《2020年高考物理一轮复习第6章 机械能及其守恒定律 热点专题（三）第28讲 应用力学两大观点解决两类模型问题学案（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理一轮复习第6章 机械能及其守恒定律 热点专题（三）第28讲 应用力学两大观点解决两类模型问题学案（含解析）（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第28讲应用力学两大观点解决两类模型问题热点概述(1)本热点是力学两大观点在传送带和滑块木板两种模型中的综合应用，高考常以计算题、压轴题的形式出现。(2)学好本热点，可以极大地培养同学们的审题能力、推理能力和规范表达能力，针对性的专题强化，可以提升同学们解决压轴题的信心。(3)用到的知识有：动力学观点(牛顿运动定律、运动学基本规律)，能量观点(动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律)。热点一传送带模型问题1模型分类：水平传送带问题和倾斜传送带问题。(1)两类问题的求解关键、分析流程相同，功能关系相近，倾斜传送带问题涉及到重力做功和重力势能的变化。(2)倾斜传送带问题中须注意物体在倾斜传送带上所
2、受摩擦力的性质、大小、方向以及与物体所受重力沿传送带斜面分力的大小、方向关系。2传送带模型问题的设问角度(1)动力学角度：首先要正确分析物体的运动过程，做好受力分析，然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移，找出物体和传送带之间的位移关系。(2)能量角度：求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解。模型1水平传送带问题例1(多选)如图所示，水平绷紧的传送带AB长L6 m，始终以恒定速率v14 m/s运行。初速度大小为v26 m/s的小物块(可视为质点)从与传送带等高的光滑水平地面上
3、经A点滑上传送带。小物块m1 kg，物块与传送带间动摩擦因数0.4，g取10 m/s2。下列说法正确的是()A小物块可以到达B点B小物块不能到达B点，但可返回A点，返回A点速度为4 m/sC小物块向左运动速度减为0时相对传送带滑动的距离达到最大D小物块在传送带上运动时，因相互间摩擦力产生的热量为50 J解析小物块在水平方向运动过程，由牛顿第二定律得mgma，解得ag4 m/s2，若小物块从右端滑上传送带后速度可以减为零，设速度减为零时的位移是x，则0v2ax，解得x m4.5 m6 m，所以小物块不能到达B点，故A错误；小物块不能到达B点，速度减为零后反向做匀加速运动，当速度等于传送带速度v1
4、后匀速运动，返回A点速度为4 m/s，故B正确；小物块不能到达B点，速度减为零后反向做匀加速运动的过程相对于传送带继续向左运动，所以小物块向左运动速度减为0时相对传送带滑动的距离没有达到最大，故C错误；小物块向右匀加速的过程中的位移x m2 m，当速度等于传送带速度v1时，经历的时间t2.5 s，该时间内传送带的位移sv1t42.5 m10 m，所以小物块相对于传送带的位移xs(xx)10 m(4.52) m12.5 m，小物块在传送带上运动时，因相互间摩擦力产生的热量为Qmgx50 J，故D正确。答案BD方法感悟1传送带模型问题的关键求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况，从而确定
5、其是否受到滑动摩擦力作用。如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况。当物体速度与传送带速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变。2传送带模型问题的分析流程模型2倾斜传送带问题例2如图所示，传送带与水平面之间的夹角为30，其上A、B两点间的距离为l5 m，传送带在电动机的带动下以v1 m/s的速度匀速运动。现将一质量为m10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带上的A点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数，在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，求：(g取10 m/s2)(1)传送带对小物体做的功；(2)电动机做的功。解析(1)小物体刚开始运
6、动时，根据牛顿第二定律有mgcosmgsinma解得小物体上升的加速度为a2.5 m/s2当小物体匀加速到v1 m/s时，小物体的位移为x0.2 m5 m之后小物体以v1 m/s的速度匀速运动到B点由功能关系得，传送带对小物体做的功等于小物体机械能的增加量，即WEkEpmv2mglsin255 J。(2)电动机做的功等于小物体的机械能的增加量和小物体与传送带间因摩擦产生的热量Q之和，由vat得t0.4 s相对位移xvtt0.2 m摩擦产生的热量Qmgxcos15 J故电动机做的功为W电WQ270 J。答案(1)255 J(2)270 J方法感悟传送带模型问题的功能关系分析(1)功能关系分析：W
