2019版高考物理二轮复习专题二功和能动量和能量第3讲应用力学三大观点解决综合问题课件.ppt

1、第3讲 应用力学三大观点解决 综合问题,-2-,网络构建,要点必备,-3-,网络构建,要点必备,本讲为力学综合问题,涉及动力学、功能关系,解此类题 目关键要做好“五选择”: (1)当物体受到恒力作用发生运动状态的改变而且又涉及时间时,一般选择用动力学方法解题。 (2)当涉及功、能和位移时,一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题,题目中出现相对位移时,应优先选择能量守恒定律。 (3)当涉及多个物体及时间时,一般考虑动量定理、动量守恒定律。 (4)当涉及细节并要求分析力时,一般选择牛顿运动定律,对某一时刻的问题选择牛顿第二定律求解。 (5)复杂问题的分析一般需选择能量的观点、

2、运动与力的观点综合解题。,-4-,1,2,3,4,1. (多选)(2018全国卷)地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运送到地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示,其中图线分别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程( ) A.矿车上升所用的时间之比为45 B.电机的最大牵引力之比为21 C.电机输出的最大功率之比为21 D.电机所做的功之比为45,AC,-5-,1,2,3,4,考点定位:速度图象、牛顿运动定律、功和功率 命题能力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物

3、理学科素养点:物理观念、科学思维 误区警示:解答此题常见错误主要有四方面:一是对速度图象面积表示位移掌握不到位;二是运用牛顿运动定律求解牵引力错误;三是不能找出最大功率;四是不能得出两次提升电机做功。实际上,可以根据两次提升的高度相同,提升的质量相同,利用功能关系得出两次做功相同。,-6-,1,2,3,4,解析 由两次提升的高度相同可知,图形不重合部分面积应相等,可得过程的总时间为2.5t0,上升所用时间之比为2t02.5t0=45,A选项正确;加速上升阶段牵引力最大,两次提升的质量和加速度都相同,根据牛顿第二定律,最大牵引力Fm-mg=ma,最大牵引力相等,B选项错误;最大输出功率为Pm=F

4、mvm,已知最大牵引力相等,过程的最大速度是过程的2倍,故电机输出的最大功率之比为21,C选项正确;设整个过程中电机所做的功为W,根据动能定理W-mgh=0,提升的质量和高度都相等,所以电机所做的功也相等,D选项错误。,-7-,1,2,3,4,2.(2015全国卷)如图,一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道。质点滑到轨道最低点N时,对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小。用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功。则( ),C,-8-,1,2,3,4,考点定位:功能关系 命题能

5、力点:侧重考查理解能力和分析综合能力 物理学科素养点:物理观念、科学思维 解题思路与方法:动能定理、分析摩擦力做功是解本题的基础,对于滑动摩擦力一定要注意压力的变化,最大的误区是根据对称性误认为左右两部分摩擦力做功相等。,-9-,1,2,3,4,-10-,1,2,3,4,3.(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

6、运动的部分距地面的最大高度。 考点定位:本题主要考查机械能、匀变速直线运动规律、动量守恒定律、能量守恒定律及其相关的知识点 命题能力点:侧重考查分析综合能力 物理学科素养点:物理观念、科学思维 解题思路与方法:此题综合利用上抛运动、机械能守恒定律、动量守恒定律等规律仔细分析物理过程,挖掘题目的隐含条件,灵活选取物理公式列出方程解答。,-11-,1,2,3,4,-12-,1,2,3,4,-13-,1,2,3,4,4.(2016全国卷)轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l。现将该弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与

7、物块P接触但不连接。AB是长度为5l的水平轨道,B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切,半圆的直径BD竖直,如图所示。物块P与AB间的动摩擦因数=0.5。用外力推动物块P,将弹簧压缩至长度l,然后放开,P开始沿轨道运动,重力加速度大小为g。(1)若P的质量为m,求P到达B点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点之间的距离; (2)若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P的质量的取值范围。,-14-,1,2,3,4,考点定位:能量守恒定律、平抛运动、圆周运动 命题能力点:侧重考查分析综合能力 物理学科素养点:物理观念、科学思维 解题思路与方法:解题时要首先知道平抛运动及圆周运

8、动的处理方法,并分析题目的隐含条件,挖掘“若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下”这句话包含的物理意义。,-15-,1,2,3,4,-16-,1,2,3,4,-17-,1,2,3,4,【命题规律研究及预测】 分析高考试题可以看出,高考命题借助常见的运动模型:平抛运动、圆周运动等考查动能定理、机械能守恒定律及能量守恒定律;尤其注重对单物体多过程运动的考查。常以计算题的形式命题,有时也以选择题的形式命题。 在2019年的备考过程中尤其要注重单物体多过程问题和力学三大观点的综合应用。,-18-,考点一,考点二,综合应用动力学方法和能量观点解决多过程问题(H) 解题策略 策略1:抓住物理情景中出现的运动

