《2019年高考物理 考前冲刺30天 第四讲 必考计算题 动力学方法和能量观点的综合应用学案（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年高考物理 考前冲刺30天 第四讲 必考计算题 动力学方法和能量观点的综合应用学案（含解析）（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、动力学方法和能量观点的综合应用命题点一多过程组合问题例1如图1，固定在水平面上的组合轨道，由光滑的斜面、光滑的竖直半圆(半径R2.5m)与粗糙的水平轨道组成；水平轨道动摩擦因数0.25，与半圆的最低点相切，轨道固定在水平面上一个质量为m0.1kg的小球从斜面上A处由静止开始滑下，并恰好能到达半圆轨道最高点D，且水平抛出，落在水平轨道的最左端B点处不计空气阻力，小球在经过斜面与水平轨道连接处时不计能量损失，g取10m/s2.求：图1(1)小球从D点抛出的速度vD；(2)水平轨道BC的长度x；(3)小球开始下落的高度h.解析(1)小球恰好能到达半圆轨道最高点D，此时只有重力作为向心力，即mgm所以
2、小球从D点抛出的速度vDm/s5 m/s.(2)根据竖直方向上的自由落体运动可得，2Rgt2，所以运动的时间为ts1s，水平轨道BC的长度即为平抛运动的水平位移的大小，所以xvDt51m5m.(3)对从A到D的过程，利用动能定理可得，mghmgxmg2Rmv解得h7.5m.答案(1)5m/s(2)5m(3)7.5m多过程问题的解题技巧1抓住物理情景中出现的运动状态和运动过程，将物理过程分解成几个简单的子过程2两个相邻过程连接点的速度是联系两过程的纽带，也是解题的关键很多情况下平抛运动的末速度的方向是解题的重要突破口题组阶梯突破1运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目如图2所示
3、，AB是水平路面，BC是半径为20m的圆弧，CDE是一段曲面运动员驾驶功率始终为P1.8kW的摩托车在AB段加速，通过B点时速度已达到最大vm20m/s，再经t13 s的时间通过坡面到达E点，此刻关闭发动机水平飞出已知人和车的总质量m180 kg，坡顶高度h5 m，落地点与E点的水平距离s16 m，重力加速度g10 m/s2.如果在AB段摩托车所受的摩擦阻力恒定，且不计空气阻力，求：图2(1)AB段摩托车所受摩擦阻力的大小；(2)摩托车过圆弧B点时受到地面支持力的大小；(3)摩托车在沿BCDE冲上坡顶的过程中克服摩擦阻力做的功答案(1)90N(2)5400N(3)27360J解析(1)摩托车在
4、水平面上已经达到了最大速度，牵引力与阻力相等则PFvmFfvm.Ff90N.(2)摩托车在B点，由牛顿第二定律得：FNmgm，FNmmg5400N.(3)对摩托车的平抛运动过程，有t11s，平抛的初速度v016m/s，摩托车在斜坡上运动时，由动能定理得PtWfmghmvmv，解得Wf27360J.2如图3所示，半径R0.4m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角30，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧的右端固定在竖直挡板上质量m0.1kg的小物块(可视为质点)从空中A点以v02m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道
5、，经过C点后沿水平面向右运动至D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平图3距离L1.2 m，小物块与水平面间的动摩擦因数0.5，g取10 m/s2.求：(1)小物块经过圆弧轨道上B点时速度vB的大小(2)小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小(3)弹簧的弹性势能的最大值Epm.答案(1)4m/s(2)8N(3)0.8J解析(1)小物块恰好从B点沿切线方向进入轨道，由几何关系有vB4m/s.(2)小物块由B点运动到C点，由动能定理有mgR(1sin)mvmv在C点处，由牛顿第二定律有FNmgm解得FN8N根据牛顿第三定律，小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力FN大小为8N.(3)小物块
6、从B点运动到D点，由能量守恒定律有EpmmvmgR(1sin)mgL0.8J.命题点二传送带模型问题例2如图4所示，传送带与地面的夹角37，A、B两端间距L16m，传送带以速度v10m/s，沿顺时针方向运动，物体m1kg，无初速度地放置于A端，它与传送带间的动摩擦因数0.5，试求：图4(1)物体由A端运动到B端的时间(2)系统因摩擦产生的热量解析(1)物体刚放上传送带时受到沿斜面向下的滑动摩擦力，由牛顿第二定律得：mgsinmgcosma1，设物体经时间t1，加速到与传送带同速，则va1t1，x1a1t可解得：a110m/s2t11sx15m因mgsinmgcos，故当物体与传送带同速后，物体
7、将继续加速由mgsinmgcosma2Lx1vt2a2t解得：t21s故物体由A端运动到B端的时间tt1t22s(2)物体与传送带间的相对位移x相(vt1x1)(Lx1vt2)6m故Qmgcosx相24J.答案(1)2s(2)24J传送带问题的分析流程和技巧1分析流程2相对位移一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量QFfx相对，其中x相对是物体间相对路径长度如果两物体同向运动，x相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，x相对为两物体对地位移大小之和3功能关系(1)功能关系分析：WFEkEpQ.(2)对WF和Q的理解：传送带的功：WFFx传；产生的内能QFfx相对题组阶梯突破3一质量