7、EkEpQ。(2)对W和Q的理解传送带做的功：WFfx传；产生的内能QFfx相对。1(2018安徽师大附中模拟)(多选)如图所示，质量m1 kg 的物体从高为h0.2 m的光滑轨道上P点由静止开始下滑，滑到水平传送带上的A点，物体和传送带之间的动摩擦因数为0.2，传送带AB之间的距离为L5 m，传送带一直以v4 m/s的速度匀速运动，则(g取10 m/s2)()A物体从A运动到B的时间是1.5 sB物体从A运动到B的过程中，摩擦力对物体做功为2 JC物体从A运动到B的过程中，产生的热量为2 JD物体从A运动到B的过程中，带动传送带转动的电动机多做的功为10 J答案AC解析设物体下滑到A点的速度
8、为v0，在从P滑到A的过程，由机械能守恒定律有：mvmgh，代入数据得：v02 m/sv4 m/s，则物体滑上传送带后，在滑动摩擦力的作用下做匀加速运动，加速度大小为ag2 m/s2；当物体的速度与传送带的速度相等时用时：t1 s1 s，匀加速运动的位移x1t11 m3 mmgcos，故当物体与传送带同速后，物体将继续加速，有mgsinmgcosma2Lx1vt2a2t解得t21 s故物体由A端运动到B端的时间tt1t22 s。(2)物体与传送带间的相对位移x相(vt1x1)(Lx1vt2)6 m故Qmgcosx相24 J。3如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角30，传送带在电动机的带动下始终
9、保持v02 m/s的速率运行。现把一质量为m10 kg的工件(可看做质点)轻轻放在传送带的底端，经过1.9 s，工件被传送到h1.5 m的高处。g取10 m/s2，求：(1)工件与传送带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能。答案(1)(2)230 J解析(1)传送带长x3 m工件速度达到v0前，做匀加速运动的位移x1t1t1匀速运动的位移为xx1v0(tt1)解得加速运动的时间t10.8 s加速运动的位移x10.8 m所以加速度a2.5 m/s2由牛顿第二定律得mgcosmgsinma解得。(2)从能量守恒的观点看，电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及传送带与工件之间
10、发生相对滑动时产生的内能。在时间t1内，传送带运动的位移x传送带v0t11.6 m在时间t1内，工件相对传送带的位移x相x传送带x10.8 m在时间t1内，摩擦生热Qmgcosx相60 J工件获得的动能Ekmv20 J工件增加的势能Epmgh150 J故电动机多消耗的电能WQEkEp230 J。4一质量为M2.0 kg的小物块随足够长的水平传送带一起运动，被一水平向左飞来的子弹击中并从物块中穿过，子弹和小物块的作用时间极短，如图甲所示。地面观察者记录了小物块被击中后的速度随时间变化的关系如图乙所示(图中取向右运动的方向为正方向)。已知传送带的速度保持不变，g取10 m/s2。(1)指出传送带速
11、度v的大小及方向，说明理由；(2)计算物块与传送带间的动摩擦因数；(3)传送带对外做了多少功？子弹射穿物块后系统有多少能量转化为内能？答案(1)2.0 m/s方向向右理由见解析(2)0.2(3)24 J36 J解析(1)从vt图象中可以看出，物块被击穿后，先向左做减速运动，速度为零后，又向右做加速运动，当速度等于2.0 m/s，则随传送带一起做匀速运动，所以，传送带的速度大小为v2.0 m/s，方向向右。(2)由vt图象可得，物块在滑动摩擦力的作用下做匀变速运动的加速度a m/s22.0 m/s2，由牛顿第二定律得滑动摩擦力FfMgMa，则物块与传送带间的动摩擦因数0.2。(3)由vt图象可知
12、，传送带与物块间存在摩擦力的时间只有3 s，传送带在这段时间内移动的位移为x，则xvt2.03 m6.0 m所以，传送带所做的功WFfx0.22.0106.0 J24 J。由图乙可知物块被击中后的初速度大小为v14 m/s，向左运动的时间为t12 s，向右运动直至和传送带达到共同速度的时间为t21 s，则物块向左运动时产生的内能Q1Mg32 J物块向右运动时产生的内能Q2Mg4 J。所以整个过程产生的内能QQ1Q236 J。热点二板块模型问题1模型分类滑块木板模型根据情况可以分成水平面上的滑块木板模型和斜面上的滑块木板模型。2位移关系滑块从木板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和木板沿同一方向运动，则滑块的位移和木板的位移之差等于木板的长度；若滑块和木板沿相反方向运动，则滑块的位移和木板的位移之和等于木板的长度。3解题关键找出滑块和木板之间的位移(路程)关系或速度关系是解题的突破口，求解中应注意联系两个相邻的不同运动过程的纽带，每一个过程的末速度是下一个过程的初速度。模型1水平面上的板块模型例1如图甲所示，长木板A放在光滑的水平面上，质量为 m2 kg的另一物体B(可看成质点)以水平速度v02 m/s 滑上原来静止的长木板A的上表面。由于A、B间存在摩擦，之后A、B速度
