2020高考物理大二轮复习专题强化练：(九) 力学三大观点的综合应用 Word版含解析
2020高考二轮复习 专题5、动力学三大观点综合应用
1 / 5动力学三大观点综合应用 专题一、牛顿第二定律与动能定理的综合应用1、如图甲所示，物体以一定的初速度从倾角α=37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为3.0m.选择斜面底端为参考平面，上升过程中，物体的机械能E 随高度h 的变化关系如图乙所示，g 取 10 m/s 2,sin 37°=0.6，cos 37°=0.8.则（ ）A.物体的质量m=0.67 kgB.物体与斜面之间的动摩擦因数μ=0.5C.物体上升过程中的加速度大小a=1m/sD.物体回到斜面底端时的动能E=10J2、倾角为θ的斜面体固定在水平面上，在斜面体的底端附近固定一挡板，一质量不计的轻弹簧下端固定在挡板上，其自然伸长时弹簧的上端位于斜面体上的0点.质量分别为4m 、m 的物块甲和乙用一质量不计的细绳连接，且跨过固定在斜面体顶端的光滑定滑轮，连接甲的细绳与斜面平行，如图所示.开始时物块甲位于斜面体上的M 处，且MO=L ，物块乙距离水平面足够高，现将物块甲和乙由静止释放，物块甲沿斜面下滑，当甲将弹簧压缩到N 点时，甲的速度减为零，ON=L/2，已知物块甲与斜面间的动摩擦因数为μ=83，θ＝30°,重力加速度g 取10m/s 2，忽略空气阻力，整个过程细绳始终没有松弛且乙未碰到滑轮,则下列说法正确的是（ ）A.物块甲由静止释放到滑至斜面体上N 点的过程，物块甲先匀加速运动紧接着做匀减速运动到速度减为零B.物块甲在与弹簧接触前的加速度大小为0.5m/s 2C.物块甲位于N 点时，弹簧所储存的弹性势能的最大值为15mgL/8D.物块甲位于N 点时，弹簧所储存的弹性势能的最大值为3mgL/83、如图甲所示，游乐场的过山车可以底朝上在竖直圆轨道上运行，可抽象为图乙的模型。
倾角为45°的直轨道AB ，半径R=10m 的光滑竖直圆轨道和倾角为37°的直轨道EF ，分别通过水平光滑衔接轨道 BC 、C'E 平滑连接，另有水平减速直轨道FG 与EF 平滑连接，EG 间的水平距离L=40m 。
高考物理二轮复习专题：力学三大观点的综合应用课件
(向1上)碰运后动瞬的间1部小.分5球继×的续速1上度0升3大的k小高g;(度，2为)木两h板2 车的长与度。该冰雪路面间的动摩擦因数均为0.10，两车碰撞
(解2：01(81·)全A到国时B卷过Ⅱ间程)汽，极车由A运短在动水，学平公在冰式雪碰路面撞上后行驶车．驾轮驶均员发没现其有正滚前方动停有，汽重车B力，立加即采速取度制动大措施小，但g取仍然1撞0上m了/汽s车2.B求. ：
力学三大观点的综合应用
力学三大观点的综合应用是高考必考点
学习目标
●透彻理解力学三大观点的具体内容，并能形 成清晰的知识网络 ●能熟练、灵活选择相关观点来解决问题，提 升物理思维能力、综合运用相关知识解决问题 的能力
动力学 观点
牛顿第二定律： F合 ma
匀变速直线 运动规律
v v0 at
x v0 v t 2
设P点的高度为h，则A上滑的过程由动能定理
解：(1)碰后，B做匀减速直线运动
根据牛顿第二定律 mB g mBaB
由运动学公式 vB2 2aB xB
解得 vB 3.0m / s
(2)碰后，A做匀减速直线运动
根据牛顿第二定律和由运动学公式
mAg mAaA
v
2 A
2a A xA
解得 vA 2.0m / s
AB与弯曲滑道BC平滑衔接，滑道BC高h＝10 m，C是半径R＝20 m圆弧的 最低点，质量m＝60 kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑，加速度 a＝4.5 m/s2，到达B点时速度vB＝30 m/s.取重力加速度g＝10 m/s2. (1)求长直助滑道AB的长度L； (2)求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小； (3)若不计BC段的阻力，画出运动员经过C点时的 受力图，并求其所受支持力FN的大小．
2020高考物理大二轮复习专题强化练(九) 力学三大观点的综合应用 Word版含解析
姓名，年级：时间：专题强化练(九） 力学三大观点的综合应用(满分：64分 时间：40分钟）一、选择题(共3小题，每小题8分，共24分)1。
（考点3）（多选）(2018陕西宝鸡一模)光滑水平面上放有质量分别为2m 和m 的物块A 和B ，用细线将它们连接起来，两物块中间加有一压缩的轻质弹簧（弹簧与物块不相连），弹簧的压缩量为x 。
现将细线剪断,此刻物块A 的加速度大小为a ，两物块刚要离开弹簧时物块A 的速度大小为v ，则（ ） A 。
物块B 的加速度大小为a 时弹簧的压缩量为x 2 B.物块A 从开始运动到刚要离开弹簧时位移大小为23x C 。
物块开始运动前弹簧的弹性势能为32mv 2D.物块开始运动前弹簧的弹性势能为3mv 2A 的加速度大小为a 时,根据胡克定律和牛顿第二定律得kx=2ma ，当物a 时,有kx'=ma ，对比可得x’=x 2，即此时弹簧的压缩量为x2，选项A 正确；取水平向左为正方向,根据系统的动量守恒得2m x A t —m x B t =0,又x A +x B =x ,解得A 的位移为x A =13x ,选项B 错误;根据动量守恒定律得0=2mv-mv B ,得物块B 刚要离开弹簧时的速度v B =2v ,由系统的机械能守恒得物块开始运动前弹簧的弹性势能为E p =12·2mv 2+12m v B 2=3mv 2,选项C 错误、D 正确。
2（考点2）(多选）(2019四川成都石室中学高三2月份入学考试）如图所示,长为L 、质量为3m 的长木板B 放在光滑的水平面上，质量为m 的铁块A 放在长木板右端。
一质量为m 的子弹以速度v 0射入木板并留在其中,铁块恰好不滑离木板。
子弹射入木板中的时间极短，子弹、铁块均视为质点，铁块与木板间的动摩擦因数恒定，重力加速度为g 。
下列说法正确的是（ ）A 。
木板获得的最大速度为v05B.铁块获得的最大速度为v05C 。
力学三大观点的综合应用(解析版)--2025高考物理
力学三大观点的综合应用目录题型一应用力学三大观点解决多过程问题 1题型二应用力学三大观点解决板-块模型及传送带模型问题 16题型一应用力学三大观点解决多过程问题力学三大观点对比力学三大观点对应规律表达式选用原则动力学观点牛顿第二定律F 合=ma物体做匀变速直线运动，涉及到运动细节.匀变速直线运动规律v =v 0+atx =v 0t +12at 2v 2-v 20=2ax 等能量观点动能定理W 合=ΔE k涉及到做功与能量转换机械能守恒定律E k 1+E p 1=E k 2+E p 2功能关系W G =-ΔE p 等能量守恒定律E 1=E 2动量观点动量定理I 合=p ′-p 只涉及初末速度、力、时间而不涉及位移、功动量守恒定律p 1+p 2=p 1′+p 2′只涉及初末速度而不涉及力、时间1.(2024·湖北·模拟预测)如图甲所示，小球A 以初速度v 0=2gR 竖直向上冲入半径为R 的14粗糙圆弧管道，然后从管道另一端沿水平方向以速度v 02=gR 冲出，在光滑水平面上与左端连有轻质弹簧的静止小球B 发生相互作用，距离B 右侧s 处有一个固定的弹性挡板，B 与挡板的碰撞没有能量损失。
已知A 、B 的质量分别为3m 、2m ，整个过程弹簧的弹力随时间变化的图像如图乙所示(从A 球接触弹簧开始计时，t 0已知)。
弹簧的弹性势能为E p =12kx 2，x 为形变量，重力加速度为g 。
求：(1)小球在管道内运动的过程中阻力做的功；(2)弹簧两次弹力最大值之比F 2:F 1；(3)小球B 的初始位置到挡板的距离s 。
【答案】(1)-32mgR ；(2)7:5；(3)35t 0gR 【详解】(1)设小球在管道内运动的过程阻力做功为W f ，根据动能定理可得-3mgR +W f =12⋅3m v 02 2-12⋅3mv 20解得W f =-32mgR(2)当A 、B 第一次共速时，弹簧压缩量最大，弹簧弹力最大，设压缩量为x 1，A 、B 共同速度为v 共1，从A 刚接触弹簧到A 、B 共速，根据动量守恒定律和机械能守恒定律可得3mv 02=(3m +2m )v 共112kx 21=12⋅3m v 02 2-12⋅(3m +2m )v 2共1此时弹簧弹力为F 1，有F 1=kx 1由图乙可知，弹簧刚好恢复原长时，B 与挡板相撞，设此时A 、B 速度分别为v 1、v 2，从A 刚接触弹簧到弹簧恢复原长，根据动量守恒定律和机械能守恒定律可得3mv 02=3mv 1+2mv 212⋅3m v 02 2=12⋅3mv 21+12⋅2mv 22解得v 1=15gR ，v 2=65gR此时B 原速率反弹，当A 、B 第二次共速时，弹簧压缩量再一次达到最大，设压缩量为x 2，A 、B 共同速度为v 共2，从B 刚反弹到弹簧第二次压缩最大，根据动量守恒定律和机械能守恒定律可得3mv 1-2mv 2=(3m +2m )v 共212kx 22=12⋅3mv 21+12⋅2mv 22-12(3m +2m )v 2共2此时弹簧弹力为F 2，有F 2=kx 2联立解得F 2:F 1=7:5(3)设A 、B 一起向右运动的过程中，任意时刻A 、B 速度分别为v A 、v B ，根据动量守恒可得3mv 02=3mv A +2mv B 在任意一极短时间∆t 内，有3mv 02Δt =3mv A Δt +2mv B Δt 所以3mv 02Δt =3m Δx A +2m Δx B 等式两边求和得3mv 02t 0=3ms A +2ms B 由图乙可知，t 0时B 与挡板发生碰撞，此时弹簧恰好恢复原长，故从t =0到t =t 0时，A 、B 位移相同，即s A =s B =s联立解得s =35t 0gR 2.(2024·河北·三模)滑雪是人们在冬季喜爱的户外运动。
2020年新高考物理冲刺复习《应用力学三大观点解决综合问题》分层突破练(Word版附答案)
应用力学三大观点解决综合问题1.在冰壶比赛中,某队员利用红壶去碰撞对方的蓝壶,两者在大本营中心发生对心碰撞如图(a)所示,碰撞前后两壶运动的v-t图线如图(b)中实线所示,其中红壶碰撞前后的图线平行,两冰壶质量相等,则()A.两壶发生了弹性碰撞B.碰后蓝壶速度为0.8 m/sC.碰后蓝壶移动的距离为2.4 mD.碰后红壶所受摩擦力小于蓝壶所受摩擦力2.如图所示,质量为m=1 kg的物块(可视为质点)放置在光滑的水平面上,与一根处于自然长度的弹簧接触但不相连,弹簧另一端固定在竖直墙面上。
水平面右侧与一倾角θ=37°、长s=1 m的斜面在A 处平滑连接,在斜面顶端B处通过长度可忽略的圆弧轨道与光滑水平轨道BC相连,半径R=0.8 m的竖直放置的光滑圆弧轨道CD与轨道BC相切于C点。
现用外力作用于物块将弹簧压缩一段距离,然后撤去外力,物块由静止释放后恰好运动到D点。
已知物块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:(1)释放物块瞬间,弹簧的弹性势能E p;(2)物块由D点返回到C点时对圆弧轨道压力F N的大小;(3)物块第一次从A点运动到B点所经历的时间t。
13.如图所示,在水平桌面上放有长度为L=2 m的木板C,C上右端是固定挡板P,在C中点处放有小物块B,P的厚度可忽略不计。
C上表面与固定在地面上半径为R=0.45 m的圆弧光滑轨道相切,质量为m=1 kg的小物块A从圆弧最高点由静止释放,木板C与桌面之间无摩擦,A、C之间和B、C之间的滑动摩擦因数均为μ。
A、B、C(包含挡板P)的质量相同,开始时,B和C静止,A、B可视为质点。
(g取10 m/s2)(1)求滑块从释放到离开轨道受到的冲量大小;(2)若物块A与B发生碰撞,求滑动摩擦因数μ应满足的条件;(3)若物块A与B发生碰撞(设为完全弹性碰撞)后,物块B与挡板P发生碰撞,求滑动摩擦因数均为μ应满足的条件。
力学三大观点的综合应用(解析版)-2023年高考物理压轴题专项训练(新高考专用)
压轴题04力学三大观点的综合应用目录一，考向分析 (1)二．题型及要领归纳 (2)热点题型一应用三大动力学观点创新解决经典模型问题 (2)热点题型二应用三大动力学观点解决多过程问题 (5)热点题型三借助碰撞、爆炸等模型综合考察能量观、动量观及运动观 (8)三．压轴题速练 (13)一，考向分析1.本专题是力学三大观点在力学中的综合应用，高考中本专题将作为计算题压轴题的形式命题。
2.熟练应用力学三大观点分析和解决综合问题。
3.用到的知识、规律和方法有：动力学观点(牛顿运动定律、运动学规律)；动量观点(动量定理和动量守恒定律)；能量观点(动能定理、机械能守恒定律、功能关系和能量守恒定律)。
5.本专题的核心问题与典型模型的表现形式(1)直线运动：水平面上的直线运动、斜面上的直线运动、传送带上的直线运动。
(2)圆周运动：绳模型圆周运动、杆模型圆周运动、拱形桥模型圆周运动。
(3)平抛运动：与斜面有关的平抛运动、与圆轨道有关的平抛运动。
6.本专题的常见过程与情境7.应对策略(1)力的观点解题：要认真分析运动状态的变化，关键是求出加速度。
(2)两大定理解题：应确定过程的初、末状态的动量(动能)，分析并求出过程中的冲量(功)。
(3)过程中动量或机械能守恒：根据题意选择合适的初、末状态，列守恒关系式，一般这两个守恒定律多用于求某状态的速度(率)。