8、为M2kg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，子弹从物块中穿过，如图5甲所示，地面观察者记录了小物块被击穿后的速度随时间的变化关系，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10m/s2.图5(1)指出传送带的速度v的方向及大小，说明理由(2)计算物块与传送带间的动摩擦因数(3)计算物块对传送带总共做了多少功？系统有多少能量转化为内能？答案(1)方向向右2m/s理由见解析(2)0.2(3)24J36J解析(1)由题图可知，物块被击中后先向左做匀减速运动，速度为零后，又向右做匀加速运动，当速度等于2m/s以后随传送带一起匀速运动，所以
9、传送带的速度方向向右，大小为2 m/s.(2)由题图可知，am/s22 m/s2由牛顿第二定律得，滑动摩擦力FfMa，其中FfFN，FNMg，所以物块与传送带间的动摩擦因数0.2.(3)由题图可知，传送带与物块存在摩擦力的时间只有3s，传送带在这段时间内的位移xvt23m6m所以物块对传送带所做的功为WFfx46J24J选传送带为参考系，物块相对于传送带通过的路程xt3m9m，所以转化为内能的能量EQFfx49J36J.4.如图6所示，与水平面夹角30的倾斜传送带始终绷紧，传送带下端A点与上端B点间的距离L4m，传送带以恒定的速率v2m/s向图6上运动现将一质量为1kg的物体无初速度地放于A处
10、，已知物体与传送带间的动摩擦因数，取g10m/s2，求：(1)物体从A运动到B共需多长时间？(2)电动机因传送该物体多消耗的电能答案(1)2.4s(2)28J解析(1)物体无初速度地放在A处后，因mgsinmgcos故物体斜向上做匀加速直线运动加速度a2.5m/s2物体达到与传送带同速所需的时间t10.8st1时间内物体的位移x1t10.8m之后物体以速度v做匀速运动，运动的时间t21.6s物体运动的总时间tt1t22.4s(2)前0.8s内物体相对传送带的位移xvt1x10.8m因摩擦而产生的内能E内mgcosx6J整个过程中多消耗的电能E电EkEpE内mv2mgLsinE内28J.(建议时
11、间：40分钟)1如图1所示，皮带的速度是3m/s，两圆心距离s4.5 m，现将m1 kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数0.15，皮带不打滑，电动机带动皮带将物体从左轮正上方运送到右轮正上方时，求：(g10 m/s2)图1(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E.答案(1)4.5J(2)4.5J(3)9J解析(1)mgmaa1.5m/s2mgxmv2所以物体加速阶段运动的位移x3m4.5m，即物体可与皮带达到共同速度，Ekmv2132J4.5J.(2)vatt2sQmg(vtx)0.15110(63) J4.5J(3
12、)EEkQ4.5J4.5J9J.2如图2甲所示，一倾角为37的传送带以恒定速度运行现将一质量m1kg的小物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g10m/s2，sin370.6，cos370.8.求：图2(1)08s内物体位移的大小(2)物体与传送带间的动摩擦因数(3)08s内物体机械能增加量及因与传送带摩擦产生的热量Q.答案(1)14m(2)0.875(3)90J126J解析(1)从图乙中求出物体位移x22m44m24m14m(2)由图象知，物体相对传送带滑动时的加速度a1m/s2对此过程中物体受力分析得mgcosmgsinma得0.875(3)
13、物体被送上的高度hxsin8.4m重力势能增量Epmgh84J动能增量Ekmvmv6J机械能增加量EEpEk90J08s内只有前6s发生相对滑动06s内传送带运动距离x146m24m06s内物体位移x26m产生的热量Qmgcosxmgcos(x1x2)126J.3山谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤，其示意图如图3.图中A、B、C、D均为石头的边缘点，O为青藤的固定点，h11.8m，h24.0m，x14.8m，x28.0m开始时，质量分别为M10kg和m2kg的大、小两只金丝猴分别位于左边和中间的石头上，当大猴发现小猴将受到伤害时，迅速从左边石头的A点水平跳至中间石头大猴抱起小猴跑到C点，
14、抓住青藤下端，荡到右边石头上的D点，此时速度恰好为零运动过程中猴子均可看成质点，空气阻力不计，重力加速度g10m/s2.求：图3(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值；(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小；(3)猴子荡起时，青藤对猴子的拉力大小答案(1)8m/s(2)4m/s(3)216N解析(1)设猴子从A点水平跳离时速度的最小值为vmin，根据平抛运动规律，有h1gt2x1vmint联立式，得vmin8m/s(2)猴子抓住青藤后荡到右边石头上的运动过程中机械能守恒，设荡起时速度为vC，有(Mm)gh2(Mm)vvC4m/s(3)设青藤对猴子的拉力为FT，青藤的长度为L，对最低点，由牛顿第二定律得FT(Mm)g(Mm)由几何关
