力学三大观点的综合运用

第1页高考调研·高三总复习·物理单元综合专题(六)力学三大观点的综合应用第2页高考调研·高三总复习·物理要点综述第3页高考调研·高三总复习·物理一、解决力学问题有三大解题途径：力的观点、动量观点和能量观点，很多问题往往不是用一个观点分析，要求三种观点综合使用，相互补充，采用最为有效的方法解题．三个观点所针对的问题各有侧重，解题过程各有优势，综合对比如下：第4页高考调研·高三总复习·物理基本观点基本规律研究运动解题优势力的观点牛顿运动定律匀变速运动公式匀变速运动圆周运动1.分析运动过程2．研究瞬时作用3．求加速度、时间能量观点动能定理机械能守恒定律能量守恒定律匀变速运动非匀变速运动1.只涉及运动始末状态2．求解多个运动过程问题3．求功、能、位移、速度动量观点动量定理动量守恒定律匀变速运动非匀变速运动1.只涉及运动始末状态2．研究相互作用系统的运动3．求解动量、冲量、速度第5页高考调研·高三总复习·物理二、题型鸟瞰题型鸟瞰高考热度题型一：匀变速运动与动量守恒相结合★★★★题型二：动量、能量、圆周运动相结合★★★★★题型三：动量、能量、动能定理相结合★★★★★题型四：动量观点、能量观点、力的观点三者综合应用★★★★★第6页高考调研·高三总复习·物理题型透析第7页高考调研·高三总复习·物理匀变速运动与动量守恒相结合例1如图是一个物理演示实验，它显示：图中自由下落的物体A和B经反弹后，B能上升到比初始位置高得多的地方．A是某种材料做成实心球，质量m1＝0.28kg，在其顶部的凹坑中插着质量m2＝0.10kg的木棍B，B是松松地插在凹坑中，其下端与坑底之间有小空隙，将此装置从A下端离地板的高度H＝1.25m处，由静止释放，实验中，A触地后在极短时间内反弹，且其速度大小不变；接着木棍B脱离球A开始上升，而球A恰好停留在地板上，求木棍B上升的高度，重力加速度g＝10m/s2.第8页高考调研·高三总复习·物理【解析】根据题意A碰地板后，反弹速度的大小v1，等于它下落到地面时速度的大小．即v1＝2gH①A刚反弹后，速度向上，立刻与下落的B碰撞，碰前B的速度的大小v2＝2gH②第9页高考调研·高三总复习·物理由题意，碰后A速度为零，以v′2表示B上升的速度，根据动量守恒m1v1－m2v2＝m2v′2③令h表示B上升的高度，有h＝v′222g④由以上各式并代入数据得h＝4.05m⑤第10页高考调研·高三总复习·物理动量、能量、圆周运动相结合例2如图所示，在光滑的水平杆上套着一个质量为m的滑环，滑环上通过一根不可伸缩的轻绳悬吊着质量为M的物体(可视为质点)，绳长为L.将滑环固定时，给物块一个水平冲量，物块摆起后刚好碰到水平杆，若滑环不固定，仍给物块以同样的水平冲量，求物块摆起的最大高度．第11页高考调研·高三总复习·物理【解析】设物块受到水平冲量后速度为v0.滑环固定时12mv02＝mgL得v0＝2gL.滑环不固定时，摆起最大高度为h，在最大高度时的共同速度为v：Mv0＝(M＋m)v12Mv02＝12(M＋m)v2＋Mgh，解得h＝mM＋mL.第12页高考调研·高三总复习·物理动量、能量、动能定理相结合例3如图所示，C是放在光滑的水平面上的一块木板，木板的质量为3m，在木板的上面有两块质量均为m的小木块A和B，它们与木板间的动摩擦因数均为μ.最初木板静止，A、B两木块同时以方向水平向右的初速度v0和2v0在木板上滑动，木板足够长，A、B始终未滑离木板．求：第13页高考调研·高三总复习·物理(1)木块B从刚开始运动到与木板C速度刚好相等的过程中，木块B所发生的位移；(2)木块A在整个过程中的最小速度．第14页高考调研·高三总复习·物理【解析】(1)木块A先做匀减速直线运动，后做匀加速直线运动；木块B一直做匀减速直线运动；木板C做两段加速度不同的匀加速直线运动，直到A、B、C三者的速度相等为止，设为v1.