8.力学三大观点对比力学三大观点对应规律表达式动力学观点牛顿第二定律F 合＝ma匀变速直线运动规律v ＝v 0＋atx ＝v 0t ＋12at 2v 2－v 02＝2ax 等能量观点动能定理W 合＝ΔE k 机械能守恒定律E k1＋E p1＝E k2＋E p2功能关系W G ＝－ΔE p 等能量守恒定律E 1＝E 2动量观点动量定理I 合＝p ′－p 动量守恒定律p 1＋p 2＝p 1′＋p 2′9.选用原则(1)当物体受到恒力作用做匀变速直线运动(曲线运动某一方向可分解为匀变速直线运动)，涉及时间与运动细节时，一般选用动力学方法解题.(2)当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题，题目中出现相对位移(摩擦生热)时，应优先选用能量守恒定律.(3)不涉及物体运动过程中的加速度而涉及物体运动时间的问题，特别是对于打击类问题，因时间短且冲力随时间变化，应用动量定理求解.(4)对于碰撞、爆炸、反冲、地面光滑的板—块问题，若只涉及初、末速度而不涉及力、时间，应用动量守恒定律求解.二．题型及要领归纳热点题型一应用三大动力学观点创新解决经典模型问题【例1】（2022·全国乙卷·T25）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，0=t 时与弹簧接触，到02t t =时与弹簧分离，第一次碰撞结束，A 、B 的v t -图像如图（b ）所示。
2020届高考艺术生物理复习教师用书：专题二第4讲 “三大观点”解决力学问题 Word版含解析
第4讲 “三大观点”解决力学问题三年考情分析高考命题规律三年考题 考查内容 核心素养 近几年高考中对力学综合知识的考查一般体现在计算中，尤其在动量成为必考内容后，其考核更加多样化．对于一般的力学问题要涉及以下知识点：①牛顿运动定律结合运动学公式处理有规律的运动；②动能定理结合能量守恒定律处理变力及曲线运动问题；③动量定理结合能量守恒定律处理碰撞、爆炸、反冲类问题．此部分在复习中要有效地寻求解题的突破口.2019Ⅲ卷25T动量和能量的综合应用 物理观念科学思维 2018 Ⅰ卷24T动量与能量的综合应用 科学思维2017Ⅱ卷24T牛顿第二定律，运动学公式科学思维Ⅲ卷25T动力学观点解决板块问题物理观念科学思维考向一 用动力学观点解决力学综合问题[知识必备]——提核心 通技法[典题例析]——析典题 学通法[例1] (2019·江苏卷，15T)如图所示，质量相等的物块A 和B 叠放在水平地面上，左边缘对齐．A 与B 、B 与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A ，A 立即获得水平向右的初速度，在B 上滑动距离L 后停下，接着敲击B ，B 立即获得水平向右的初速度，A 、B 都向右运动，左边缘再次对齐时恰好相对静止，此后两者一起运动至停下，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g ，求：(1)A 被敲击后获得的初速度大小v A ；(2)在左边缘再次对齐的前、后，B 运动加速度的大小a B 、a ′B ； (3)B 被敲击后获得的初速度大小v B .[审题指导] (1)A 获得向右的速度后，A 对B 向右的滑动摩擦力小于地面对B 向左的最大静摩擦力，因此，此过程B 静止不动．(2)B 获得向右速度后，A 、B 间发生相对滑动，到再次左边缘对齐，A 、B 两物块的位移差为L .[解析] (1)由牛顿运动定律知，A 加速度的大小 a A ＝μg匀变速直线运动 2a A L ＝v 2A解得 v A ＝2μgL(2)设A 、B 的质量均为m对齐前，B 所受合外力大小 F ＝3μmg 由牛顿运动定律F ＝ma B ，得 a B ＝3μg 对齐后，A 、B 所受合外力大小 F ′＝2μmg 由牛顿运动定律F ′＝2ma ′B ，得a ′B ＝μg(3)经过时间t ，A 、B 达到共同速度v ，位移分别为x A 、x B ，A 加速度的大小等于a A 则 v ＝a A t ，v ＝v B －a B t x A ＝12a A t 2，x B ＝v B t －12a B t 2 且 x B －x A ＝L 解得 v B ＝22μgL[答案] (1)v A ＝2μgL (2)a B ＝3μg ，a ′B ＝μg (3)v B ＝22μgL[跟进题组]——练考题 提能力1．如图所示，地面上有一固定的倾角θ＝37°的斜面，质量为m ＝2 kg 的滑块C (可视为质点)从距长木板上表面高h ＝0.6 m 处由静止滑下，水平地面上长木板A 上表面与斜面末端平滑对接，A 左端与斜面间紧靠在一起但不粘连，A 右端与B 左端紧靠在一起同样不粘连，A 、B 的上表面涂有不同材质的涂料，下表面光滑，长度L 均为37.5 cm ，质量M 均为1 kg ，原先静止在光滑的水平地面上，已知滑块C 与斜面间的动摩擦因数为μ0＝0.5，滑块C 与木板A 间的动摩擦因数为μ1＝0.2，滑块C 与木板B 间的动摩擦因数为μ2＝16，忽略空气阻力．(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取g ＝10 m/s 2)求：(1)滑块C 到达斜面底端时的速度v 0为多大？(2)滑块C 在A 上表面滑行时，A 、B 间的弹力大小为多少？ (3)经多长时间滑块C 运动到A 的右端？此时滑块C 的速度为多大？(4)最终稳定时，滑块C 是否脱离长木板B ？若未脱离，滑块C 相对B 静止的位置距离B 右端多远？解析：(1)滑块在斜面上运动时，由牛顿第二定律得 mg sin θ－μ0mg cos θ＝ma 0， 代入数据解得a 0＝2 m/s 2， 由运动学公式得v 20＝2a 0hsin 37°， 代入数据解得v 0＝2 m/s.(2)C 在A 上表面滑行时，A 、B 一起运动，受到C 给的向右的摩擦力为μ1mg ＝2Ma AB ， 解得a AB ＝2 m/s 2，隔离B 分析，A 对B 的弹力为F ＝Ma AB ＝2 N. (3)C 在A 上滑行时，C 减速运动的加速度大小为 a 1＝μ1g ＝2 m/s 2，设经过时间t 1，C 刚滑离A 滑上B ，则⎝⎛⎭⎫v 0t 1－12a 1t 21－12a AB t 21＝L ， 代入数据解得t 1＝14 s ⎝⎛⎭⎫t 1＝34 s 不合题意.舍弃， 此时A 、B 的速度v AB ＝a AB t 1＝0.5 m/s ， C 的速度v ＝v 0－a 1t 1＝1.5 m/s.(4)此后，C 在B 上继续做减速运动，设C 的加速度大小为a 2，B 的加速度大小为a B ， a 2＝μ2g ＝53 m/s 2，a B ＝μ2mg M ＝103m/s 2， 假设C 未脱离B ，经过时间t 2，B 、C 速度相同， v B ＝v C ，即v －a 2t 2＝v AB ＋a B t 2， 解得t 2＝0.2 s ，故v B ＝v C ＝76m/s.此时C 在B 上发生的相对位移为Δx ＝v ＋v C 2·t 2－v AB ＋v B2·t 2＝0.1 m ＜0.375 m.所以滑块C 未脱离长木板B . 此时滑块C 距离B 右端的距离为 ΔL ＝0.375 m －0.1 m ＝0.275 m ＝27.5 cm. 答案：(1)2 m/s (2)2 N (3)14 s 1.5 m/s(4)滑块C 未脱离木板B 27.5 cm考向二 用功能观点解决力学综合问题[知识必备]——提核心 通技法1．若过程只有动能和势能的相互转化，应首先考虑应用机械能守恒定律． 2．若过程涉及摩擦力做功，一般应考虑应用动能定理或能量守恒定律． 3．若过程涉及电势能和机械能之间的转化，应考虑应用能量守恒定律．[典题例析]——析典题 学通法[例2] 如图所示，一质量m ＝0.4 kg 的滑块(可视为质点)静止于动摩擦因数μ＝0.1的水平轨道上的A 点．现对滑块施加一水平外力，使其向右运动，外力的功率恒为P ＝10.0 W ．经过一段时间后撤去外力，滑块继续滑行至B 点后水平飞出，恰好在C 点以5 m/s 的速度沿切线方向进入固定在竖直平面内的光滑圆弧形轨道，轨道的最低点D 处装有压力传感器．已知轨道AB 的长度L ＝2.0 m ，半径OC 和竖直方向的夹角α＝37°，圆弧形轨道的半径R ＝0.5 m ．(空气阻力忽略不计，取重力加速度g ＝10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，求：(1)滑块运动到D 点时压力传感器的示数； (2)水平外力作用在滑块上的时间t .[审题指导] (1)滑块从A 到B 过程满足动能定理． (2)滑块从B 到C 过程平抛运动，注意C 点速度分解． (3)滑块从C 到D 机械能守恒．[解析] (1)滑块由C 点运动到D 点的过程，由机械能守恒得： 12mv 2D＝12mv 2C＋mgR (1－cos 37°) 滑块在D 点的速度v D ＝v 2C ＋2gR 1－cos 37°＝3 3 m/s在D 点对滑块受力分析，根据牛顿第二定律有：F N －mg ＝m v 2DR滑块受到的支持力F N ＝mg ＋m v 2DR＝25.6 N根据牛顿第三定律可知，滑块对轨道的压力F ′N ＝F N ＝25.6 N ，方向竖直向下 (2)滑块离开B 点后做平抛运动，恰好在C 点沿切线方向进入圆弧形轨道 由几何关系可知，滑块运动到B 点的速度为v B ＝v C cos 37°＝4 m/s 滑块由A 点运动到B 点的过程，根据动能定理有：Pt －μmgL ＝12mv 2B －0解得：水平外力作用在滑块上的时间t ＝m v 2B ＋2μgL2P＝0.4 s[答案] (1)25.6 N (2)0.4 s[跟进题组]——练考题 提能力2．如图所示，光滑水平轨道AB 与光滑半圆形导轨BC 在B 点相切连接，半圆导轨半径为R ，轨道AB 、BC 在同一竖直平面内．一质量为m 的物块在A 处压缩弹簧，并由静止释放，物块恰好能通过半圆导轨的最高点C .已知物块在到达B 点之前与弹簧已经分离，弹簧在弹性限度内，重力加速度为g .不计空气阻力，求：(1)物块由C 点平抛出去后在水平轨道的落点与B 点的距离； (2)物块在B 点时对半圆轨道的压力大小； (3)物块在A 点时弹簧的弹性势能．解析：(1)因为物块恰好能通过C 点，有：mg ＝m v 2CR物块由C 点做平抛运动，有：x ＝v C t,2R ＝12gt 2解得：x ＝2R即物块在水平轨道的落点与B 点的距离为2R .(2)物块由B 到C 过程中机械能守恒，有：12m v 2B ＝2mgR ＋12m v 2C 设物块在B 点时受到轨道的支持力为F N ，有：F N －mg ＝m v 2B R，解得：F N ＝6mg由牛顿第三定律可知，物块在B 点时对半圆轨道的压力F ′N ＝F N ＝6mg .(3)由机械能守恒定律可知，物块在A 点时弹簧的弹性势能为：E p ＝2mgR ＋12m v 2C，解得E p ＝52mgR .答案：(1)2R (2)6mg (3)52mgR考向三 用动量与能量观点解决力学综合问题[知识必备]——提核心 通技法动量与能量综合的题目往往物理过程较多，情境复杂，把复杂的情境与过程划分为多个单一情境，并恰当地选择相应的动量或能量知识解答．1．当物体受到恒力作用发生运动状态的改变而且又涉及时间时，一般选择用动力学方法解题．2．当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题，题目中出现相对位移时，应优先选择能量守恒定律．3．当涉及多个物体及时间时，一般考虑动量定理、动量守恒定律．4．当涉及细节并要求分析力时，一般选择牛顿运动定律，对某一时刻的问题选择牛顿第二定律求解．5．复杂问题的分析一般需选择能量的观点、运动与力的观点综合解题．[典题例析]——析典题 学通法[例3] (2019·全国Ⅲ，25T)静止在水平地面上的两小物块A 、B ，质量分别为m A ＝1.0 kg ，m B ＝4.0 kg ；两者之间有一被压缩的微型弹簧，A 与其右侧的竖直墙壁距离l ＝1.0 m ，如图所示．某时刻，将压缩的微型弹簧释放，使A 、B 瞬间分离，两物块获得的动能之和为E k ＝10.0 J ．释放后，A 沿着与墙壁垂直的方向向右运动．A 、B 与地面之间的动摩擦因数均为μ＝0.20.重力加速度取g ＝10 m/s 2.A 、B 运动过程中所涉及的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短．(1)求弹簧释放后瞬间A 、B 速度的大小；(2)物块A 、B 中的哪一个先停止？该物块刚停止时A 与B 之间的距离是多少？ (3)A 和B 都停止后，A 与B 之间的距离是多少？[思路导引] (1)由动量守恒定律和动能定理计算式联立即可．(2)利用牛顿第二定律求A 、B 的加速度，分别对A 、B 的运动过程应用匀变速直线运动公式解决问题．(3)假设A 能与B 碰撞，应用动能定理求出A 碰撞前的瞬时速度；发生弹性碰撞，则由动量守恒定律和机械能守恒定律联立解出碰后A 、B 的速度，问题便易于解决了．[解析] (1)设弹簧释放瞬间A 和B 的速度大小分别为v A 、v B ，以向右为正，由动量守恒定律和题给条件有0＝m A v A －m B v B ①E k ＝12m A v 2A ＋12m B v 2B ② 联立①②式并代入题给数据得v A ＝4.0 m/s ，v B ＝1.0 m/s ③(2)A 、B 两物块与地面间的动摩擦因数相等，因而两者滑动时加速度大小相等，设为a .假设A 和B 发生碰撞前，已经有一个物块停止，此物块应为弹簧释放后速度较小的B .设从弹簧释放到B 停止所需时间为t ，B 向左运动的路程为s B ，则有m B a ＝μm B g ④s B ＝v B t －12at 2 ⑤v B －at ＝0 ⑥在时间t 内，A 可能与墙发生弹性碰撞，碰撞后A 将向左运动，碰撞并不改变A 的速度大小，所以无论此碰撞是否发生，A 在时间t 内的路程s A 都可表示为s A ＝v A t －12at 2 ⑦联立③④⑤⑥⑦式并代入题给数据得s A ＝1.75 m ，s B ＝0.25 m ⑧这表明在时间t 内A 已与墙壁发生碰撞，但没有与B 发生碰撞，此时A 位于出发点右边0.25 m 处．