方形木板上的滑行时间之比。

【模型演练2】．（2023·陕西安康·统考模拟预测）如图1所示，木板B静止在光滑水平地面上，距木板B右端x处固定一个物体A。现有物块C以的速度冲上木板。已知木板B的质量，物块C的质量，物块C从冲上木板到最终静止的图像如图2所示，物块C始终未从木板上掉下来，已知所有的碰撞均为弹性碰撞，重力加速度g取。
（1）木板的长度至少是多少？
（2）物块A距木板B右端的最大距离？
（3）若，A距B板右端的距离，则木板B运动的总路程是多少？
【模型演练3】．（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。
【模型演练4】．（2023春·江苏·高三校联考阶段练习）如图所示，质量均为的两个小滑块A和B，放在静止于光滑水平地面上的长木板C上，木板的质量为，A、B与木板间的动摩擦因数分别为、。时刻A、B两滑块开始向右滑动，初速度大小均为。时A、B发生弹性碰撞，最终A、B均未从木板C上滑落。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小。求：
（1）时刻木板的加速度；
（2）A、B与木板C间因摩擦产生总内能Q；
（3）开始运动时，两者之间的距离L。
【模型演练5】．（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。
【模型演练6】．（2023·高三课时练习）如图所示，一质量M = 3kg的足够长木板B静止在光滑水平面上，B的右侧有竖直墙壁，B的右端与墙壁的距离L = 4m。现有一可视为质点的质量m = 1kg的小物块A，以v0 = 8m/s的水平初速度从B的左端滑上B，已知A、B间的动摩擦因数μ = 0.2，B与竖直墙壁的碰撞时间极短，且碰撞时无能量损失。
（1）求B与竖直墙壁碰撞前，A、B组成的系统产生的内能；
（2）求从A滑上B到B与墙壁碰撞所用的时间t；
（3）若B的右端与墙壁的距离L可以改变，并要求B只与墙壁碰撞两次，则L应该满足什么条件？
示意图
木板初速度为零
木板有初速度，板块反向
v0
v共
v0
v共
-v0
v1=0
v2
(mv-t图
t
O
v
v0
t1
木板
木块
v共
t
O
v
v0
t1
木块
木板
v共
-v0