2020届高三物理二轮复习第二部分热点训练十一力学综合题Word版含解析

热门十一力学综合题力学综合题考察的情形主要有板块模型、传递带、弹簧，波及的知识为运动学、动力学、能量和动量考向一“木板滑块”模型(2018·蚌埠一模)如图1所示，地面挨次排放两块完好同样的木板A、B，长度均为L＝2.5m，质量均为m2＝150kg，现有一小滑块以速度v0＝6m/s冲上木板A左端，已知小滑块质量m1＝200kg，滑动与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数μ＝0.2。(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，g2取10m/s2)图1(1)若滑块滑上木板A时，木板不动，而滑上木板B时，木板B开始滑动，求μ1应知足的条件。(2)若μ1＝0.4，求滑块的运动时间。(结果用分数表示)[分析](1)滑上木板A时，木板不动，由受力剖析得：μ1m1g≤μ2(m1＋2m2)g若滑上木板B时，木板B开始滑动，由受力剖析得：μ1m1g＞μ2(m1＋m2)g代入数据得：0.35＜μ1≤0.5；(2)若μ1＝0.4，则滑块在木板A上滑动时，木板不动。设滑块在木板A上做减速运动时的加快度大小为a1，由牛顿第二定律得，μ1m1g＝m1a1解得a1＝4m/s222由－2a1L＝v1－v0达到B板时速度v1＝4m/s在A板上的滑动时间由v1＝v0－a1t1，解得t1＝0.5s滑块滑上B板时B运动，由μ1m1g－μ2(m1＋m2)g＝m2a222得a2＝3m/s速度同样时a2t2＝v1－a1t26解得t2＝7s，v1＋v共v共12相对位移x＝2t2－2t2＝7m＜L＝2.5m滑块与板B能达到共同速度：v4共＝a2t2＝7m/s，而后相对静止的一同减速：μ2(m1＋m2)g＝(m1＋m2)a共a共＝2m/s23v共2t＝共＝7s，a23t＝t1＋t2＋t3＝14s。[答案＜μ1≤0.5(2)23s](1)0.3514考向二传递带模型如图2为库房中常用的皮带传输装置表示图，它由两台皮带传递机组成，一台水平传递，A、B两头相距3m，另一台倾斜，传递带与地面的倾角θ＝37°，C、D两头相距4.45m，B、C相距很近。水平部分AB以5m/s的速率顺时针转动。将质量为10kg的一袋大米放在A端，抵达B端后，速度大小不变地传到倾斜的CD部分，米袋与传递带间的动摩擦因数均为0.5。试求：图2(1)若CD部分传递带不运行，求米袋沿传递带所能上涨的最大距离。(2)若要米袋能被送到D端，求CD部分顺时针运行的速度应知足的条件及米袋从C端与D端所用时间的取值范围。[分析](1)米袋在AB上加快时的加快度a0＝μg＝5m/s2米袋与AB共速时已滑行的距离v2x0＝2a0＝2.5m＜3m米袋抵达B点以前与传递带共速，米袋在CD上运动时的加快度为amgsinθ＋μmgcosθ＝ma代入数据得a＝10m/s2v2上滑的最大距离x＝2a＝1.25m。(2)设CD部分运行速度为v1时米袋恰能抵达D点(即米袋抵达D点时速度恰好为零)，则米袋速度减为v1以前的加快度为a1＝－g(sinθ＋μcosθ)＝－10m/s2米袋速度小于v1至减为零前的加快度为a2＝－g(sinθ－μcosθ)＝－2m/s22－v22v10－v1由2a1＋2a2＝4.45m解得v1＝4m/s，即要把米袋送到D点，CD部分的运行速度vCD≥v1＝4m/s米袋恰能运到D点所用的时间最长为：v1－v0－v1tmax＝a1＋a2＝2.1s若CD部分传递带的速度较大，使米袋沿CD上滑时所受摩擦力向来沿皮带向上，则所用时间最短，此种状况米袋加快度向来为2CDmin12得，2mina。由s＝vt＋2atmin＝1.16st因此，所求的时间t的范围为1.16s≤t≤2.1s。[答案](1)1.25m(2)vCD≥4m/s1.16s≤t≤2.1s考向三与弹簧有关的问题如图3所示，挡板P固定在足够高的倾角为θ＝37°的斜面上，小物块A、B的质量均为m，两物块由劲度系数为k的轻弹簧相连，两物块与斜面的动摩擦因数均为μ＝0.5，一不行伸长的轻绳越过滑轮，一端与物块B连结，另一端连结一轻质小钩，初始小物块A、B静止，且物块B恰不下滑，若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止开释，当物块C运动到最低点时，小物块A恰巧走开挡板P，重力加快度为g，sin37≈°0.6，cos37°≈0.8。