B 位于出发点左边0.25 m 处，两物块之间的距离s 为s ＝0.25 m ＋0.25 m ＝0.50 m ⑨(3)t 时刻后A 将继续向左运动，假设它能与静止的B 碰撞，碰撞时速度的大小为v ′A ，由动能定理有12m A v ′2A －12m A v 2A＝－μm A g (2l ＋s B )⑩联立③⑧⑩式并代入题给数据得v A ＝7 m/s ⑪故A 与B 将发生碰撞，设碰撞后A 、B 的速度分别为v ″A 和v ″B ，由动量守恒定律与机械能守恒定律有m A (－v ′A )＝m A v ″A ＋m B v ″B ⑫12m A v ′2A ＝12m A v ″2A ＋12m B v ″2B ⑬联立⑪⑫⑬式并代入题给数据得 v ″A ＝375m/s ，v ″B ＝－275m/s ⑭这表明碰撞后A 将向右运动，B 继续向左运动．设碰撞后A 向右运动距离为s A 时停止，B 向左运动距离为s ′B 时停止，由运动学公式2as ′A ＝v ″2A ，2as ′B ＝v ″2B ⑮由④⑭⑮式及题给数据得s ′A ＝0.63 m ，s ′B ＝0.28 m ⑯s ′A 小于碰撞处到墙壁的距离，由上式可得两物块停止后的距离 s ′＝s ′A ＋s ′B ＝0.91 m ⑰[答案] (1)v A ＝4.0 m/s v B ＝1.0 m/s (2)A 先停止 0.50 m (3)0.91 m[跟进题组]——练考题 提能力3．如图所示，较长的曲面与水平桌面平滑连接，将m 1、m 2之间的轻弹簧压缩后用细线连接，置于水平桌面上，弹簧与两物体不栓连．现将细线烧断，弹簧将两物体弹开，m 2离开弹簧后从右边飞出，m 1冲上曲面．已知桌面高为h ，m 2平抛的水平射程为x ，m 1＝2m ，m 2＝m ，不计一切摩擦，重力加速度为g .求：(1)m 2离开弹簧时的速度；(2)m 1上升到曲面最高点时距桌面的高度； (3)弹簧的最大弹性势能．解析：(1)m 2平抛过程有：h ＝12gt 2，x ＝v 2t得：v 2＝xg 2h(2)弹簧将两物体弹开的过程，对系统，取向左为正方向，由动量守恒定律有：m 1v 1－m 2v 2＝0得：v 1＝x2g 2h对m 1冲上曲面过程，由机械能守恒有：m 1gH ＝12m 1v 21，得：H ＝x 216h(3)弹簧的最大弹性势能为：E p ＝12m 1v 21＋12m 2v 22 联立解得：E p ＝3mgx 28h答案：(1)xg 2h (2)x 216h (3)3mgx 28h用“三大观点”解决力学综合问题模型典例 如图所示，一小车上表面由粗糙的水平部分AB 和光滑的半圆弧轨道BCD 组成，小车紧靠台阶静止在光滑水平地面上，且左端与粗糙水平台等高．水平台与物块P 间的动摩擦因数为μ＝0.2，水平台上有一弹簧，弹簧左端固定，弹簧右端与一个质量为m 1＝5 kg 的小物块P 接触但不固定，此时弹簧处于压缩状态并锁定，弹簧的弹性势能E p ＝100 J ．现解除弹簧的锁定，小物块P 从M 点出发，MN 间的距离为d ＝1 m ．物块P 到N 点后与静止在小车左端的质量为m 2＝1 kg 的小物块Q (可视为质点)发生弹性碰撞(碰前物块P 已经离开弹簧，碰后立即将小物块P 取走，使之不影响后续物体的运动)．已知AB 长为L ＝10 m ，小车的质量为M ＝3 kg.取重力加速度g ＝10 m/s 2.(1)求碰撞后瞬间物块Q 的速度大小；(2)若物块Q 在半圆弧轨道BCD 上经过一次往返运动(运动过程中物块始终不脱离轨道)，最终停在小车水平部分AB 的中点，求半圆弧轨道BCD 的半径至少多大？(3)若小车上表面AB 和半圆弧轨道BCD 面均光滑，半圆弧轨道BCD 的半径为R ＝1.2 m ，物块Q 可以从半圆弧轨道BCD 的最高点D 飞出，求其再次落回小车时，落点与B 点的距离s为多少？(结果可用根号表示) 核心考点1.能量守恒定律的应用．2.弹性碰撞规律．3.动量守恒定律．4.平抛运动规律． 命题技巧以弹簧、平板小车、滑块、半圆形轨道为背景，设置多个过程考查考生的综合分析、判断应用能力． 核心素养1.物理观念：相互作用观念、运动观念、能量观念．2.科学思维：科学推理、科学论证. 审题关键(1)物块P 被弹簧弹开运动到N 的过程满足能量守恒定律． (2)P 、Q 发生弹性碰撞，满足动量守恒、能量守恒．(3)物块Q 与平板小车作用的整个过程、动量守恒、能量守恒．[解析] (1)设物块P 被弹簧弹开运动到N 点速度为v 1，由能量守恒得：E p ＝μm 1gd ＋12m 1v 21，解得v 1＝6 m/s物块P 、Q 发生弹性碰撞，设碰后P 、Q 的速度分别为v 1′、v 2，m 1v 1＝m 1v 1′＋m 2v 2，12m 1v 21＝12m 1v 1′2＋12m 2v 22解得v 1′＝4 m/s ，v 2＝10 m/s (2)物块Q 从开始运动到与小车相对静止过程中，共同速度为v 3，系统水平方向动量守恒：m 2v 2＝(m 2＋M )v 3 解得v 3＝2.5 m/s系统能量守恒：12m 2v 22＝μ′m 2g ·32L ＋12(m 2＋M )v 23 解得μ′＝0.25Q 运动至C 点与车共速时，半径最小，设为R ′系统能量守恒，有：12m 2v 22＝μ′m 2gL ＋m 2gR ′＋12(m 2＋M )v 23，解得R ′＝1.25 m (3)设Q 通过D 点时，Q 与小车的速度分别为v 4、v 5，有m 2v 2＝m 2v 4＋Mv 5 12m 2v 22＝12m 2v 24＋12Mv 25＋m 2g ·2R解得v 4＝－2 m/s ，v 5＝4 m/s物块Q 通过D 点时相对小车的速度为v 4′＝6 m/s物块Q 再次落回小车时与B 点的距离为s ＝v 4′4Rg解得s ＝1235 m[答案] 见解析 易错展示1.物块Q 与小车相互作用，两物体组成的系统水平方向动量守恒，能量守恒，考生不能找出半径最小的条件．2.物块Q 从D 点飞出做平抛运动，考生不能用相对运动来处理.[对点演练]——练类题 提素养如图所示，一质量M ＝6 kg 的木板B 静止于光滑水平面上，物块A 质量m ＝6 kg ，停在B 的左端．质量为m 0＝1 kg 的小球用长为L ＝0.8 m 的轻绳悬挂在固定点O 上，将轻绳拉直至水平位置后，由静止释放小球，小球在最低点与A 发生碰撞后反弹，反弹所能达到的最大高度为h ＝0.2 m ，物块与小球均可视为质点，不计空气阻力．已知A 、B 间的动摩擦因数μ＝0.1(g ＝10 m/s 2)，求：(1)小球运动到最低点与A 碰撞前瞬间小球的速度大小； (2)小球与A 碰撞后瞬间，物块A 的速度大小；(3)为使A 、B 达到共同速度前A 不滑离木板，木板B 至少多长． 解析：(1)小球下摆过程，由机械能守恒定律得： m 0gL ＝12m 0v 20， 代入数据解得：v 0＝4 m/s(2)小球反弹过程中，由机械能守恒定律得：m 0gh ＝12m 0v 21 解得：v 1＝2 m/s小球与A 碰撞过程系统水平方向动量守恒，以碰撞前瞬间小球的速度方向为正方向 由动量守恒定律得：m 0v 0＝－m 0v 1＋m v A 代入数据得v A ＝1 m/s(3)物块A 与木板B 相互作用过程，系统动量守恒，以A 的初速度方向为正方向 由动量守恒定律得：m v A ＝(m ＋M )v 代入数据解得：v ＝0.5 m/s由能量守恒定律得：μmgx ＝12m v 2A －12(m ＋M )v 2代入数据解得x ＝0.25 m答案：(1)4 m/s (2)1 m/s (3)0.25 m[题组一] 用动力学观点解决力学综合问题 1.(2020·蚌埠一模)如图所示，在足够长的光滑固定斜面低端放置一个长度L ＝2 m 、质量M ＝4 kg 的木板，木板的最上端放置一质量m ＝1 kg 的小物块(可视为质点)．现沿斜面向上对木板施加一个外力F 使其由静止开始向上做匀加速直线运动，已知斜面倾角θ＝30°，物块和木板间的动摩擦因数μ＝32，g ＝10 m/s 2.(1)当外力F ＝30 N ，二者保持相对静止，求二者共同运动的加速度大小；(2)当外力F ＝53.5 N 时，二者之间将会相对滑动，求二者完全分离时的速度各为多大？ 解析：(1)二者共同运动时，分析整体的受力情况，由牛顿第二定律，得 F －(M ＋m )g sin θ＝(M ＋m )a 解得：a ＝1 m/s 2(2)设木板和物块的加速度分别为a 1、a 2，二者完全分离的时间为t ，分离时速度分别为v 1、v 2，分析木板和物块的受力情况，由牛顿第二定律可得 F －Mg sin θ－μmg cos θ＝Ma 1 μmg cos θ－mg sin θ＝ma 2又L ＝12(a 1－a 2)t 2，v 1＝a 1t ，v 2＝a 2t联立解得v 1＝6.5 m/s ，v 2＝2.5 m/s 答案：(1)1 m/s 2 (2)6.5 m/s 2.5 m/s2．(2020·嘉兴模拟)滑沙运动时，沙板相对沙地的速度大小会影响沙地对沙板的动摩擦因数．假设滑沙者的速度超过8 m/s 时，滑沙板与沙地间的动摩擦因数就会由μ1＝0.5变为μ2＝0.25，如图1所示，简化模型如图2所示，一滑沙者从倾角θ＝37°的坡顶A 处由静止开始下滑，滑至坡底B (B 处为一平滑小圆弧)后又滑上一段水平地面，最后停在C 处．已知滑板与水平地面间的动摩擦因数恒为μ3＝0.4，AB 坡长L ＝26 m ，sin 37°＝0.6，不计空气阻力，求滑沙者：(1)到B 处时的速度大小； (2)在水平地面上运动的最大距离； (3)在AB 段下滑与BC 段滑动的时间之比．解析：(1)滑沙板的速度较小时：ma 1＝mg sin θ－μ1mg cos θ 代入数据可得：a 1＝2 m/s 2，速度达到8 m/s 的过程中的位移：x 1＝v 212a 1＝822×2 m ＝16 m ；滑沙板的速度较大时：ma 2＝mg sin θ－μ2mg cos θ， 代入数据可得：a 2＝4 m/s 2设到达B 的速度为v 2，则：v 22－v 21＝2a 2(L －x 1)，代入数据可得：v 2＝12 m/s(2)滑沙板在水平面上的加速度：a 3＝－μ3mg m ＝－μ3g ＝－0.4×10 m/s 2＝－4 m/s 2，由位移－速度公式可得：x 3＝0－v 222a 2＝0－1442×(－4) m ＝18 m.(3)滑沙板的速度达到8 m/s 的时间：t 1＝v 1a 1＝82 s ＝4 s ，第二段时间：t 2＝v 2－v 1a 2＝⎝⎛⎭⎫12－84 s ＝1 s ，滑沙板在水平面上的时间：t 3＝0－v 2a 3＝⎝⎛⎭⎫124 s ＝3 s ，所以在AB 段下滑与BC 段滑动的时间之比 t 1＋t 2t 3＝4＋13＝53.答案：(1)12 m/s (2)18 m (3)53[题组二] 用功能观点解决力学综合问题3．(2020·江西盟校一联，24)如图所示，质量为2m 和m 的两个弹性环A 、B 用不可伸长且长为L 的轻绳连接，分别套在水平细杆OP 和竖直细杆OQ 上，OP 与OQ 在O 点用一小段圆弧杆平滑相连，且OQ 足够长．初始时刻，将轻绳拉至水平位置伸直，然后释放两个小环，A 环通过小段圆弧杆时速度大小保持不变，重力加速度为g ，不计一切摩擦，试求：(1)当B 环下落L2时，A 环的速度大小；(2)A 环到达O 点后再经过多长时间能够追上B 环．解析：(1)当B 环下落L2时绳子与水平方向之间的夹角满足sin α＝L 2L ＝12，即α＝30°由速度的合成与分解可知v 绳＝v A cos 30°＝v B sin 30° 则v B ＝v Atan 30°＝3v A ，B 下降的过程中，A 与B 组成的系统机械能守恒，有 mg L 2＝12·2m v 2A ＋12m v 2B 所以A 环的速度v A ＝5gL5. (2)由于A 到达O 点时，B 的速度等于0，由机械能守恒， 12·2m v A ′2＝mgL ，解得v A ′＝gL ， 环A 过O 点后做初速度为v A ′、加速度为g 的匀加速直线运动，B 做自由落体运动． 当A 追上B 时，有v A ′t ＋12gt 2＝L ＋12gt 2，解得t ＝Lg . 答案：(1)5gL5(2)L g4．如图所示，半径R ＝0.3 m 的竖直圆槽形光滑轨道与水平轨道AC 相切于B 点，水平轨道的C 点固定有竖直挡板，轨道上的A 点静置有一质量m ＝1 kg 的小物块(可视为质点)．现给小物块施加一大小为F ＝6.0 N 、方向水平向右的恒定拉力，使小物块沿水平轨道AC 向右运动，当运动到AB 之间的D 点(图中未画出)时撤去拉力，小物块继续滑行到B 点后进入竖直圆槽形轨道做圆周运动，当物块运动到最高点时，由压力传感器测出小物块对轨道最高点的压力为103N ．已知水平轨道AC 长为2 m ，B 为AC 的中点，小物块与AB 段间的动摩擦因数μ1＝0.45，取重力加速度g ＝10 m/s 2.求：(1)小物块运动到B 点时的速度大小； (2)拉力F 作用在小物块上的时间t ；(3)若小物块从竖直圆槽形轨道滑出后，经水平轨道BC 到达C 点，与竖直挡板相碰时无机械能损失，为使小物块从C 点返回后能再次冲上圆槽形轨道且不脱离，试求小物块与水平轨道BC 段间的动摩擦因数的取值范围．解析：(1)小物块运动到轨道最高点时，由牛顿第二定律得F N ＋mg ＝m v 2R ，由牛顿第三定律得F N ＝F N ′＝103N联立解得v ＝2 m/s物块从B 运动到轨道最高点的过程，由机械能守恒定律得mg ·2R ＋12m v 2＝12m v 2B ，解得v B ＝4 m/s.(2)小物块从A 运动到B 点的过程，由动能定理得 Fs －μ1mgx AB ＝12m v 2B－0，根据牛顿第二定律得：F －μ1mg ＝ma ， 由运动学公式有s ＝12at 2，联立解得t ＝53s.(3)设BC 段的动摩擦因数为μ2.