《2020高考物理一轮总复习 第六章 链接高考6 利用动量和能量观点解决力学综合问题讲义（含解析）新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020高考物理一轮总复习 第六章 链接高考6 利用动量和能量观点解决力学综合问题讲义（含解析）新人教版（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、利用动量和能量观点解决力学综合问题考点解读1解动力学问题的三个基本观点力的观点运用牛顿定律结合运动学知识解题，可处理匀变速运动问题能量观点用动能定理和能量守恒观点解题，可处理非匀变速运动问题动量观点用动量守恒观点解题，可处理非匀变速运动问题2.动量观点和能量观点的比较相同点(1)研究对象都是相互作用的物体组成的系统(2)研究过程都是某一运动过程不同点动量守恒定律是矢量表达式，还可以写出分量表达式；而动能定理和能量守恒定律都是标量表达式，无分量表达式3.力学规律的选用原则(1)如果要列出各物理量在某一时刻的关系式，可用牛顿第二定律(2)研究某一物体受到力的持续作用发生运动状态改变时，一般用动量定
2、理(涉及时间的问题)或动能定理(涉及位移的问题)去解决问题(3)若研究的对象为一物体系统，且它们之间有相互作用，一般用两个守恒定律去解决问题，但需注意研究的问题是否满足守恒的条件(4)在涉及相对位移问题时则优先考虑能量守恒定律，系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，即转变为系统内能的量(5)在涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理现象时，需注意到这些过程一般均隐含有系统机械能与其他形式能量之间的转换这种问题由于作用时间都极短，因此动量守恒定律一般能派上大用场考向分析考向1“爆炸”类问题典例1(2018全国卷)一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药
3、爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量求：(1)烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；(2)爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度审题指导关键词理解，隐含条件显性化(1)题目中的两个E，分别对应“一个物体”和“两个物体”(2)爆炸后两部分质量均为.(3)爆炸过程中系统初动量为0.(4)距地面的最大高度由两部分组成，一是爆炸前上升的高度，二是爆炸后向上运动的部分上升的高度解析(1)设烟花弹上升的初速度为v0，由题给条件有Emv设烟花弹从地面开始上升到火药爆炸所用的时间为t，由运动学公
4、式有0v0gt联立式得t (2)设爆炸时烟花弹距地面的高度为h1，由机械能守恒定律有Emgh1火药爆炸后，烟花弹上、下两部分均沿竖直方向运动，设炸后瞬间其速度分别为v1和v2.由题给条件和动量守恒定律有mvmvEmv1mv20由式知，烟花弹两部分的速度方向相反，向上运动部分做竖直上抛运动设爆炸后烟花弹上部分继续上升的高度为h2，由机械能守恒定律有mvmgh2联立式得，烟花弹向上运动部分距地面的最大高度为hh1h2.答案(1) (2)爆炸过程的特征1动能增加：在爆炸过程中，由于有其他形式的能量转化为动能，所以爆炸后系统的总动能增加2位置不变：爆炸的时间极短，因而在作用过程中，物体产生的位移很小，
5、一般可忽略不计，可以认为爆炸后仍然从作用前的位置以新的动量开始运动3由于内力外力，故爆炸过程动量守恒跟踪训练1如图所示，光滑水平面上有三个滑块A、B、C，质量关系是mAmCm、mB.开始时滑块B、C紧贴在一起，中间夹有少量炸药，处于静止状态，滑块A以速率v0正对B向右运动，在A未与B碰撞之前，引爆了B、C间的炸药，炸药爆炸后B与A迎面碰撞，最终A与B粘在一起，以速率v0向左运动求：(1)炸药爆炸过程中炸药对C的冲量；(2)炸药的化学能有多少转化为机械能？解析：(1)全过程，A、B、C组成的系统动量守恒mAv0(mAmB)v0mCvC炸药对C的冲量：ImCvC0解得：Imv0，方向向右(2)炸药
6、爆炸过程，B和C组成的系统动量守恒mCvCmBvB0据能量关系：EmBvmCv解得：Emv.答案：见解析考向2“滑块弹簧”类问题典例2(2019河北石家庄二中模拟)如图甲所示，物块A、B的质量分别是mA4.0 kg和mB3.0 kg.用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，物块B右侧与竖直墙相接触另有一物块C从t0时以一定速度向右运动，在t4 s时与物块A相碰，并立即与A粘在一起不再分开，物块C的vt图象如图乙所示求：(1)物块C的质量mC；(2)B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep.解析(1)由题图乙知，C与A碰前速度为v19 m/s，碰后速度为v23 m/s，C与A碰撞过程动量守恒
7、mCv1(mAmC)v2解得mC2 kg.(2)12 s时B离开墙壁，之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒，且当A、C与B的速度相等时，弹簧弹性势能最大(mAmC)v3(mAmBmC)v4(mAmC)v(mAmBmC)vEp得Ep9 J.答案(1)2 kg(2)9 J“滑块弹簧”模型的解题思路1应用系统的动量守恒2应用系统的机械能守恒3注意临界条件：两滑块同速时，弹簧的弹性势能最大4从A开始压缩弹簧到弹簧恢复原长的过程，可借用弹性碰撞结论：v1v0，v2v0.跟踪训练2如图所示，质量M4 kg的滑板B静止放在光滑水平面上，其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L0.5