图3(1)求物块C着落的最大高度。(2)求物块C由静止开始运动到最低点的过程中，弹簧弹性势能的变化量。(3)若把物块C换成质量为(M＋m)的物块D，小物块A恰走开挡板P时小物块B的速度为多大？[分析](1)开始时，物块B恰不下滑，B所受的静摩擦力达到最大值，且方向沿斜面向上，由均衡条件得：kx1＋μmgcosθ＝mgsinθmg可得弹簧的压缩量为x1＝5k小物块A恰巧走开挡板P，由均衡条件得：kx2＝μmgcosθ＋mgsinθmg可得弹簧的伸长量为x2＝k故物块C着落的最大高度6mgh＝x1＋x2＝5k。(2)物块C由静止开始运动到最低点的过程中，关于A、B、C及弹簧构成的系统，运用能量守恒定律得：Mgh＝μmgcosθh＋mgsinθh＋EpEp＝6(M－m)mg2则得弹簧弹性势能的变化量5k。(3)若把物块C换成质量为(M＋m)的物块D，小物块A恰走开挡板P时，物块D着落的高度仍为h。关于A、B、D及弹簧构成的系统，运用能量守恒定律得：12(M＋m)gh＝μmgcosθh＋mgsinθh＋Ep＋2(M＋m＋m)v解得v＝2mg3。5k(M＋2m)6mg(2)6(M－m)mg2[答案](1)5k5k(3)2mg

35k(M＋2m)1．如图4所示，质量为M＝4.0kg的长木板静止在粗拙水平川面上，某时刻一质量为m＝2.0kg的小木块(可视为质点)，以v0＝10m/s的初速度从左端滑上长木板，同时用一水平向右的恒力F拉动长木板向右做匀加快运动。当小木块运动到长木板的右端时，两者恰巧相对静止，此时撤去恒力F，长木板在地面上持续运动L＝4m时的速度为3m/s，已知长木板与小木块间的动摩擦因数μ1＝0.5，长木板与水平川面间的动摩擦因数μ2＝0.2，重力加快度g取10m/s2，求：图4(1)长木板的长度；(2)作用在长木板上的恒力F的大小。分析(1)长木板与小木块达到共同速度v共后，长木板与小木块一同向右减速滑行，设此过程加快度大小为a，以整体为研究对象，由牛顿第二定律，有a＝μ2(M＋m)g＝μ2g(M＋m)解得a＝2m/s222依据匀变速直线运动规律v－v共＝－2aL解得v共＝5m/s设小木块滑上长木板后做加快度大小为a1的匀减速运动，经时间t1达到共同速度v共，对小木块，由牛顿第二定律，有a1＝μ1g＝5m/s2又v共＝v0－a1t11解得t＝1s在0～t1内小木块的位移x木块＝v0＋v共t1＝7.5m2长木板的位移x＝v共木板2t1＝2.5m因此长木板的长度为l＝x木块－x木板＝5m(2)设长木板在恒力F作用下做加快度大小为a的匀加快运动，对长木板，有2v共＝a2t1解得a2＝5m/s2由牛顿第二定律得F＋μ1mg－μ2(M＋m)g＝Ma2解得F＝22N。答案(1)5m(2)22N2．为了测定木块与斜面间的动摩擦因数，某同学用测速仪研究木块在斜面上的运动状况，装置如图5甲所示。他使木块以v0＝4m/s的初速度沿倾角θ＝30°的斜面上滑，并同时开始记录数据，利用电脑绘出了木块从开始至最高点的v－t图线，如图乙所示。木块抵达最高点后又沿斜面滑下，g取10m/s2。求：图5(1)木块与斜面间的动摩擦因数μ；(3)木块回到出发点时的速度大小v。分析(1)由题图乙可知，木块经0.5s滑至最高点，上滑过程中加快度大小va1＝t＝8m/s2上滑过程中由牛顿第二定律得mgsinθ＋μmgcosθ＝ma13联立解得μ＝5(2)木块上滑过程中做匀减速运动，有2a1x＝v20下滑过程中由牛顿第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma2下滑至出发点做初速度为0的匀加快运动，得2a2x＝v2联立解得v＝2m/s。3答案(1)5(2)2m/s．如图6所示，水平川面上静止搁置一辆小车A，质量A＝4kg，上表面光3m滑，小车与地面间的摩擦力极小，能够忽视不计，可视为质点的物块B置于A的最右端，B的质量mB＝2kg，现对A施加一个水平向右的恒力F＝10N，A运动一段时间后，小车左端固定的挡板与B发生碰撞，碰撞时间极短，碰后A、B粘合在一同，共同在F的作用下持续运动，碰撞后经时间t＝0.6s，两者的速度达到vt＝2m/s。