对A、B、C三者组成的系统，由动量守恒定律得：mv0＋2mv0＝(m＋m＋3m)v1解得：v1＝0.6v0对木块B运用动能定理，有：－μmgs＝12mv12－12m(2v0)2解得：s＝91v02/(50μg)第15页高考调研·高三总复习·物理(2)当A和C速度相等时速度最小为v则：3mv0＝4mv＋m[2v0－(v0－v)]则v＝25v0(其是v0－v为A和B速度的变化量)第16页高考调研·高三总复习·物理动量观点、能量观点、力的观点三者综合应用例4(2014·广东)如图的水平轨道中，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P1沿轨道向右以速度v1与静止在A点的物体P2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t1＝2s至t2＝4s内工作．已知P1、P2的质量都为m＝1kg，P与AC间的动摩擦因数为μ＝0.1，AB段长L＝4m，g取10m/s2，P1、P2和P均视为质点，P与挡板的碰撞为弹性碰撞．第17页高考调研·高三总复习·物理(1)若v1＝6m/s，求P1、P2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v1的取值范围和P向左经过A点时的最大动能E.第18页高考调研·高三总复习·物理【答案】(1)3m/s9J(2)10m/s≤v1≤14m/s17J【解析】(1)P1、P2碰撞过程动量守恒，有mv1＝2mv解得v＝v12＝3m/s碰撞过程中损失的动能为ΔE＝12mv12－12(2m)v2解得ΔE＝9J.第19页高考调研·高三总复习·物理(2)由于P与挡板的碰撞为弹性碰撞．故P在AC间等效为匀减速运动，设P在AC段加速度大小为a，碰后经过B点的速度为v2，由牛顿第二定律和运动学规律，得μ(2m)g＝2ma3L＝vt－12at2v2＝v－at解得v1＝2v＝6L＋μgt2tv2＝6L－μgt22t第20页高考调研·高三总复习·物理由于2s≤t≤4s，所以解得v1的取值范围10m/s≤v1≤14m/sv2的取值范围1m/s≤v2≤5m/s所以当v2＝5m/s时，P向左经过A点时有最大速度v3＝v22－2aL＝17m/s则P向左经过A点时有最大动能E＝12(2m)v32＝17J.第21页高考调研·高三总复习·物理例5如图所示，轻杆一端固定着小球A，另一端可绕O点自由转动；矩形厚木板B放在粗糙的水平地面上，B上表面的最右端有一光滑小物块C；A在最低点时刚好与B左侧接触．轻杆与水平面成30°角时，给A大小为v0＝3gL、方向垂直于杆的初速度，A到达最低点时与B发生正碰后静止．已知g为重力加速度，L为杆长；A、C可视为质点，质量均为m；B的质量为2m、长度也为L；B与地面的动摩擦因数μ＝0.4，其余摩擦不计．第22页高考调研·高三总复习·物理(1)求A到达最低点与B碰撞前，A受到杆的作用力大小；(2)讨论木板高度h取不同值时，C落地瞬间与B左侧的水平距离．第23页高考调研·高三总复习·物理【答案】(1)7mg(2)当h≥1516时，sCB1＝38L；当h＜1516时，sCB2＝15hL－2h5第24页高考调研·高三总复习·物理【解析】(1)以小球为研究对象，设小球A到达最低点时的速度为vA，由机械能守恒有：12mv02＋mg(L＋Lsin30°)＝12mvA2①设此时A受到杆的作用力大小为T，由牛顿第二定律有：T－mg＝mvA2L②联立①②并代入已知值，解得：T＝7mg.③第25页高考调研·高三总复习·物理(2)设B被A碰后获得的速度为vB，由动量守恒得：mvA＝2mvB④C在B上时，B的加速度为：a1＝fmB＝－μ（2m＋m）g2m＝－0.6g⑤设C离开B时，B的速度为vB1，根据运动学公式vB12－vB2＝2a1L⑥联立①④⑤⑥并代入已知值，解得：vB1＝30gL10⑦第26页高考调研·高三总复习·物理C离开B后做自由落体运动，下落时间为：t＝2hg⑧C离开B后，B的加速度为：a2＝－μg＝－0.4g⑨从C离开B起到B停下来的时间为tB＝－vB1a2＝30gL4g⑩第27页高考调研·高三总复习·物理讨论：(Ⅰ)若tB≤t，即：h≥1516L⑪C落地瞬间与B左端的距离为：sCB1＝－v2B12a2＝38L.