9、状态与运动过程,将整个物理过程分成几个简单的子过程。 策略2:对每一个子过程分别进行受力分析、过程分析、能量分析,选择合适的规律对相应的子过程列方程, 若某过程涉及时间和加速度,则选用动力学方法求解;若某过程涉及做功和能量转化问题,则要考虑应用动能定理、机械能守恒定律或功能关系求解。 策略3:两个相邻的子过程连接点,速度是连接两过程的纽带,因此要特别关注连接点速度的大小及方向。,-19-,考点一,考点二,-20-,考点一,考点二,(1)求P第一次运动到B点时速度的大小。 (2)求P运动到E点时弹簧的弹性势能。 (3)改变物块P的质量,将P推至E点,从静止开始释放。已知P自圆弧轨道的最高点D处水

10、平飞出后,恰好通过G点。G点在C点左下方,与C点水平相距 、竖直相距R。求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量。 思维点拨此题利用平抛运动、动能定理、弹性势能等规律仔细分析物理过程,挖掘题目的隐含条件,灵活选取物理公式列出方程解答。,-21-,考点一,考点二,-22-,考点一,考点二,-23-,考点一,考点二,-24-,考点一,考点二,-25-,考点一,考点二,1. (2018天津卷)我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后,拉开了全面试验试飞的新征程。假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动,当位移x=1.6103 m时才能达到起飞所要求的

11、速度v=80 m/s。已知飞机质量m=7.0104 kg,滑跑时受到的阻力为自身重力的 ,重力加速度g取10 m/s2。求飞机滑跑过程中:(1)加速度a的大小; (2)牵引力的平均功率P。,答案 (1)2 m/s2 (2)8.4106 W,-26-,考点一,考点二,-27-,考点一,考点二,(1)求小球经B点前后瞬间对轨道的压力大小之比; (2)小球离开C点后,再经多长时间落到AB弧上?,-28-,考点一,考点二,-29-,考点一,考点二,-30-,考点一,考点二,3.(2018广东深圳三校模拟)如图所示,在水平匀速运动的传送带的左端(P点),轻放一质量为m=1 kg的物块,物块随传送带运动到

12、A点后抛出,物块恰好无碰撞地沿圆弧切线从B点进入竖直光滑圆弧轨道下滑。B、D为圆弧的两端点,其连线水平。已知圆弧半径R=1.0 m,圆弧对应的圆心角=106,轨道最低点为C,A点距水平面的高度h=0.8 m。(g取10 m/s2,sin 53=0.8,cos 53=0.6)求:(1)物块离开A点时水平初速度的大小; (2)物块经过C点时对轨道压力的大小; (3)设物块与传送带间的动摩擦因数为0.3,传送带的速度为5 m/s,求PA间的距离。,答案 (1)3 m/s (2)43 N (3)1.5 m,-31-,考点一,考点二,-32-,考点一,考点二,力学三大观点的综合应用(H) 解题策略 策略

13、1:若是多个物体组成的系统,优先考虑使用动量守恒定律和机械能守恒定律。 策略2:若物体(或系统)涉及速度和时间,应考虑使用动量定理。 策略3:若物体(或系统)涉及位移和时间,且受到恒力作用,应考虑使用牛顿运动定律。 策略4:若物体(或系统)涉及位移和速度,应考虑使用动能定理,系统中摩擦力做功时应用摩擦力乘以相对路程,运用动能定理解决曲线运动和变加速运动问题特别方便。,-33-,考点一,考点二,题型1 阻力作用与能量耗散模型问题 【典例2】(2018广西防城港3月模拟)如图所示,水平绝缘轨道,左侧存在水平向右的有界匀强电场,电场区域宽度为L,右侧固定以轻质弹簧,电场内的轨道粗糙,与物体间的摩擦因

14、数为=0.5,电场外的轨道光滑,质量为m、带电荷量为+q的物体A从电场左边界由静止释放后加速运动,离开电场后与质量为2m的物体B碰撞并粘在一起运动,碰撞时间极短,开始B靠在处于原长的轻弹簧左端但不拴接(A、B均可视为质点),已知匀强电场强度大小为 ,求:(1)弹簧的最大弹性势能; (2)整个过程A在电场中运动的总路程。,-34-,考点一,考点二,思维点拨根据动能定理和动量守恒定律,求出物体A碰前的速度,根据机械能守恒即可求出弹簧的最大弹性势能;由题意知最终AB静止在电场外,弹簧处于自由伸长状态,AB共同在电场中运动的距离为x,由能的转化与守恒可得AB共同在电场中运动的距离,再加上电场区域宽度即

15、可求出整个过程A在电场中运动的总路程。,-35-,考点一,考点二,-36-,考点一,考点二,4.(2018湖北仙桃、天门、潜江三市期末)如图所示,半径为R1=1.8 m的 光滑圆弧与半径为R2=0.3 m的半圆光滑细管平滑连接并固定,光滑水平地面上紧靠管口有一长度为L=2.0 m、质量为M=1.5 kg的木板,木板上表面正好与管口底部相切,处在同一水平线上,木板的左方有一足够长的台阶,其高度正好与木板相同。现在让质量为m2=2 kg的物块静止于B处,质量为m1=1 kg的物块从光滑圆弧顶部的A处由静止释放,物块m1下滑至B处和m2碰撞后不再分开,整体设为物块m(m=m1+m2)。物块m越过半圆