①设物块在圆槽形轨道最高点的最小速度为v 1，则由牛顿第二定律可得：mg ＝m v 21R ，由动能定理得：－2μ2mgx BC －2mgR ＝12m v 21－12m v 2B 代入数据解得μ2＝0.025故为使物块能从C 点返回通过轨道的最高点而不会脱离轨道，应满足0≤μ2≤0.025 ②若物块从C 点返回在圆槽形轨道上升高度R 时速度为零，由动能定理可得：－2μ2mgx BC －mgR ＝0－12m v 2B代入数据解得：μ2＝0.25物块从C 返回刚好停止到B 点，由动能定理可得： －2μ2mgx BC ＝0－12m v 2B代入数据解得：μ2＝0.4故为使物块能返回圆槽形轨道且能沿轨道运动而不会脱离轨道，满足0.25≤μ2＜0.4 综上所述，0≤μ2≤0.025或0.25≤μ2＜0.4. 答案：见解析[题组三] 用动量与能量观点解决力学综合问题5．(2020·唐山一模)光滑水平地面上，木板A 左端与竖直墙壁接触处于静止状态，可视为质点的小木块B 停在木板的右端，如图所示．对木块施加水平向左的瞬时冲量使其获得初速度v 0＝7 m/s ，经时间t ＝0.5 s 木块运动到竖直墙壁处，速度大小减为v 1＝5 m/s.木块与墙壁发生弹性碰撞后，恰能停在木板右端．重力加速度g ＝10 m/s 2，求：(1)木板的长度L 和木板与木块间的动摩擦因数μ； (2)木板和木块的质量的比值． 解析：(1)木块向左做匀减速运动时，则 L ＝v 0＋v 12t ＝7＋52×0.5 m ＝3 m对木块，取向左为正方向，由动量定理得－μmgt ＝m v 1－m v 0. 解得，动摩擦因数为μ＝0.4(2)木块在木板上向右滑动的过程中，取向右为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律得：m v 1＝(M ＋m )v12m v 21＝μmgL ＋12(M ＋m )v 2 解得Mm＝24.答案：(1)3 m 0.4 (2)246．(2020·安徽一模)如图所示，水平固定一个光滑长杆，有一个质量为2m 小滑块A 套在细杆上可自由滑动．在水平杆上竖直固定一个挡板P ，小滑块靠在挡板的右侧处于静止状态，在小滑块的下端用长为L 的细线悬挂一个质量为m 的小球B ，将小球拉至左端水平位置使细线处于自然长度，由静止释放，已知重力加速度为g .求：(1)小球第一次运动到最低点时，细绳对小球的拉力大小； (2)小球运动过程中，相对最低点所能上升的最大高度； (3)小滑块运动过程中，所能获得的最大速度．解析：(1)小球第一次摆到最低点过程中，由机械能守恒定律得：mgL ＝12m v 2解得：v ＝2gL在最低点，由牛顿第二定律得 F －mg ＝m v 2L解得，小球到达最低点时，细线对小球的拉力大小 F ＝3mg(2)小球与滑块共速时，滑块运动到最大高度h .取水平向右为正方向，由动量守恒定律与机械能守恒定律得m v ＝(2m ＋m )v 共． 12m v 2＝mgh ＋12(2m ＋m )v 2共. 联立解得h ＝23L(3)小球摆回最低点，滑块获得最大速度，此时小球速度为v 1，滑块速度为v 2 m v ＝m v 1＋2m v 2 12m v 2＝12m v 21＋12·2m v 22. 解得：v 2＝232gL答案：(1)3mg (2)23L (3)232gL[题组四] 用“三大观点”解决力学综合模型7．(2019·广东省惠州市第二次调研)如图甲所示，半径为R ＝0.45 m 的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内，B 为轨道最低点，在光滑水平面上紧挨B 点有一静止的平板车，其质量M ＝5 kg ，长度L ＝0.5 m ，车的上表面与B 点等高，可视为质点的物块从圆弧轨道最高点A 由静止释放，其质量m ＝1 kg ，g 取10 m/s 2.(1)求物块滑到B 点时对轨道压力的大小；(2)若平板车上表面粗糙，物块最终没有滑离平板车，求物块最终速度的大小；(3)若将平板车固定且在上表面铺上一种动摩擦因数逐渐增大的特殊材料，物块在平板车上向右滑动时，所受摩擦力F f 随它距B 点位移L 的变化关系如图乙所示，物块最终滑离了平板车，求物块滑离平板车时的速度大小．解析：(1)物块从圆弧轨道A 点滑到B 点的过程中机械能守恒，有 mgR ＝12m v 2B解得v B ＝3 m/s在B 点由牛顿第二定律得F N －mg ＝m v 2BR解得：F N ＝30 N则物块滑到B 点时对轨道的压力大小F N ′＝F N ＝30 N(2)物块滑上平板车后，系统的动量守恒，以物块的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得m v B ＝(m ＋M )v 共解得v 共＝0.5 m/s(3)由题图知，物块在平板车上滑行时克服摩擦力做的功为F f －L 图线与横轴所围的“面积”，则W f ＝(2＋6)×0.52J ＝2 J 物块在平板车上滑动过程中，由动能定理得： －W f ＝12m v 2－12m v 2B解得：v ＝ 5 m/s答案：(1)30 N (2)0.5 m/s (3) 5 m/s8．如图所示，质量M ＝4 kg 的滑板B 静止放在光滑水平面上，滑板右端固定一根轻质弹簧，弹簧的自由端C 到滑板左端的距离L ＝0.5 m ．可视为质点的小木块A 质量m ＝1 kg ，原来静止于滑板的左端．滑板与木块A 之间的动摩擦因数μ＝0.2.当滑板B 受水平向左恒力F ＝14 N 作用时间t 后撤去F ，这时木块A 恰好到达弹簧自由端C 处，此后运动过程中弹簧的最大压缩量为s ＝5 cm.g 取10 m/s 2.(1)求水平恒力F 的作用时间t .(2)求木块A 压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能．(3)当小木块A 脱离弹簧且系统达到稳定后，求整个运动过程中系统所产生的热量． 解析：(1)木块A 和滑板B 均向左做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得a A ＝μmgm① a B ＝F －μmgM② 根据题意有s B －s A ＝L ， 即12a B t 2－12a A t 2＝L ， ③ 将数据代入①②③联立解得t ＝1 s. (2)1 s 末木块A 和滑板B 的速度分别为 v A ＝a A t ④ v B ＝a B t ⑤当木块A 和滑板B 的速度相同时，弹簧压缩量最大，具有最大弹性势能，根据动量守恒定律有m v A ＋M v B ＝(m ＋M )v ⑥ 由能的转化与守恒得12m v 2A ＋12M v 2B ＝12(m ＋M )v 2＋E p ＋μmgs ⑦ 代入数据求得最大弹性势能E p ＝0.3 J.(3)二者同速之后，设木块相对木板向左运动离开弹簧后系统又能达到共同速度v ′，相对木板向左滑动距离为x ，有m v A ＋M v B ＝(m ＋M )v ′ ⑧ 由⑧式解得v ＝v ′.由能的转化与守恒定律可得E p ＝μmgx ， ⑨ 由⑨式解得x ＝0.15 m.由于s ＋L ＞x 且x ＞s ，故假设成立．整个过程系统产生的热量为Q ＝μmg (L ＋s ＋x )， ⑩ 由⑩式解得Q ＝1.4 J.答案：(1)1 s (2)0.3 J (3)1.4 J。
2020届高考物理二轮复习 专题强化练(含解析)【共18套150页】
本套资源目录2020届高考物理二轮复习专题强化练一力与物体的平衡含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练七碰撞与动量守恒定律含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练三力与曲线运动含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练九磁场及带电粒子在磁场中的运动含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练二力与直线运动含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练五功和功率动能定理含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练八电场及带电粒子在电场中的运动含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练六机械能守恒定律功能关系含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十一直流电路与交流电路含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十七选修模块含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十三三大观点解决电磁感应问题含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十二电磁感应规律及其应用含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十五力学实验含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十八选修模块含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十六电学实验含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十四近代物理初步含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练十带电粒子在复合场中的运动含解析2020届高考物理二轮复习专题强化练四万有引力定律与航天含解析专题强化练(一)考点1 物体的受力分析1．(2019·浙江卷)如图所示，小明撑杆使船离岸，则下列说法正确的是( )A．小明与船之间存在摩擦力B．杆的弯曲是由于受到杆对小明的力C．杆对岸的力大于岸对杆的力D．小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力解析：小明与船之间存在静摩擦力，A正确；杆的弯曲是由于受到小明对杆的作用力，B错误；杆对岸的力与岸对杆的力是作用力与反作用力，大小相等，C错误；小明对杆的力和岸对杆的力受力物体都是杆，两者不是作用力与反作用力，故D错误．答案：A2．(2018·商丘一模)如图所示，物体B与竖直墙面接触，在竖直向上的力F的作用下，A、B均保持静止，则物体B的受力个数为( )A．2个B．3个C．4个D．5个解析：物体A处于静止状态，其受到的合外力为零，受力分析如甲图所示；对物体A、B整体受力分析如图乙所示，竖直墙面对物体B没有弹力作用，则墙面也不会提供静摩擦力；对物体B受力分析，如图丙所示，则物体B受到4个力的作用，选项C正确．答案：C3．(2019·柳州模拟)两个质量相同的直角楔形物体a和b，分别在垂直于斜边的恒力F1和F2作用下静止在竖直墙面上，如图所示，下列说法正确的是( )A．a、b一定都受四个力的作用B．a、b所受摩擦力的方向都是竖直向上C．F2一定小于F1D．F1、F2大小可能相等解析：对a受力分析如图甲：除摩擦力外的三个力不可能平衡，故一定有摩擦力，摩擦力方向竖直向上，故a受四个力；除摩擦力外对b受力分析如图乙：除摩擦力外，F N、F2、mg三力有可能平衡，沿竖直方向和水平方向分解F2，设F2与竖直方向夹角为α则有：F2cos α＝mg，F2sin α＝F N，解得F2＝mgcos α；(1)若F2＝mgcos α没有摩擦力，此时b受3个力；(2)若F2＞mgcos α，摩擦力向下，b受四个力；(3)若F2＜mgcos α，摩擦力向上，b受四个力；F1和F2没有必然的联系，有可能相等，但也有可能不等，故D正确，A、B、C错误．答案：D考点2 共点力的平衡4．(2019·江苏卷)如图所示，一只气球在风中处于静止状态，风对气球的作用力水平向右．细绳与竖直方向的夹角为α，绳的拉力为T，则风对气球作用力的大小为( )A.F Tsin αB.F Tcos αC ．F T sin αD ．F T cos α解析：以气球为研究对象，受力分析如图所示，则由力的平衡条件可知，气球在水平方向的合力为零，即风对气球作用力的大小为F ＝F T sin α，C 正确，A 、B 、D 错误．答案：C5．(多选)(2019·烟台调研)如图所示，将一劲度系数为k 的轻弹簧一端固定在内壁光滑的半球形容器底部O ′处(O 为球心)，弹簧另一端与质量为m 的小球相连，小球静止于P 点．已知容器半径为R 、与水平地面之间的动摩擦因数为μ，OP 与水平方向的夹角为θ＝30°.下列说法正确的是( )A ．轻弹簧对小球的作用力大小为32mg B ．容器相对于水平地面有向左的运动趋势 C ．容器和弹簧对小球的作用力的合力竖直向上 D ．弹簧原长为R ＋mgk解析：对小球受力分析，如图所示，因为θ＝30°，所以三角形OO ′P 为等边三角形，由相似三角形法得F N ＝F ＝mg ，所以A 项错误；由整体法得，容器与地面间没有相对运动趋势，B 项错误；小球处于平衡状态，容器和弹簧对小球的作用力的合力与重力平衡，故C 项正确；由胡克定律有F ＝mg ＝k (L 0－R )，解得弹簧原长L 0＝R ＋mg k，D 项正确．答案：CD考点3 动态平衡6．(多选)(2019·新乡模拟)如图所示，木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点，物体A、B叠放在木板上且处于静止状态，此时物体B的上表面水平．现使木板P 绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，物体A、B仍保持静止，与原位置的情况相比( )A．B对A的支持力不变B．B对A的支持力减小C．木板对B的支持力增大D．