8、 m，这段滑板与木块A(可视为质点)之间的动摩擦因数0.2，而弹簧自由端C到弹簧固定端D所对应的滑板上表面光滑木块A以速度v010 m/s由滑板B左端开始沿滑板B上表面向右运动已知木块A的质量m1 kg，g取10 m/s2.求：(1)弹簧被压缩到最短时木块A的速度大小；(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能解析：(1)弹簧被压缩到最短时，木块A与滑板B具有相同的速度，设为v，从木块A开始沿滑板B上表面向右运动至弹簧被压缩到最短的过程中，整体动量守恒，则mv0(Mm)v解得vv0代入数据得木块A的速度v2 m/s(2)在木块A压缩弹簧过程中，弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大，由能量关
9、系知，最大弹性势能为Epmmv(mM)v2mgL代入数据解得Epm39 J.答案：(1)2 m/s(2)39 J考向3“滑块平板”类问题典例3如图所示，质量m10.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L1.5 m，现有质量m20.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v02 m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止物块与车面间的动摩擦因数0.5，g取10 m/s2，求：(1)物块与小车的共同速度；(2)物块在车面上滑行的时间t；(3)小车运动的位移x；(4)要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0不超过多少？解析(1)设物块与小车的共同速度为v，以水平向右为
10、正方向，根据动量守恒定律：m2v0(m1m2)v解得v0.8 m/s(2)设物块与车面间的滑动摩擦力为F，对物块应用动量定理：Ftm2vm2v0，又Fm2g代入数据得t0.24 s.(3)对小车应用动能定理：m2gxm1v2解得：x0.096 m(4)要使物块恰好不从车面滑出，须使物块到车面最右端时与小车有共同的速度，设其为v，则：m2v0(m1m2)v由系统能量守恒有：m2v02(m1m2)v2m2gL代入数据解得v05 m/s.故要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0不超过5 m/s.答案(1)0.8 m/s(2)0.24 s(3)0.096 m(4)5 m/s“滑块平板”模
11、型的解题思路1应用系统的动量守恒2在涉及滑块或平板的时间时，优先考虑用动量定理3在涉及滑块或平板的位移时，优先考虑用动能定理4在涉及滑块的相对位移时，优先考虑用系统的能量守恒5滑块恰好不滑动时，滑块与平板达到共同速度跟踪训练3(2019唐山模拟)(多选)如图所示，一块质量为M的木板停在光滑的水平面上，木板的左端有挡板，挡板上固定一个小弹簧一个质量为m的小物块(可视为质点)以水平速度v0从木板的右端开始向左运动，与弹簧碰撞后(弹簧处于弹性限度内)，最终又恰好停在木板的右端根据上述情景和已知量，可以求出()A弹簧的劲度系数B弹簧的最大弹性势能C木板和小物块组成的系统最终损失的机械能D若再已知木板长
12、度l，可以求出木板和小物块间的动摩擦因数解析：BCD小物块m与长木板M构成的系统动量守恒，设小物块滑到最左端和最右端的速度分别为v1、v2，以向左为正方向，小物块从开始位置滑动到最左端的过程，由动量守恒定律得mv0(Mm)v1，小物块从开始位置滑动到最后相对长木板静止过程mv0(Mm)v2，解得v1，v2，小物块滑动到最左端的过程中，由能量守恒定律得mv(Mm)vQEp，QFfl，小物块从开始滑动到最右端的过程中，由能量守恒定律得mv(Mm)vQ，Q2Ffl，由以上各式可以解出Ep、Q、Q，故B、C正确；求出Q后，如果已知木板长l，由Qmgl，可以求出木板和小物块间的动摩擦因数，故D正确；因为
13、缺少弹簧的压缩量，无法求出弹簧的劲度系数，故A错误考向4“滑块斜面”类问题典例4(2016全国卷)如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其前面的冰块均静止于冰面上某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h0.3 m(h小于斜面体的高度)已知小孩与滑板的总质量为m130 kg，冰块的质量为m210 kg，小孩与滑板始终无相对运动取重力加速度的大小g取10 m/s2.(1)求斜面体的质量；(2)通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？解析(1)规定向右为速度正方向冰块在斜面体上运动到最大高度时
14、两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得m2v20(m2m3)vm2v(m2m3)v2m2gh式中v203 m/s为冰块推出时的速度联立式并代入题给数据得m320 kg(2)设小孩推出冰块后的速度为v1，由动量守恒定律有m1v1m2v200代入数据得v11 m/s设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3，由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20m2v2m3v3m2vm2vm3v联立式并代入数据得v21 m/s由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩答案(1)20 kg(2)见解析“滑块斜面”模型的解题思路1应用系统在水平方向的动量守恒2应用系统的能量守恒3注意临界条件：滑块沿斜面上升到最高点时，滑块与斜面同速4从冰块滑上斜面到分离的过程，可借用弹性碰撞结论：v1v0，v2v0.跟踪训练4.(多选)质量为M的小车静止于光滑的水平面上，小车的表面和圆弧的轨道均光滑，如图所示，一个质量为m的小