求：图6(1)A开始运动时加快度a的大小；(2)A、B碰撞后瞬时的共同速度v的大小；(3)A的上表面长度l.分析(1)以A为研究对象，由牛顿第二定律有F＝mAa，代入数据解得a＝2.5m/s2(2)对A、B碰撞后共同运动t＝0.6s的过程，由动量定理得Ft＝(mA＋mB)vt－(mA＋mB)v代入数据解得v＝1m/s(3)设A、B发生碰撞前，A的速度为vA，对A、B发生碰撞的过程，由动量守恒定律有mAvA＝(mA＋mB)vA从开始运动到与B发生碰撞前，由动能定理有12Fl＝2mAvA代入数据解得l＝0.45m。答案(1)2.5m/s2(2)1m/s(3)0.45m．如图7所示，弹枪AA′离竖直墙壁BC距离＝，质量1＝0.5kg4x2.4mm的“愤慨的小鸟”从弹枪上A′点弹出后，抛射至圆滑圆弧轨道最低点C点，A′C的竖直高度差y＝1.8m。“小鸟”在C处时，速度恰巧水平川与本来静止在该处的质量为m2＝0.3kg的石块发生弹性碰撞，碰后石块沿圆弧轨道上滑，圆弧轨道半径R＝0.5m，石块恰巧能经过圆弧最高点D，以后无碰撞地从E点走开圆弧轨道进入倾斜轨道MN(无能量损失)，且斜面MN的倾角θ＝37°，∠EOD＝37°，石块沿斜面下滑至P点与本来藏在该处的“猪头”发生碰撞并击爆它，石块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，PE之间的距离s＝0.5m。已知“小鸟”、石块、“猪头”均可视为质点，重力加快度g取10m/s2，空气阻力忽视不计(sin37＝°0.6，cos37°0.8)。求：图7(1)石块与“猪头”碰撞时的速度大小；(2)“小鸟”与石块碰前的速度大小；(3)“小鸟”与石块相碰以前离斜面MN的近来距离。分析(1)石块恰巧过圆弧最高点D，设在D点时的速度为vD2vDm2g＝m2R解得vD＝5m/s设石块在P点与“猪头”碰撞时的速度为vp，石块从D至P的过程，由动能定理可知1212m2g[R(1－cosθ)＋s·sinθ]－μm2gcosθ·s＝2m2vP－2m2vD解得vP＝3m/s(2)设石块在C点碰后的速度为vC，石块从C至D的过程，由动能定理可知1212－m2g·2R＝2m2vD－2m2vC解得vC＝5m/s设“小鸟”与石块碰前的速度为v，碰后速度为v′，在碰撞过程，由动量守恒和能量守恒可知m1＝1′＋2cvmvmv1212122m1v＝2m1v′＋2m2vC联解可得v＝4m/s(3)将“小鸟”从A′至C的运动可逆向视为从C至A′的平抛运动，设历时t，“小鸟”的速度与A′C连线平行，有vy＝gtvx＝vvytanθ＝vx联解可得t＝0.3s此时“小鸟”离A′C连线的距离设为hx′h＝2sinθx′＝vt则“小鸟”离斜面MN近来的距离为hh＝R(1＋cosθ)－h得h＝0.54m。答案(1)3m/s(2)4m/s(3)0.54m5.如图8所示，在水平轨道上方O处，用长为L＝1m的细线悬挂一质量为m＝0.1kg的滑块B，B恰巧与水平轨道相切，并可绕O点在竖直平面内摇动。水平轨道的右边有一质量为M＝0.3kg的滑块C与轻质弹簧的一端相连，弹簧的另一端固定在竖直墙D上，弹簧处于原长时，滑块C静止在P点处，一质量也为m＝0.1kg的子弹以初速度v0＝152m/s射穿滑块B后(滑块B质量不变)射中滑块C并留在此中，一同压缩弹簧，弹簧最大压缩量为x＝0.2m。滑块B做圆周运动，恰巧能保证绳索不废弛。滑块C与PD段的动摩擦因数为μ＝0.5，A、B、C均可视为质点，重力加快度为g＝10m/s2，结果保存两位有效数字。求：图8(1)子弹A和滑块B作用过程中损失的能量；(2)弹簧的最大弹性势能。分析(1)①若滑块B恰巧能够做完好的圆周运动，则在圆周运动最高点有mg2v1＝mL解得v1＝gL＝10m/s滑块B从最低点到最高点过程中，由机械能守恒定律得1212mg·2L＋2mv1＝2mvB解得vB＝5gL＝52m/s子弹A和滑块B作用过程，由动量守恒定律得mv0＝mvA＋mvB，解得vA＝102m/s子弹A和滑块B作用过程中损失的能量121212E＝2mv0－2mvA－2mvB＝10J。②若滑块B恰巧能够运动到与O等高处，则抵达与O等高处时的速度为零，滑块B从最低点到与O等高处的过程，由机械能守恒定律得12mg·L＝2mv′Bv′B＝2gL＝25m/s子弹A和滑块B作用过程，由动量守恒定律得mv0＝mv′A＋mv′B，解得v