木板对B的摩擦力增大解析：开始时，A只受到重力和支持力作用而处于平衡状态，所以B对A的支持力与A的重力大小相等、方向相反，A不受B的摩擦力作用，P转动后，A受到重力、B对A的支持力和摩擦力作用而平衡，此时B对A的支持力和摩擦力的合力与A的重力大小相等，所以B对A的支持力一定减小了，B正确，A错误；以整体为研究对象，受到总重力G、板的支持力F N和摩擦力F f作用，设板的倾角为θ，由平衡条件有F N＝G cos θ，F f＝G sin θ，θ减小，F N增大，F f减小，C正确，D错误．答案：BC7．(多选)(2019·潍坊调研)如图所示，倾角为θ的斜面体c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接，连接b的一段细绳与斜面平行．在a中的沙子缓慢流出的过程中，a、b、c都处于静止状态，则( )A．b对c的摩擦力一定减小B．b对c的摩擦力方向可能平行斜面向上C．地面对c的摩擦力方向一定向右D．地面对c的摩擦力一定减小解析：若m a g＞m b g sin θ，则b对c的摩擦力平行于斜面向上，且随a中的沙子缓慢流出，b对c的摩擦力减小；若m a g＜m b g sin θ，则b对c的摩擦力平行于斜面向下，且随a中的沙子缓慢流出，b对c的摩擦力增大，A错误，B正确；以b、c为整体受力分析，应用平衡条件可得，地面对c的摩擦力方向一定水平向左，且F f＝m a g cos θ，随m a的减小而减小，C错误，D正确．答案：BD8．(多选)(2019·西安模拟)如图所示，一根绳子一端固定于竖直墙上的A 点，另一端绕过动滑轮P 悬挂一重物B ，其中绳子的PA 段处于水平状态，另一根绳子一端与动滑轮P 的轴相连，在绕过光滑的定滑轮Q 后在其端点O 施加一水平向左的外力F ，使整个系统处于平衡状态，滑轮均光滑、轻质，且均可看作质点，现拉动绳子的端点O 使其向左缓慢移动一小段距离后达到新的平衡状态，则该平衡状态与原平衡状态相比较( )A ．拉力F 增大B ．拉力F 减小C ．角θ不变D ．角θ减小解析：以动滑轮P 为研究对象，AP 、BP 段绳子受的力始终等于B 的重力，两绳子拉力的合力在∠APB 的角平分线上，拉动绳子后，滑轮向上运动，两绳子夹角减小，两拉力的合力增大，故F 增大，A 项正确，B 项错误；PQ 与竖直方向夹角等于∠APB 的一半，故拉动绳子后角θ减小，C 项错误，D 项正确．答案：AD9．(2019·商丘模拟)如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔．质量为m 的小球套在圆环上．一根细线的下端系着小球，上端穿过小孔用手拉住．现拉动细线，使小球沿圆环缓慢上移．在移动过程中手对线的拉力F 和轨道对小球的弹力F N 的大小变化情况是( )A ．F 不变，F N 增大B ．F 不变，F N 减小C ．F 减小，F N 不变D ．F 增大，F N 减小解析：小球沿圆环缓慢上移过程中，受重力G 、拉力F 、弹力F N 三个力处于平衡状态．小球受力如图所示，由图可知△OAB ∽△F N AF ，即：G R ＝F AB ＝F NR，当A 点上移时，半径R 不变，AB 长度减小，故F 减小，F N 不变，故选项C 正确．答案：C10．(多选)(2019·威海一中摸底)如图所示，质量均为m 的小球A 、B 用劲度系数为k 1的轻弹簧相连，B 球用长为L 的细绳悬于O 点，A 球固定在O 点正下方，当小球B 平衡时，所受绳子的拉力为F T 1，弹簧的弹力为F 1；现把A 、B 间的弹簧换成原长相同但劲度系数为k 2(k 2＞k 1)的另一轻弹簧，在其他条件不变的情况下仍使系统平衡，此时小球B 所受绳子的拉力为F T 2，弹簧的弹力为F 2.则下列关于F T 1与F T 2、F 1与F 2大小之间的关系，正确的是( )A ．F T 1＞F T 2B ．F T 1＝F T 2C ．F 1＜F 2D ．F 1＝F 2解析：以小球B 为研究对象，分析受力情况，如图所示．由平衡条件可知，弹簧的弹力F 和绳子的拉力T 的合力F 合与重力mg 大小相等，方向相反，即F 合＝mg ，作出力的合成图如图，由力三角形与几何三角形相似得：mg AO ＝F AB ＝F TOB.当弹簧劲度系数变大时，弹簧的压缩量减小，故AB 长度增加，而OB 、OA 的长度不变，故F T 1＝F T 2，F 2＞F 1，A 、D 错误，B 、C 正确．答案：BC考点4 电学中的平衡问题11．(2018·重庆高三测试)如图所示，在倾角为30°的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L 、质量为m 的直导体棒，导体棒中电流为I .要使导体棒静止在斜面上，需要外加匀强磁场的磁感应强度B 的最小值为( )A.mg 2ILB.3mg 2ILC.mg ILD.3mg IL解析：平衡状态下导体棒受三个力，重力为恒力，支持力的方向不变，安培力的大小和方向不确定；由动态平衡知当安培力F 平行于斜面向上时安培力最小，则B 最小，即BIL ＝mg sin 30°，B ＝mg2IL，由左手定则知B 的方向垂直于斜面向下．答案：A12．(2019·青岛模拟)如图，绝缘光滑圆环竖直放置，a 、b 、c 为三个套在圆环上可自由滑动的空心带电小球，已知小球c 位于圆环最高点，ac 连线与竖直方向成60°角，bc 连线与竖直方向成30°角，三个小球均处于静止状态．下列说法正确的是( )A ．a 、b 、c 小球带同种电荷B ．a 、b 小球带异种电荷，b 、c 小球带同种电荷C ．a 、b 小球电量之比为36D ．a 、b 小球电量之比为39解析：对c 小球受力分析可得，a 、b 小球必须带同种电荷，c 小球才能平衡．对b 小球受力分析可得，b 、c 小球带异种电荷，b 小球才能平衡．故A 、B 项错误；对c 小球受力分析，将力正交分解后可得：kq a q c r 2ac sin 60°＝k q b q cr 2bcsin 30°，又r ac ∶r bc ＝1∶3，解得q a ∶q b ＝3∶9.故C 项错误，D 项正确．答案：D专题强化练(七)考点1 冲量与动量定理的应用1．(2019·太原模拟)如图所示是一种弹射装置，弹丸的质量为m ，底座的质量为3m ，开始时均处于静止状态．当弹丸以速度v (相对于地面)发射出去后，底座的速度大小为v4，在发射弹丸过程中，底座受地面的摩擦力的冲量为( )A ．零 B.mv4，方向向右C.mv3，方向向右D.3mv4，方向向左 解析：设向右为正方向，对弹丸，根据动量定理：I ＝mv ，力的作用是相互的，则弹丸对底座的作用力的冲量为：－mv ，对底座，根据动量定理：I f ＋(－mv )＝－3m ·v4得：I f＝mv4，为正表示方向向右，故B 正确，A 、C 、D 错误． 答案：B2．(多选)(2018·福建四校二次联考)如图所示，足够长的固定光滑斜面倾角为θ，质量为m 的物体以速度v 从斜面底端冲上斜面，达到最高点后又滑回原处，所用时间为t .对于这一过程，下列判断正确的是( )A ．斜面对物体的弹力的冲量为零B ．物体受到的重力的冲量大小为mgtC ．物体受到的合力的冲量大小为零D ．物体动量的变化量大小为mg sin θ·t解析：斜面对物体的弹力的冲量大小为：I ＝F N t ＝mg cos θ·t ，弹力的冲量不为零，故A 错误；物体所受重力的冲量大小为：I G ＝mg ·t ，物体受到的重力的冲量大小不为零，故B 正确；物体受到的合力的冲量大小为mgt sin θ，不为零，C 错误；由动量定理得，动量的变化量大小Δp ＝I 合＝mg sin θ·t ，D 正确．答案：BD3．(多选)(2019·曲靖模拟)如图所示，木板B 放在光滑的水平面上，滑块A 在木板上从右向左运动，刚滑上木板B的最右端时，其动能为E1，动量大小为p1；滑到木板B的最左端时，其动能为E2，动量大小为p2；A、B间动摩擦因数恒定，则该过程中，滑块A的平均速度大小为()A.E1＋E2p1＋p2B.E2－E1p2－p1C.E1p1＋E2p2D.E1p1－E2p2解析：设当滑块A从木板右端滑到左端时，经过的时间为t，发生的位移为x，则由动能定理得E2－E1＝－F f x；由动量定理得p2－p1＝－F f t，解得v＝xt＝E2－E1p2－p1；选项B正确，A错误；因E1p1＝12mv21mv1＝v12，E2p2＝12mv22mv2＝v22，因滑块A做匀变速直线运动，则平均速度v＝v1＋v22＝E1p1＋E2p2，选项C正确，D错误．答案：BC4．(2018·马鞍山模拟)质量为2 kg的小物块静止于光滑水平面上，从某一时刻开始，小物块所受的水平冲量与时间的关系如图所示，则在6 s内物块的位移为( )A．0 B．3 m C．6 m D．12 m解析：由图可知0～3 s内以及3～6 s内物块受到的冲量都是与时间成线性关系，可知在0～3 s内和3～6 s内物块受到的力都不变，物体做匀变速直线运动，在0～3 s内物块做初速度等于0的匀加速直线运动，在3～6 s内物块做匀减速直线运动，由运动的对称性可知，6 s末物块的速度又等于0.在0～3 s末，根据动量定理可得I＝Δp＝mv，所以v＝Im＝42m/s＝2 m/s，所以小物块在6 s内的位移x＝v2t1＋v2·t2＝v2·t＝22×6 m＝6 m．故C正确．答案：C考点2 碰撞和动量守恒定律的应用5．(2019·惠州模拟)质量为1 kg 的物体从距地面5 m 高处自由下落，落在正以5 m/s 的速度沿水平方向匀速前进的小车上，车上装有沙子，车与沙的总质量为4 kg ，地面光滑，则车后来的速度为(g 取10 m/s 2)( )A ．4 m/sB ．5 m/sC ．6 m/sD ．7 m/s解析：物体和车作用过程中，两者组成的系统水平方向不受外力，水平方向系统的动量守恒．已知两者作用前，车在水平方向的速度v 0＝5 m/s ，物体水平方向的速度v ＝0；设当物体与小车相对静止后，小车的速度为v ′，取原来小车速度方向为正方向，则根据水平方向系统的动量守恒得：mv ＋Mv 0＝(M ＋m )v ′，解得：v ′＝mv ＋Mv 0M ＋m ＝4×51＋4m/s ＝4 m/s ，故选项A 正确，B 、C 、D 错误．答案：A6．(2019·烟台模拟)在光滑水平面上有三个弹性小钢球a 、b 、c 处于静止状态．质量分别为2m 、m 和2m .其中a 、b 两球间夹一被压缩了的弹簧，两球通过左右两边的光滑挡板束缚着．若某时刻将挡板撤掉，弹簧便把a 、b 两球弹出，两球脱离弹簧后，a 球获得的速度大小为v ，若b 、c 两球相距足够远，则b 、c 两球相碰后( )A ．b 球的速度大小为13v ，运动方向与原来相反B ．b 球的速度大小为23v ，运动方向与原来相反C ．c 球的速度大小为83vD ．c 球的速度大小为23v解析：设b 球脱离弹簧的速度为v 0，b 、c 两球相碰后b 、c 的速度分别为v b 和v c ，取向右为正方向，弹簧将a 、b 两球弹出过程，由动量守恒定律得0＝－2mv ＋mv 0，解得v 0＝2v ，b 、c 两球相碰过程，由动量守恒定律和机械能守恒得mv 0＝mv b ＋2mv c ，12mv 20＝12mv 2b ＋12·2mv 2c ，联立解得v b ＝－23v (负号表示方向向左，与原来相反)，v c ＝43v ，故B 正确．答案：B7．(多选)(2019·肇庆模拟)如图所示，光滑水平面上有大小相同的A 、B 两球在同一直线上运动．两球质量关系为m B ＝2m A ，规定向右为正方向，A 、B 两球的动量均为6 kg·m/s，运动中两球发生碰撞，碰撞前后A 球动量变化量为－4 kg·m/s，则( )A ．左方是A 球，碰前两球均向右运动B ．右方是A 球，碰前两球均向左运动C ．碰撞后A 、B 两球速度大小之比为2∶5D ．经过验证两球发生的碰撞不是弹性碰撞解析：大小相同的A 、B 两球在光滑水平面上发生碰撞，规定向右为正方向，由动量守恒定律可得Δp A ＝－Δp B ，由题知Δp A ＝－4 kg·m/s，则得Δp B ＝4 kg·m/s.由于碰撞前两球均向右运动，所以左方是A 球，右边是B 球，故A 正确，B 错误；碰撞后，两球的动量分别为p A ′＝p A ＋Δp A ＝6 kg·m/s－4 kg·m/s＝2 kg·m/s，p B ′＝p B ＋Δp B ＝6 kg·m/s ＋4 kg·m/s＝10 kg·m/s，由于两球质量关系为m B ＝2m A ，那么碰撞后A 、B 两球速度大小之比为v ′A v ′B ＝p A ′m Ap B ′m B ＝25，故C 正确；碰撞前系统的总动能为E k ＝p 2A 2m A ＋p 2B2m B ＝18m A ＋362×2m A ＝27m A，碰撞后系统的总动能为E ′k ＝p ′2A 2m A ＋p 2B2m B ＝2m A ＋1002×2m A ＝27m A，可知碰撞过程系统的动能守恒，所以两球发生的碰撞是弹性碰撞，故D 错误．答案：AC8．(2018·宜昌模拟)如图所示，质量为M 的小车静止在光滑的水平面上，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 的水平粗糙轨道，两段轨道相切于B 点，一质量为m 的滑块在小车上从A 点静止开始沿AB 轨道滑下，然后滑入BC 轨道，最后恰好停在C 点．已知小车质量M ＝3m ，滑块与轨道BC 间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g .则( )A ．全程滑块水平方向相对地面的位移R ＋LB ．全程小车相对地面的位移大小x ＝14(R ＋L )C ．滑块m 运动过程中的最大速度v m ＝2gRD ．μ、L 、R 三者之间的关系为R ＝4μL解析：设全程小车相对地面的位移大小为x ′，则滑块水平方向相对地面的位移x ＝R ＋L －x ′.取水平向右为正方向，由水平方向动量守恒得m xt －Mx ′t ＝0，即m R ＋L －x ′t －M x ′t＝0，结合M ＝3m ，解得x ′＝14(R ＋L )，x ＝34(R ＋L )，故A 错误，B 正确；滑块刚滑到B 点时速度最大，取水平向右为正方向，由动量守恒定律和机械能守恒分别得0＝mv m －Mv 、mgR ＝12mv 2m ＋12Mv 2.