⑫(Ⅱ)若tBt，即：h1516L⑬C落地瞬间与B左侧的水平距离为：sCB2＝vB1t＋12a2t2＝15hL－2h5.⑭第28页高考调研·高三总复习·物理1．(2017·合肥质检)一质量为2kg的物体受水平拉力F作用，在粗糙水平面上做加速直线运动时的a－t图像如图所示，t＝0时其速度大小为2m/s，滑动摩擦力大小恒为2N，则()第29页高考调研·高三总复习·物理A．t＝6s时，物体的速度为18m/sB．在0～6s内，合力对物体做的功为400JC．在0～6s内，拉力对物体的冲量为36N·sD．t＝6s时，拉力F的功率为200W第30页高考调研·高三总复习·物理答案D解析类比速度图像中位移的表示方法可知，在加速度－时间图像中图线与坐标轴所围面积表示速度变化量，在0～6s内Δv＝18m/s，又v0＝2m/s，则t＝6s时的速度v＝20m/s，A项错误；由动能定理可知，0～6s内，合力做的功为W＝12mv2－12mv02＝396J，B项错误；由动量定理可知，IF－Ff·t＝mv－mv0，代入已知条件解得IF＝48N·s，C项错误；由牛顿第二定律可知，6s末F－Ff＝ma，解得F＝10N，所以拉力的功率P＝Fv＝200W，D项正确．第31页高考调研·高三总复习·物理2.如图，斜面体C质量为M足够长，始终静止在水平面上，一个质量为m的长方形木板A上表面光滑，木板A获得初速度v0后恰好能沿斜面匀速下滑，当木板A匀速下滑时将一质量也为m的滑块B轻轻放在木板A表面上，当滑块B在木板A上滑动时，下列说法正确的是()第32页高考调研·高三总复习·物理A．滑块B的动量为0.5mv0时，木板A和滑块B的加速度大小相等B．滑块B的动量为0.5mv0时，斜面体对水平面的压力大小为(M＋2m)gC．滑块B的动量为1.5mv0时，木板A的动量为0.5mv0D．滑块B的动量为1.5mv0时，水平面对斜面体的摩擦力向右第33页高考调研·高三总复习·物理答案AB解析由题意，对物块A有：mgsinθ＝μmgcosθ，即：μ＝tanθ，系统在沿斜面方向所受外力为2mgsinθ和μ·2mgcosθ，二者相等，即沿斜面方向所受合外力为零，满足动量守恒定律，但物体A只能减速到零，而后静止，此时B的速度为v0，此后物体B加速向下运动，C项错误；水平面对斜面的摩擦力向左，D项错误；对物体B有：mgsinθ＝maB，对A有：mgsinθ－2μmgcosθ＝maA，解得：aA＝－gsinθ；此时二者的加速度大小相等，A项正确；对斜面进行受力分析可知，在vB＜v0时，B项正确．第34页高考调研·高三总复习·物理3．如图，半径R＝0.8m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＝6m的水平面相切于D点，质量M＝1.0kg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＝0.5kg的静止物块B相碰，碰后A的速度变为vA＝2.0m/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＝10m/s2.求：第35页高考调研·高三总复习·物理(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．第36页高考调研·高三总复习·物理答案(1)30N，方向竖直向下(2)4m/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＝12Mv2由牛顿第二定律有FN－Mg＝Mv2R联立解得小滑块在D点所受支持力FN＝30N由牛顿第三定律有，小滑块在D点时对圆弧的压力为30N，方向竖直向下．第37页高考调研·高三总复习·物理(2)设B滑块被碰后的速度为vB，由动量守恒定律：Mv＝MvA＋mvB解得小滑块在D点右侧碰后的速度vB＝4m/s第38页高考调研·高三总复习·物理