高考物理总复习第20课力学三大观点的综合应用练习.docx

第20课 力学三大观点的综合应用1选择合适的力学观点解决物理问题a综合应用动力学观点与能量观点解决单个研究对象的问题(1)(2015天津理综，16分)某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图，皮带在电动机的带动下保持v1 m/s的恒定速度向右运动，现将一质量为m2 kg的邮件轻放在皮带上，邮件和皮带间的动摩擦因数0.5，设皮带足够长，取g10 m/s2，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求：邮件滑动的时间t；邮件对地的位移大小x；邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W。答案：0.2 s(5分)0.1 m(4分) -2 J(7分)解析：设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F，则Fmgma(2分)又vat(2分)联立解得t0.2 s(1分)邮件与皮带发生相对滑动的过程中，对邮件应用动能定理，有Fxmv20(3分)联立解得x0.1 m(1分)邮件与皮带发生相对滑动的过程中，设皮带相对地面的位移为s，则svt(3分)摩擦力对皮带做的功WFs(3分)联立解得W-2 J(1分)(2)(2015福建理综，19分)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的四分之一圆弧光滑轨道，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点静止开始沿轨道滑下，重力加速度为g。若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力；若不固定小车，滑块仍从A点由静止下滑，然后滑入BC轨道，最后从C点滑出小车，已知滑块质量m，在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为，求滑块运动过程中，小车的最大速度vm和滑块从B到C运动过程中，小车的位移大小s。答案：3mg(5分)L(14分)解析：滑块滑到B点时对小车压力最大，从A到B由机械能守恒定律得mgRmv(2分)设滑块在B点处受到的支持力为N，由牛顿第二定律得Nmgm(2分)联立解得N3mg由牛顿第三定律得滑块对小车的最大压力N3mg(1分)滑块下滑到达B点时，小车速度最大。由机械能守恒定律得mgRMvm(2vm)2(3分)解得vm(2分)设滑块运动到C点时，小车速度大小为vC，由功能关系得mgRmgLMvm(2vC)2(3分)设滑块从B到C过程中，小车运动加速度大小为a，由牛顿第二定律得mgMa(2分)由运动学规律得vv2as(2分)联立解得sL(2分)b综合应用动量观点和能量观点解决多个研究对象的问题(3)(2014安徽理综，20分)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为0.05，开始时物块静止，凹槽以v05 m/s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/s2。求：物块与凹槽相对静止时的共同速度；从凹槽开始运动到两者相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数；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。答案：2.5 m/s(3分)6(6分) 5 s，12.75 m(11分)解析：设两者间相对静止时速度为v，由动量守恒定律得mv02mv(2分)解得v2.5 m/s(1分)物块与凹槽间的滑动摩擦力FfNmg(2分)设两者相对静止前相对运动的路程为s1，由动能定理得Ffs1(mm)v2mv(2分)联立解得s112.5 m(1分)已知L1 m，可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞。(1分)设凹槽与物块碰前的速度分别为v1、v2，碰后的速度分别为v1、v2。有mv1mv2mv1mv2(2分)mvmvmv12mv22(2分)联立解得v1v2，v2v1(1分)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vt图像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vv0at(2分)ag(1分)联立解得t5 s(1分)凹槽的vt图像所包围的阴影部分面积即为凹槽的位移大小s2。(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)s2t6.5 L(1分)s212.75 m(1分)(4) (2015全国，10分)如图所示，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间。A的质量为m，B、C的质量都为M，三者均处于静止状态。现使A以某一速度向右运动，求m和M之间应满足什么条件，才能使A只与B、C各发生一次碰撞，设物体间的碰撞都是弹性的。答案：(2)MmM(10分)解析：设方向向右为正，开始时A的速度为v0，第一次碰撞后C的速度为vC1，A的速度为vA1。由动量守恒定律和机械能守恒定律得mv0mvA1MvC1(2分)mvmvMv(2分)联立解得vA1v0vC1v0(1分)故如果mM，则A不能向左运动，不可能与B发生碰撞，所以只需考虑mM的情况。第一次碰撞后，A反向运动与B发生碰撞。设与B发生碰撞后，A的速度为vA2，B的速度为vB1，同样有vA2vA1v0(2分)根据题意，要求A只与B、C各发生一次碰撞，应有vA2vC1(1分)联立解得m24mMM20解得m(2)M(1分)另一解m(2)M舍去。所以，m和M应满足的条件为(2)MmM(1分)c综合应用动量观点、能量观点和动力学观点解决物理问题(5)(2015广东理综，16分)如图所示，一条带有圆轨道的长轨道水平固定，圆轨道竖直，底端分别与两侧的直轨道相切，半径R0.5 m。物块A以v06 m/s的速度滑入圆轨道，滑过最高点Q，再沿圆轨道滑出后，与直轨上P处静止的物块B碰撞，碰后粘在一起运动，P点左侧轨道光滑，右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列，每段长度都为L0.1 m。物块与各粗糙段间的动摩擦因数都为0.1，A、B的质量均为m1 kg(重力加速度g取10 m/s2；A、B视为质点，碰撞时间极短)。求A滑过Q点时的速度大小v和受到的弹力大小F；若碰后AB最终停止在第k个粗糙段上，求k的数值；求碰后AB滑至第n个(nk)光滑段上的速度vn与n的关系式。答案：4 m/s，22 N(6分)45(6分) vn m/s(nk)(4分)解析：物块A从滑入圆轨道到最高点Q，根据机械能守恒定律，得mvmg2Rmv2(2分)解得A滑过Q点时的速度v4 m/s m/s(1分)在Q点根据牛顿第二定律和向心力公式，得mgFm(2分)解得A受到的弹力Fmg N22 N(1分)A与B碰撞遵守动量守恒定律，设碰撞后的速度为v，则mv02mv(3分)从碰撞到AB停止，根据动能定理，得2mgkL02mv2(2分)解得k45(1分)AB从碰撞到滑至第n个光滑段，根据动能定理，得2mgnL2mv2mv2(3分)解得vn m/s(nk)(1分)(6) (2017天津理综，12分)如图所示，物块A和B通过一根轻质不可伸长的细绳连接，跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧，质量分别为mA2 kg、mB1 kg。初始时A静止于水平地面上，B悬于空中。先将B竖直向上再举高h1.8 m(未触及滑轮)然后由静止释放。一段时间后细绳绷直，A、B以大小相等的速度一起运动，之后B恰好可以和地面接触。取g10 m/s2。空气阻力不计。求：B从释放到细绳刚绷直时的运动时间t；A的最大速度v的大小；初始时B离地面的高度H。答案：0.6 s(3分)2 m/s(5分)0.6 m(4分)解析：B从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动，有hgt2(2分)解得t0.6 s(1分)设细绳绷直前瞬间B速度大小为v0，有v0gt6 m/s(1分)细绳绷直瞬间，细绳张力远大于A、B的重力，A、B相互作用，A的动量增加量与B的动量减少量相等，有mBv0mBvmAv(3分