联立解得v m ＝ 32gR ，故C 错误；对整个过程，由动量守恒定律得0＝(m ＋M )v ′，得v ′＝0，由能量守恒定律得mgR ＝μmgL ，得R ＝μgL ，故D 错误．答案：B考点3 动量和能量的综合应用9．(2019·株洲质检)如图，长l 的轻杆两端固定两个质量相等的小球甲和乙，初始时它们直立在光滑的水平地面上．后由于受到微小扰动，系统从图示位置开始倾倒．当小球甲刚要落地时，其速度大小为( )A.2glB.glC.2gl 2D ．0解析：两球组成的系统水平方向动量守恒，以向右为正方向，在水平方向，由动量守恒定律得：mv －mv ′＝0，即v ＝v ′；由机械能守恒定律得：12mv 2＋12mv ′2＝mgl ，解得：v＝gl ，故B 正确．答案：B10．(多选)(2019·铜川模拟)如图所示，质量为M 的楔形物体静止在光滑的水平地面上，其斜面光滑且足够长，与水平方向的夹角为θ.一个质量为m 的小物块从斜面底端沿斜面向上以初速度v 0开始运动．当小物块沿斜面向上运动到最高点时，速度大小为v ，距地面高度为h ，则下列关系式中正确的是( )A ．mv 0＝(m ＋M )vB ．mv 0cos θ＝(m ＋M )vC ．mgh ＋12(m ＋M )v 2＝12mv 20D ．mgh ＝12m (v 0sin θ)2解析：小物块上升到最高点时，速度与楔形物体的速度相同，系统水平方向动量守恒，全过程机械能也守恒．以向右为正方向，在小物块上升过程中，由水平方向系统动量守恒得：mv 0cos θ＝(m ＋M )v ，故A 错误，B 正确；系统机械能守恒，由机械能守恒定律得：mgh ＋12(m＋M )v 2＝12mv 20，故C 正确，D 错误．答案：BC11．(2019·南昌模拟)有人对鞭炮中炸药爆炸的威力产生了浓厚的兴趣，他设计如下实验，在一光滑水平面上放置两个可视为质点的紧挨着的A 、B 两个物体，它们的质量分别为m 1＝1 kg ，m 2＝3 kg 并在它们之间放少量炸药，水平面左方有一弹性的挡板，水平面右方接一光滑的14竖直圆轨道．开始A 、B 两物体静止，点燃炸药让其爆炸，物体A 向左运动与挡板碰后原速返回，在水平面上追上物体B 并与其碰撞后粘在一起，最后恰能到达圆弧最高点，已知圆弧的半径为R ＝0.2 m ，g 取10 m/s 2.求炸药爆炸时对A 、B 两物体所做的功．解析：炸药爆炸后，设A 的速度大小为v 1，B 的速度大小为v 2.取向左为正方向，由动量守恒定律得m 1v 1－m 2v 2＝0，A 物体与挡板碰后追上B 物体，碰后两物体共同速度设为v ，取向右为正方向，由动量守恒定律得m 1v 1＋m 2v 2＝(m 1＋m 2)v ，两物体上升到圆弧的最高点时速度为0，两物体的动能转化为重力势能，由机械能守恒定律得12(m 1＋m 2)v 2＝(m 1＋m 2)gR ， 炸药爆炸时对A 、B 两物体所做的功W ＝12m 1v 21＋12m 2v 22，联立解得W ＝10.7 J. 答案：10.7 J12．(2019·廊坊模拟)如图所示，质量M ＝0.3 kg 的长木板A 放在光滑的水平面上，板长L ＝1.5 m ，在其左端放一质量m ＝0.1 kg 的物块B .现给A 和B 以大小相等、方向相反的水平初速度v 0＝2 m/s ，使A 开始向左运动、B 开始向右运动．物块与木板间的动摩擦因数为μ，g 取10 m/s 2.(1)要使物块B 不从长木板A 的右端滑落，求动摩擦因数μ的取值范围；(2)若B 恰好不从长木板A 的右端滑落，求B 相对长木板A 滑动过程中发生的对地位移大小．解析：(1)当物块B 滑到木板A 的最右端与木板有共同速度v 时，取水平向左为正方向，根据动量守恒定律得Mv 0－mv 0＝(M ＋m )v ，根据能量守恒定律知12Mv 20＋12mv 20＝12(M ＋m )v 2＋μmgL ， 联立解得v ＝1 m/s ，μ＝0.4，所以要使物块B 不从长木板A 的右端滑落，动摩擦因数μ的取值范围为μ≥0.4； (2)B 相对于A 滑动过程中的加速度大小a ＝μmg m＝μg ＝4 m/s 2，由运动学公式有2ax ＝v 20－v 2，解得B 相对长木板A 滑动过程中发生的对地位移x ＝0.375 m. 答案：(1)μ≥0.4 (2)0.375 m专题强化练(三)考点1 运动的合成与分解1．(2019·六安模拟)小船在400米宽的河中横渡，河水流速是2 m/s ，船在静水中的航速是4 m/s ，要使船的航程最短，则船头的指向和渡河的时间t 分别为( )A ．船头应垂直指向对岸，t ＝100 sB ．船头应与上游河岸成60°角，t ＝20033 sC ．船头应垂直指向对岸，t ＝20033 sD ．船头应与下游河岸成60°角，t ＝100 s解析：当合速度的方向与河岸垂直时，渡河位移最短，设船头与上游河岸方向的夹角为θ，则cos θ＝v 水v 船＝12，所以θ＝60°，渡河的位移x ＝d ＝400 m ，根据矢量合成法则有v 合＝v 2船－v 2水＝42－22m/s ＝2 3 m/s ，渡河时间t ＝d v 合＝40023 s ＝20033s ，故B 正确，A 、C 、D 错误．答案：B2．(2019·济宁模拟)如图所示，细线一端固定在天花板上的O 点，另一端穿过一张CD 光盘的中央小孔后拴着一个橡胶球，橡胶球静止时，竖直悬线刚好挨着水平桌面的边缘．现将CD 光盘按在桌面上，并沿桌面边缘以速度v 匀速移动，移动过程中，CD 光盘中央小孔始终紧挨桌面边线，当悬线与竖直方向的夹角为θ时，小球上升的速度大小为( )A ．v sin θB ．v cos θC ．v tan θ D.vtan θ解析：将光盘水平向右移动的速度v 分解为沿细线方向的速度和垂直于细线方向的速度，而小球上升的速度大小与速度v 沿细线方向的分速度大小相等，故可得：v 球＝v sin θ，A 正确．答案：A3．(2019·临汾模拟)一物体由静止开始自由下落，一小段时间后突然受一恒定水平向右的风力的影响，但着地前一段时间内风力突然停止，则其运动的轨迹可能是( )解析：当有水平向右的风时，会产生水平向右的加速度，轨迹向右弯曲，风力停止时，合力向下，且轨迹不能急折，故C 项正确．答案：C考点2 平抛运动4.(多选)(2019·株洲模拟)将一小球以水平速度v 0＝10 m/s 从O 点向右抛出，经 3 s 小球恰好垂直落到斜面上的A 点，不计空气阻力，g 取10 m/s 2，B 点是小球做自由落体运动在斜面上的落点，如图所示，以下判断正确的是( )A ．斜面的倾角约是30°B ．小球的抛出点距斜面的竖直高度约是15 mC ．若将小球以水平速度v ′0＝5 m/s 向右抛出，它一定落在AB 的中点P 的上方D ．若将小球以水平速度v ′0＝5 m/s 向右抛出，它一定落在AB 的中点P 处 解析：设斜面倾角为θ，对小球在A 点的速度进行分解有tan θ＝v 0gt，解得θ＝30°，A 项正确；小球距过A 点水平面的距离为h ＝12gt 2＝15 m ，所以小球的抛出点距斜面的竖直高度肯定大于15 m ，B 项错误；若小球的初速度为v 0′＝5 m/s ，过A 点作水平面，小球落到水平面的水平位移是小球以初速度v 0＝10 m/s 抛出时的一半，延长小球运动的轨迹线，得到小球应该落在P 、A 之间，C 项正确，D 项错误．答案：AC5．(2019·广东四校联考)从同一高度同时将a 、b 两个完全相同的小球分别竖直上抛和斜上抛，它们的初速度大小相同；若不计空气阻力，则以下说法中正确的是( )A ．在空中运动的过程中，两球的加速度相同B ．两球触地时的瞬时速率不同C ．两球在空中运动的时间相同D ．两球运动的位移相同解析：两球在空中都只受重力作用，两球的加速度都为重力加速度g ，A 项正确；因两球都只受重力，则机械能均守恒，据机械能守恒定律有12mv 20＋mgh ＝12mv 2t ，可知两球触地时的速率相同，B 项错误；因两球以相同的速率分别竖直上抛和斜上抛，则知两球在空中运动时间不同，C 项错误；因两球初始时运动方向不同，则它们发生的位移不同，D 项错误．答案：A6．(多选)(2018·天水二模)如图所示，某一运动员从弧形雪坡上沿水平方向飞出后，又落回到斜面雪坡上．若斜面雪坡的倾角为θ，飞出时的速度大小为v 0，不计空气阻力．运动员飞出后在空中的姿势保持不变．重力加速度为g ，则()A ．如果v 0不同，则该运动员落到雪坡时的速度方向也就不同B ．不论v 0多大，该运动员落到雪坡时的速度方向都是相同的C ．运动员在空中经历的时间是2v 0tan θg D．运动员落到雪坡时的速度大小是v 0cos θ解析：设在空中飞行时间为t ，运动员竖直位移与水平位移之比y x ＝12gt 2v 0t ＝gt 2v 0＝tan θ，则有飞行的时间t ＝2v 0tan θg，故C 正确；竖直方向的速度大小为v y ＝gt ＝2v 0tan θ，运动员落回雪坡时的速度大小v ＝v 20＋v 2y ＝v 01＋4tan 2θ，故D 错误；设运动员落到雪坡时的速度方向与水平方向夹角为α，则tan α＝v y v x ＝2v 0tan θv 0＝2tan θ，由此可知，运动员落到雪坡时的速度方向与初速度方向无关，初速度不同，运动员落到雪坡时的速度方向相同，故A 错误，B 正确．答案：BC考点3 圆周运动7.(2019·惠州模拟)如图所示，一个菱形框架绕着过对角线的竖直轴匀速转动，在两条边上各有一个质量相等的小球套在上面，整个过程小球相对框架没有发生滑动，A 与B 到轴的距离相等，则下列说法正确的是( )A ．框架对A 的弹力方向垂直框架向下B ．框架对B 的弹力方向可能垂直框架向下。
2020年高考物理重点难点易考点总结-力学三大观点的综合应用
第3课时力学三大观点的综合应用1．动量定理的公式Ft＝p′－p除表明两边大小、方向的关系外，还说明了两边的因果关系，即合外力的冲量是动量变化的原因．动量定理说明的是合外力的冲量与动量变化的关系，反映了力对时间的累积效果，与物体的初、末动量无必然联系．动量变化的方向与合外力的冲量方向相同，而物体在某一时刻的动量方向跟合外力的冲量方向无必然联系．动量定理公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力，它可以是恒力，也可以是变力，当F为变力时，F应是合外力对作用时间的平均值．2．动量守恒定律(1)内容：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．(2)表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；或p＝p′(系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p′)；或Δp ＝0(系统总动量的增量为零)；或Δp1＝－Δp2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的增量大小相等、方向相反)．(3)守恒条件①系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的合力为零．②系统合外力不为零，但在某一方向上系统合力为零，则系统在该方向上动量守恒．③系统虽受外力，但外力远小于内力且作用时间极短，如碰撞、爆炸过程．3．解决力学问题的三个基本观点(1)力的观点：主要是牛顿运动定律和运动学公式相结合，常涉及物体的受力、加速度或匀变速运动的问题．(2)动量的观点：主要应用动量定理或动量守恒定律求解，常涉及物体的受力和时间问题，以及相互作用物体的问题．(3)能量的观点：在涉及单个物体的受力和位移问题时，常用动能定理分析；在涉及系统内能量的转化问题时，常用能量守恒定律．1．力学规律的选用原则(1)单个物体：宜选用动量定理、动能定理和牛顿运动定律．若其中涉及时间的问题，应选用动量定理；若涉及位移的问题，应选用动能定理；若涉及加速度的问题，只能选用牛顿第二定律．(2)多个物体组成的系统：优先考虑两个守恒定律，若涉及碰撞、爆炸、反冲等问题时，应选用动量守恒定律，然后再根据能量关系分析解决．2．系统化思维方法，就是根据众多的已知要素、事实，按照一定的联系方式，将其各部分连接成整体的方法． (1)对多个物理过程进行整体思维，即把几个过程合为一个过程来处理，如用动量守恒定律解决比较复杂的运动． (2)对多个研究对象进行整体思维，即把两个或两个以上的独立物体合为一个整体进行考虑，如应用动量守恒定律时，就是把多个物体看成一个整体(或系统).考向1 动量和能量的观点在力学中的应用例1 (2014·安徽·24)在光滑水平地面上有一凹槽A ，中央放一小物块B .物块与左右两边槽壁的距离如图1所示，L 为1.0 m ，凹槽与物块的质量均为m ，两者之间的动摩擦因数μ为0.05.开始时物块静止，凹槽以v 0＝5 m /s 的初速度向右运动，设物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失，且碰撞时间不计，g 取10 m/s 2.求：图1(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度；(2)从凹槽开始运动到两者刚相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数；(3)从凹槽开始运动到两者刚相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小． 解析 (1)设两者间相对静止时速度为v ，由动量守恒定律得m v 0＝2m v v ＝2.5 m/s ，方向向右．(2)设物块与凹槽间的滑动摩擦力F f ＝μF N ＝μmg 设两者相对静止前相对运动的路程为s 1，由动能定理得－F f ·s 1＝12(m ＋m )v 2－12m v 20解得s 1＝12.5 m已知L ＝1 m ，可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞．(3)设凹槽与物块碰前的速度分别为v 1、v 2，碰后的速度分别为v 1′、v 2′.有m v 1＋m v 2＝m v 1′＋m v 2′12m v 21＋12m v 22＝12m v 1′2＋12m v 2′2 得v 1′＝v 2，v 2′＝v 1即每碰撞一次凹槽与物块发生一次速度交换，在同一坐标系上两者的速度图线如图所示，根据碰撞次数可分为13段，凹槽、物块的v —t 图象在两条连续的匀变速运动图线间转换，故可用匀变速直线运动规律求时间．则 v ＝v 0＋ata ＝－μg 解得t ＝5 s凹槽的v —t 图象所包围的阴影部分面积即为凹槽的位移大小s 2.(等腰三角形面积共分13份，第一份面积为0.5L ，其余每份面积均为L )s 2＝12(v 02)t ＋6.5L解得s 2＝12.75 m答案 (1)2.5 m/s ，方向向右 (2)6次 (3)5 s 12.75 m如图2，半径R ＝0.8 m 的四分之一圆弧形光滑轨道竖直放置，圆弧最低点D 与长为L ＝6 m 的水平面相切于D 点，质量M ＝1.0 kg 的小滑块A 从圆弧顶点C 由静止释放，到达最低点后，与D 点右侧m ＝0.5 kg 的静止物块B 相碰，碰后A 的速度变为v A ＝2.0 m /s ，仍向右运动．已知两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ＝0.1，若B 与E 处的竖直挡板相碰，没有机械能损失，取g ＝10 m/s 2.求：图2(1)滑块A 刚到达圆弧的最低点D 时对圆弧的压力； (2)滑块B 被碰后瞬间的速度； (3)讨论两滑块是否能发生第二次碰撞．答案 (1)30 N ，方向竖直向下 (2)4 m/s (3)见解析解析 (1)设小滑块运动到D 点的速度为v ，由机械能守恒定律有：MgR ＝12M v 2由牛顿第二定律有F N －Mg ＝M v 2R联立解得小滑块在D 点所受支持力F N ＝30 N由牛顿第三定律有，小滑块在D 点时对圆弧的压力为30 N ，方向竖直向下． (2)设B 滑块被碰后的速度为v B ，由动量守恒定律： M v ＝M v A ＋m v B解得小滑块在D 点右侧碰后的速度v B ＝4 m/s(3)讨论：由于B 物块的速度较大，如果它们能再次相碰一定发生在B 从竖直挡板弹回后，假设两物块能运动到最后停止，达到最大的路程，则对于A 物块 －μMgs A ＝0－12M v 2A解得s A ＝2 m对于B 物块，由于B 与竖直挡板的碰撞无机械能损失，则－μmgs B ＝0－12m v 2B解得s B ＝8 m(即从E 点返回2 m)由于s A ＋s B ＝10 m<2×6 m ＝12 m ，故它们停止运动时仍相距2 m ，不能发生第二次碰撞． 考向2 综合应用力学三大观点解决多过程问题例2 如图3所示，在光滑的水平面上有一质量为m ＝1 kg 的足够长的木板C ，在C 上放置有A 、B 两物体，A 的质量m A ＝1 kg ，B 的质量为m B ＝2 kg.A 、B 之间锁定一被压缩了的轻弹簧，弹簧储存的弹性势能E p ＝3 J ，现突然给A 、B 一瞬时冲量作用，使A 、B 同时获得v 0＝2 m/s 的初速度，且同时弹簧由于受到扰动而解除锁定，并在极短的时间内恢复原长，之后与A 、B 分离．已知A 和C 之间的动摩擦因数为μ1＝0.2，B 、C 之间的动摩擦因数为μ2＝0.1，且滑动摩擦力略小于最大静摩擦力．求：图3(1)弹簧与A 、B 分离的瞬间，A 、B 的速度分别是多大？(2)已知在C 第一次碰到右边的固定挡板之前，A 、B 和C 已经达到了共同速度，求在到达共同速度之前A 、B 、C 的加速度分别是多大及该过程中产生的内能为多少？ 答案 见解析解析 (1)在弹簧弹开两物体的过程中，由于作用时间极短，对A 、B 、弹簧组成的系统由动量守恒定律和能量守恒定律可得：(m A ＋m B )v 0＝m A v A ＋m B v BE p ＋12(m A ＋m B )v 20＝12m A v 2A ＋12m B v 2B 联立解得：v A ＝0，v B ＝3 m/s. (2)对物体B 有：a B ＝μ2g ＝1 m/s 对A 、C 有：μ2m B g ＝(m A ＋m )a 又因为：m A a <μ1m A g故物体A 、C 的共同加速度为a ＝1 m/s 2.对A 、B 、C 整个系统来说，水平方向不受外力，故由动量守恒定律和能量守恒定律可得： m B v B ＝(m A ＋m B ＋m )vQ ＝12m B v 2B－12(m A ＋m B ＋m )v 2 解得：Q ＝4.5 J ，v ＝1.5 m/s(2014·广东·35)如图4所示的水平轨道中，AC 段的中点B 的正上方有一探测器，C 处有一竖直挡板，物体P 1沿轨道向右以速度v 1与静止在A 点的物体P 2碰撞，并接合成复合体P ，以此碰撞时刻为计时零点，探测器只在t 1＝2 s 至t 2＝4 s 内工作．已知P 1、P 2的质量都为m ＝1 kg ，P 与AC 间的动摩擦因数为μ＝0.1，AB 段长L ＝4 m ，g 取10 m/s 2，P 1、P 2和P 均视为质点，P 与挡板的碰撞为弹性碰撞．图4(1)若v 1＝6 m/s ，求P 1、P 2碰后瞬间的速度大小v 和碰撞损失的动能ΔE ；(2)若P 与挡板碰后，能在探测器的工作时间内通过B 点，求v 1的取值范围和P 向左经过A 点时的最大动能E . 答案 (1)3 m /s 9 J (2)10 m/s ≤v 1≤14 m/s 17 J解析 (1)设P 1和P 2发生弹性碰撞后速度为v 2，根据动量守恒定律有：m v 1＝2m v 2①解得：v 2＝v 12＝3 m/s碰撞过程中损失的动能为：ΔE k ＝12m v 21－12×2m v 22② 解得ΔE k ＝9 J(2)P 滑动过程中，由牛顿第二定律知ma ＝－μmg ③可以把P 从A 点运动到C 点再返回B 点的全过程看作匀减速直线运动，根据运动学公式有3L ＝v 2t ＋12at 2④由①③④式得v 1＝6L －at2t①若2 s 时通过B 点，解得：v 1＝14 m/s ②若4 s 时通过B 点，解得：v 1＝10 m/s 故v 1的取值范围为：10 m /s ≤v 1≤14 m/s设向左经过A 点的速度为v A ，由动能定理知 12×2m v 2A －12×2m v 22＝－μ·2mg ·4L 当v 2＝12v 1＝7 m/s 时，复合体向左通过A 点时的动能最大，E k A max ＝17 J.(限时：45分钟)1．如图1所示，质量为M ＝4 kg 的木板静置于足够大的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数μ＝0.01，板上最左端停放着质量为m ＝1 kg 可视为质点的电动小车，车与木板右端的固定挡板相距L ＝5 m ．现通电使小车由静止开始从木板左端向右做匀加速运动，经时间t ＝2 s ，车与挡板相碰，车与挡板粘合在一起，碰撞时间极短且碰后自动切断小车的电源．(计算中取最大静摩擦力等于动摩擦力，并取g ＝10 m/s 2.)图1(1)试通过计算说明：车与挡板相碰前，木板相对地面是静止还是运动的？ (2)求出小车与挡板碰撞前，车的速率v 1和板的速率v 2；(3)求出碰后木板在水平地面上滑动的距离s .答案 (1)向左运动 (2)v 1＝4.2 m /s ，v 2＝0.8 m/s (3)0.2 m 解析 (1)假设木板不动，电动车在板上运动的加速度为a 0，由L ＝12a 0t 2得：a 0＝2Lt 2＝2.5 m/s 2此时木板使车向右运动的摩擦力：F f ＝ma 0＝2.5 N 木板受车向左的反作用力：F f ′＝F f ＝2.5 N木板受地面向右最大静摩擦力：F f0＝μ(M ＋m )g ＝0.5 N 由于F f ′>F f0，所以木板不可能静止，将向左运动．(2)设车与挡板碰前，车与木板的加速度分别为a 1和a 2，相互作用力为F ，由牛顿第二定律与运动学公式： 对小车：F ＝ma 1 v 1＝a 1t对木板：F －μ(m ＋M )g ＝Ma 2 v 2＝a 2t两者的位移的关系：v 12t ＋v 22t ＝L联立并代入数据解得：v 1＝4.2 m /s ，v 2＝0.8 m/s(3)设车与木板碰后其共同速度为v ，两者相碰时系统动量守恒，以向右为正方向，有 m v 1－M v 2＝(m ＋M )v对碰后滑行s 的过程，由动能定理得： －μ(M ＋m )gs ＝0－12(M ＋m )v 2联立并代入数据，解得：s ＝0.2 m2．如图2所示，在倾角为30°的光滑斜面上放置一质量为m 的物块B ，B 的下端连接一轻质弹簧，弹簧下端与挡板相连接，B 平衡时，弹簧的压缩量为x 0，O 点为弹簧的原长位置．在斜面顶端另有一质量也为m 的物块A ，距物块B 为3x 0，现让A 从静止开始沿斜面下滑，A 与B 相碰后立即一起沿斜面向下运动，并恰好回到O 点(A 、B 均视为质点)．试求：图2(1)A 、B 相碰后瞬间的共同速度的大小； (2)A 、B 相碰前弹簧具有的弹性势能；(3)若在斜面顶端再连接一光滑的半径R ＝x 0的半圆轨道PQ ，圆轨道与斜面相切于最高点P ，现让物块A 以初速度v 从P 点沿斜面下滑，与B 碰后返回到P 点还具有向上的速度，试问：v 为多大时物块A 恰能通过圆弧轨道的最高点？答案 (1)123gx 0 (2)14mgx 0 (3) (20＋43)gx 0解析 (1)设A 与B 相碰前的速度为v 1，A 与B 相碰后共同速度为v 2由机械能守恒定律得mg 3x 0sin 30°＝12m v 21由动量守恒定律得m v 1＝2m v 2解以上二式得v 2＝123gx 0(2)设A 、B 相碰前弹簧所具有的弹性势能为E p ，从A 、B 相碰后一起压缩弹簧到它们恰好到达O 点过程中，由机械能守恒定律知E p ＋12(2m )v 22＝2mgx 0sin 30° 解得E p ＝14mgx 0(3)设物块A 与B 相碰前的速度为v 3，碰后A 、B 的共同速度为v 4 12m v 2＋mg 3x 0sin 30°＝12m v 23 m v 3＝2m v 4A 、B 一起压缩弹簧后再回到O 点时二者分离，设此时共同速度为v 5，则 12(2m )v 24＋E p ＝12(2m )v 25＋2mgx 0sin 30° 此后A 继续上滑到半圆轨道最高点时速度为v 6，则 12m v 25＝12m v 26＋mg 2x 0sin 30°＋mgR (1＋sin 60°) 在最高点有mg ＝m v 26R联立以上各式解得v ＝(20＋43)gx 0.3．如图3所示，光滑的水平面AB (足够长)与半径为R ＝0.8 m 的光滑竖直半圆轨道BCD 在B 点相切，D 点为半圆轨道最高点．A 点的右侧等高地放置着一个长为L ＝20 m 、逆时针转动且速度为v ＝10 m /s 的传送带．用轻质细线连接甲、乙两物体，中间夹一轻质弹簧，弹簧与甲、乙两物体不拴接．甲的质量为m 1＝3 kg ，乙的质量为m 2＝1 kg ，甲、乙均静止在光滑的水平面上．现固定乙，烧断细线，甲离开弹簧后进入半圆轨道并可以通过D 点，且过D 点时对轨道的压力恰好等于甲的重力．传送带与乙物体间的动摩擦因数为0.6，重力加速度g 取10 m/s 2，甲、乙两物体可看作质点．图3(1)求甲球离开弹簧时的速度；(2)若甲固定，乙不固定，细线烧断后乙可以离开弹簧滑上传送带，求乙在传送带上滑行的最远距离；(3)甲、乙均不固定，烧断细线以后，求甲和乙能否再次在AB 面上水平碰撞？若碰撞，求再次碰撞时甲、乙的速度；若不会再次碰撞，请说明原因． 答案 (1)4 3 m/s (2)12 m (3)见解析解析 (1)设甲离开弹簧时的速度大小为v 0，运动至D 点的过程中机械能守恒：12m 1v 20＝m 1g ·2R ＋12m 1v 2D 在最高点D ，由牛顿第二定律，有2m 1g ＝m 1v 2DR联立解得：v 0＝4 3 m/s(2)甲固定，烧断细线后乙的速度大小为v 乙，由能量守恒得E p ＝12m 1v 20＝12m 2v 2乙 得v 乙＝12 m/s之后乙滑上传送带做匀减速运动：μm 2g ＝m 2a 得a ＝6 m/s 2乙速度为零时离A 端最远，最远距离为： s ＝v 2乙2a ＝12 m<20 m 即乙在传送带上滑行的最远距离为12 m.(3)甲、乙均不固定，烧断细线后，设甲、乙速度大小分别为v 1、v 2，甲、乙分离瞬间动量守恒：m 1v 1＝m 2v 2 甲、乙弹簧组成的系统能量守恒：E p ＝12m 1v 20＝12m 1v 21＋12m 2v 22 解得：v 1＝2 3 m/s ，v 2＝6 3 m/s 甲沿轨道上滑时，设上滑最高点高度为h ， 则12m 1v 21＝m 1gh 得h ＝0.6 m<0.8 m则甲上滑不到等圆心位置就会返回，返回AB 面上时速度大小仍然是v 1＝2 3 m/s 乙滑上传送带，因v 2＝6 3 m /s<12 m/s ，则乙先向右做匀减速运动，后向左匀加速． 由对称性可知乙返回AB 面上时速度大小仍然为v 2＝6 3 m/s故甲、乙会再次相撞，碰撞时甲的速度为2 3 m/s ，方向向右，乙的速度为6 3 m/s ，方向向左4．如图4所示，一倾斜的传送带倾角θ＝37°，始终以v ＝12 m /s 的恒定速度顺时针转动，传送带两端点P 、Q 间的距离L ＝2 m ，紧靠Q 点右侧有一水平面长x ＝2 m ，水平面右端与一光滑的半径R ＝1.6 m 的竖直半圆轨道相切于M 点，MN 为竖直的直径．现有一质量M ＝2.5 kg 的物块A 以v 0＝10 m/s 的速度自P 点沿传送带下滑，A 与传送带间的动摩擦因数μ1＝0.75，到Q 点后滑上水平面(不计拐弯处的能量损失)，并与静止在水平面最左端的质量m ＝0.5 kg 的B 物块相碰，碰后A 、B 粘在一起，A 、B 与水平面的动摩擦因数相同均为μ2，忽略物块的大小．已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：图4(1)A 滑上传送带时的加速度a 和到达Q 点时的速度； (2)若A 、B 恰能通过半圆轨道的最高点N ，求μ2；(3)要使A 、B 能沿半圆轨道运动到N 点，且从N 点抛出后能落到传送带上，则μ2应满足什么条件？ 答案 (1)12 m /s 212 m/s (2)0.5 (3)0.09≤μ2≤0.5解析 (1)对A 刚上传送带时进行受力分析，由牛顿第二定律得：Mg sin θ＋μ1Mg cos θ＝Ma 解得：a ＝12 m/s 2设A 能达到传送带的速度，由v 2－v 20＝2ax 0得运动的位移x 0＝116 m<L则到达Q 点前A 已和传送带共速 由于Mg sin θ＝μ1Mg cos θ，所以A 先加速后匀速，到Q 点的速度为v ＝12 m/s. (2)设A 、B 碰后的共同速度为v 1， 由动量守恒定律得：M v ＝(M ＋m )v 1 解得：v 1＝10 m/sA 、B 在最高点时速度为v 3有：(M ＋m )v 23R ＝(M ＋m )g设A 、B 在M 点速度为v 2，由机械能守恒得： 12(M ＋m )v 22＝12(M ＋m )v 23＋(M ＋m )g ×2R 在水平面上由动能定理得： 12(M ＋m )v 21－12(M ＋m )v 22＝μ2(M ＋m )gx 解得：μ2＝0.5(3)①若以v 3由N 点抛出，则有：2R ＝12gt 2x 1＝v 3t ＝3.2 m>x则要使AB 能沿半圆轨道运动到N 点，并能落在传送带上，则μ2≤0.5②若AB 恰能落在P 点，则有：2R －L sin θ＝12gt ′2x ＋L cos θ＝v 3′t ′ 由12(M ＋m )v 2′2＝12(M ＋m )v 3′2＋(M ＋m )g ×2R 和12(M ＋m )v 21－12(M ＋m )v 2′2＝μ2(M ＋m )gx 联立可得：μ2＝0.09综上所述，μ2应满足：0.09≤μ2≤0.5。
(课标版)2020届高考物理二轮复习专题二第5讲应用“三大观点”解决力学综合问题课件
vD= 2gl ⑥
vD满足④式要求,故P能运动到D点,并从D点以速度vD水平射出。设P落回到 轨道AB所需的时间为t,由运动学公式得 2l= 1 gt2 ⑦
2
P落回到AB上的位置与B点之间的距离为 s=vDt ⑧
联立⑥⑦⑧式得
s=2 2l ⑨ (2)为使P能滑上圆轨道,它到达B点时的速度应大于零。由①②式可知 5mgl>μMg·4l ⑩ 要使P仍能沿圆轨道滑回,P在圆轨道的上升高度不能超过半圆轨道的中 点C。由机械能守恒定律有
5
过C点,落至水平轨道;在整个过程中,除受到重力及轨道作用力外,小球还一 直受到一水平恒力的作用。已知小球在C点所受合力的方向指向圆心,且此 时小球对轨道的压力恰好为零。重力加速度大小为g。求
(1)水平恒力的大小和小球到达C点时速度的大小; (2)小球到达A点时动量的大小; (3)小球从C点落至水平轨道所用的时间。
2a物块
L=0 m时,s有最大值smax=2 m
2.(2019山东潍坊质检)如图,半径为R的光滑半圆形轨道ABC在竖直平面内,与 水平轨道CD相切于C点,D端有一被锁定的轻质压缩弹簧,弹簧左端连接在固 定的挡板上,弹簧右端Q到C点的距离为2R。质量为m可视为质点的滑块从轨 道上的P点由静止滑下,刚好能运动到Q点,且恰能触发弹簧解除锁定,然后滑 块被弹回,且刚好能通过圆轨道的最高点A。已知∠POC=60°,求: (1)滑块第一次滑至圆形轨道最低点C时对轨道的压力大小; (2)弹簧被锁定时具有的弹性势能; (3)滑块返回到P点时的加速度大小。
Ep=
1 2
MvB2
+μMg·4l
②
联立①②式,取M=m并代入题给数据得
vB= 6gl ③ 若P能沿圆轨道运动到D点,其到达D点时的向心力不能小于重力,即P此时的 速度大小v应满足
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第 1 页 共 7 页专题强化练(九) 力学三大观点的综合应用(满分:64分 时间:40分钟)一、选择题(共3小题,每小题8分,共24分)1.(考点3)(多选)(2018陕西宝鸡一模)光滑水平面上放有质量分别为2m 和m 的物块A 和B ,用细线将它们连接起来,两物块中间加有一压缩的轻质弹簧(弹簧与物块不相连),弹簧的压缩量为x 。
现将细线剪断,此刻物块A 的加速度大小为a ,两物块刚要离开弹簧时物块A 的速度大小为v ,则( )A.物块B 的加速度大小为a 时弹簧的压缩量为x 2B.物块A 从开始运动到刚要离开弹簧时位移大小为x23C.物块开始运动前弹簧的弹性势能为mv 232D.物块开始运动前弹簧的弹性势能为3mv 2A 的加速度大小为a 时,根据胡克定律和牛顿第二定律得kx=2ma ,当物块B 的加速度大小为a 时,有kx'=ma ,对比可得x'=,即此时弹簧的压缩量为,选项A 正确;取水平向左为正方向,根据x 2x2系统的动量守恒得2m -m =0,又x A +x B =x ,解得A 的位移为x A =x ,选项B 错误;根据动量守恒定律x A t x B t 13得0=2mv-mv B ,得物块B 刚要离开弹簧时的速度v B =2v ,由系统的机械能守恒得物块开始运动前弹簧的弹性势能为E p =·2mv 2+=3mv 2,选项C 错误、D 正确。
1212m v B 22.第 2 页 共 7页(考点2)(多选)(2019四川成都石室中学高三2月份入学考试)如图所示,长为L 、质量为3m 的长木板B 放在光滑的水平面上,质量为m 的铁块A 放在长木板右端。
一质量为m 的子弹以速度v 0射入木板并留在其中,铁块恰好不滑离木板。
子弹射入木板中的时间极短,子弹、铁块均视为质点,铁块与木板间的动摩擦因数恒定,重力加速度为g 。
下列说法正确的是( )A.木板获得的最大速度为v 05B.铁块获得的最大速度为v 05C.铁块与木板之间的动摩擦因数为v 0240gLD.子弹、木块、铁块组成的系统损失的机械能为2mv 025B 系统,根据动量守恒定律有mv 0=4mv 1,解得v 1=,选项A 错误;对木板B 和铁块v 04A (包括子弹)系统根据动量守恒定律有mv 0=5mv 2,解得v 2=,选项B 正确;子弹打入木板后,对木板Bv 05和铁块A (包括子弹)系统,由能量守恒定律有μmgL=·4m ·5m ,解得μ=,选项C 正确;全12v 12‒12v 22v 0240gL 过程由能量守恒定律可知,子弹、木板、铁块组成的系统损失的机械能为ΔE=·5m 12m v 02‒12v22=25m ,选项D 正确。
v 023.(考点3)(多选)(2019江西玉山一中期中考试)如图所示,用铰链将三个质量均为m 的小球A 、B 、C 与两根长为L 轻杆相连,B 、C 置于水平地面上。
在轻杆竖直时,将A 由静止释放,B 、C 在杆的作用下向两侧滑动,三小球始终在同一竖直平面内运动。
忽略一切摩擦,重力加速度为g 。
则此过程中( )第 3 页 共 7页A.球A 落地的瞬时速度为2gLB.球B 对地面的压力始终等于mg32C.球B 对地面的压力可小于mgD.当B 球动能最大时,A 球的加速度为g,A 落地时A 、B 、C 在水平方向速度为零,由机械能守恒定律得:mgL=,解得:v A =,选项A 正确;球A 加速下落时,三者组成的系统有向下的加速度,整体12m v A 22gL 处于失重状态,球B 对地面的压力小于mg ,选项B 错误;球A 落地前一小段时间内,B 做减速运动,杆32对B 有斜向右上方的拉力,则球B 对地面的压力小于mg ,选项C 正确;当B 球动能最大时,即B 球的速度最大,加速度为零,分析可知,此时杆的弹力为零,所以此时小球A 的加速度为g ,选项D 正确。
二、计算题(第4题20分,第5题20分,共40分)4.(考点1)(2019四川攀枝花高三第一次统考)如图所示,足够长的水平传送带以速度v 匀速运动。
质量分别为2m 、m 的小物块P 、Q ,用不可伸长的轻软细绳,通过固定光滑小环C 相连。
小木块P 放在传送带的最右端,恰好处于静止状态,C 、P 间的细绳水平。
现有一质量为m 的子弹以v 0=9 m/s 的速度射入小物块P 并留在其中。
重力加速度g 取10 m/s 2,子弹射入物块P 的时间可以忽略不计。
求:(1)小物块P 与传送带间的滑动摩擦因数;(2)从子弹射入小物块P 至细绳再次拉直的时间;第 4 页 共 7 页(3)要使小物块P 不从传送带的左端离开传送带,传送带至少多长?设静止时小物块P 与传送带间的动摩擦因数为μ,细绳拉力大小为F T1,分别对P 、Q 由平衡条件得:F T1=μ(2m )g ,F T1=mg联立以上两式得:μ=0.5。
(2)设子弹射入P 后与P 刚共速的速度大小为v 1。
子弹射入小物块P 过程,对子弹和小物块P 系统,由动量守恒得:mv 0=(m+2m )v 1设子弹射入P 至细绳再次拉直的时间为t ,该过程P 在传送带上运动的加速度大小为a 1,P 的位移大小为x 1,该过程中,P 做减速运动,Q 做自由落体运动,对子弹和P 整体由牛顿第二定律得:μ(2m+m )g=(2m+m )a 1由运动学规律得:x 1=v 1t-a 1t 212且满足:x 1=gt 212联立以上各式得:t=0.4 s 。
(3)设细绳再次拉直时P 、Q 的速度大小分别为v 2、v 3,刚共速的速度大小为v 4;从细绳再次拉直至P 、Q 刚共速过程细绳拉力对P 、Q 的冲量大小均为I ;从P 、Q 刚共速时至P 减速为0的过程P 的位移大小为x 2,细绳的拉力大小为F T2,传送带的最小长度为L ;从子弹射入P 至细绳再次拉直过程,分别对P 、Q 由运动学规律得:v 2=v 1-a 1tv 3=gt细绳再次拉直至P 、Q 刚共速过程,分别对P 、Q 由动量定理得:I=(2m+m )v 4-(2m+m )v 2-I=mv 4-mv 3从P 、Q 刚共速时至P 减速为0的过程,分别对P 、Q 由牛顿第二定律得:第 5 页 共 7 页F T2-mg=ma 2μ(2m+m )g-F T2=(2m+m )a 2对P 由运动学规律得:0-=-2a 2x 2v 42满足:L=x 1+x 2联立以上各式得:L=2.025 m 。
.5 (2)0.4 s (3)2.025 m5.(考点2)(2019四川广元高三第一次高考适应性统考)如图所示,倾角θ=37°的粗糙传送带与光滑水平面通过半径可忽略的光滑小圆弧平滑连接,传送带始终以v=3 m/s 的速率顺时针匀速转动,A 、B 、C 滑块的质量分别为m A =1 kg,m B =2 kg,m C =3 kg(各滑块均可视为质点)。
A 、B 间夹着质量可忽略的火药,k 为处于原长的轻质弹簧,两端分别与B 、C 连接。
现点燃火药(此时间极短且不会影响各物体的质量和各表面的光滑程度),滑块A 以6 m/s 的速度水平向左冲出,接着沿传送带向上运动,已知滑块A 与传送带间的动摩擦因数为μ=0.75,传送带与水平面足够长,g取10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
(1)计算滑块A 沿传送带向上滑行的最大距离x ;(2)在滑块B 、弹簧、滑块C 相互作用的过程中,当弹簧第一次恢复原长时(此时滑块A 还未追上滑块B ),计算B 、C 的速度;(3)若滑块A 追上滑块B 时能粘住,定量分析在A 与B 相遇的各种可能情况下,A 、B 、C 及弹簧组成系统的机械能范围。
(提示:因A 、B 相遇时,B 的速度不可预知,故粘住后A 、B 、C 及弹簧组成系统的机械能有各种可能值)滑块A 沿传送带向上的运动的过程由动能定理有:-(m A g sin θ+μm A g cos θ)x=0-m A 12v A 2第 6 页 共 7 页代入数据解得:x=1.5 m 。
(2)炸药爆炸过程,取向右为正方向,设B 获得的速度为v B ,对A 、B 系统由动量守恒定律有:-m A v A +m B v B =0解得:v B =3 m/s在B 、C 相互作用的过程中,设当弹簧第一次恢复原长时,B 、C 的速度分别为v B '、v C '由动量守恒定律有:m B v B =m B v B '+m C v C '由能量守恒有:m B m B v B '2+m C v C '212v B 2=1212解得:v B '=v B =-0.6 m/s,方向向左m B -m C m B +m Cv C '=v B =2.4 m/s 。
2m B m B +m C(3)因滑动摩擦力F f =μm A g cos θ=6 N,重力沿斜面向下的分力mg sin θ=6 N,所以A 到达最高点后先反向加速,当速度达到3 m/s 后随传送带一起(相对传送带静止)返回光滑水平面,此时:v A '=3 m/s 。
因A 、B 相遇时,B 的速度不能确定,可能是-0.6 m/s 与3 m/s 间的任何值。
①当v B '=-0.6 m/s 时,此时v C '=2.4 m/s,机械能损失最大,系统机械能最小。
设A 、B 粘连后的共同速度为v'。
由动量守恒有:m A v A '+m B v B '=(m A +m B )v'解得:v'=0.6 m/s系统机械能的最小值E min =m C v C '2+(m A +m B )v'2=9.18 J1212②当v B '=3 m/s 时,此时v C '=0,机械能损失最小,ΔE 损=0系统机械能的最大值第 7 页 共 7 页E max =m A m B =13.5 J12v A 2+12v B 2所以A 、B 、C 及弹簧系统机械能范围为:9.18 J ≤E ≤13.5 J 。
.5 m (2)0.6 m/s,方向向左 2.4 m/s,方向向右 (3)9.18 J ≤E ≤13.5 J。