16、管底部C处滑上木板使其从静止开始向左运动,当木板速度为2 m/s时,木板与台阶碰撞立即被粘住(即速度变为零),若g取10 m/s2,物块碰撞前后均可视为质点,圆管粗细不计。,-37-,考点一,考点二,(1)求物块m1和m2碰撞过程中损失的机械能; (2)求物块m滑到半圆管底部C处时所受支持力大小; (3)若物块m与木板及台阶表面间的动摩擦因数均为=0.25,求物块m在台阶表面上滑行的最大距离。,答案 (1)12 J (2)190 N (3)0.8 m,-38-,考点一,考点二,-39-,考点一,考点二,-40-,考点一,考点二,-41-,考点一,考点二,5.(2018山东日照一模)如图所示,一

17、质量m=1 kg的小物块(可视为质点),放置在质量M=4 kg的长木板左侧,长木板放置在光滑的水平面上。初始时,长木板与物块一起以水平速度v0=2 m/s向左匀速运动。在长木板的左端上方固定着一障碍物A,当物块运动到障碍物A处时与A发生弹性碰撞(碰撞时间极短,无机械能损失),而长木板可继续向左运动。重力加速度g取10 m/s2。,-42-,考点一,考点二,(1)设长木板足够长,求物块与障碍物第一次碰撞后,物块与长木板所能获得的共同速率; (2)设长木板足够长,物块与障碍物第一次碰撞后,物块向右运动所能达到的最大距离是s=0.4 m,求物块与长木板间的动摩擦因数以及此过程中长木板运动的加速度的大

18、小; (3)要使物块不会从长木板上滑落,长木板至少应为多长?整个过程中物块与长木板系统产生的内能是多少?,答案 (1)1.2 m/s (2)0.5 1.25 m/s2 (3)2 m 10 J,-43-,考点一,考点二,解析 (1)物块与障碍物碰后,速度反向,大小不变,接下来物块和长木板系统动量守恒。取向左的方向为正方向,故有Mv0-mv0=(M+m)v,代入数据得v=1.2 m/s。 (2)物块第一次与障碍物碰后向右匀减速运动到速度为零过程,据动能定理得-mgs= 代入数据得=0.5 对长木板,据牛顿第二定律得mg=Ma 代入数据,得加速度大小 a=1.25 m/s2。,-44-,考点一,考点

19、二,-45-,考点一,考点二,6.(2018山东泰安一模)如图所示,质量为m1=0.5 kg的小物块P置于台面上的A点并与弹簧的右端接触(不拴接),轻弹簧左端固定,且处于原长状态。质量M=1 kg的长木板静置于水平面上,其上表面与水平台面相平,且紧靠台面右端。木板左端放有一质量m2=1 kg的小滑块Q。现用水平向左的推力将P缓慢推至B点(弹簧仍在弹性限度内),撤去推力,此后P沿台面滑到边缘C时速度v0=10 m/s,与小车左端的滑块Q相碰,最后物块P停在AC的正中点,Q停在木板上。已知台面AB部分光滑,P与台面AC间的动摩擦因数1=0.1,AC间距离L=4 m。Q与木板上表面间的动摩擦因数2=

20、0.4,木板下表面与水平面间的动摩擦因数3=0.1(g取10 m/s2),求:,-46-,考点一,考点二,(1)撤去推力时弹簧的弹性势能; (2)长木板运动中的最大速度; (3)长木板的最小长度。,答案 (1)27 J (2)2 m/s (3)3 m,-47-,考点一,考点二,-48-,考点一,考点二,-49-,考点一,考点二,题型2 用力学三大观点综合解决问题 【典例3】(2018全国卷)如图,在竖直平面内,一半径为R的光滑圆弧轨道ABC和水平轨道PA在A点相切。BC为圆弧轨道的直径,O为圆心,OA和OB之间的夹角为,sin = 。一质量为m的小球沿水平轨道向右运动,经A点沿圆弧轨道通过C点

21、,落至水平轨道;在整个过程中,除受到重力及轨道作用力外,小球还一直受到一水平恒力的作用。已知小球在C点所受合力的方向指向圆心,且此时小球对轨道的压力恰好为零。重力加速度大小为g。求,-50-,考点一,考点二,(1)水平恒力的大小和小球到达C点时速度的大小; (2)小球到达A点时动量的大小; (3)小球从C点落至水平轨道所用的时间。 思维点拨将小球的运动分为若干个过程,灵活运用圆周运动、受力分析、动量、斜下抛运动相关知识解决。,-51-,考点一,考点二,-52-,考点一,考点二,-53-,考点一,考点二,-54-,考点一,考点二,7.(2018全国卷)汽车A在水平冰雪路面上行驶。驾驶员发现其正前

22、方停有汽车B,立即采取制动措施,但仍然撞上了汽车B。两车碰撞时和两车都完全停止后的位置如图所示,碰撞后B车向前滑动了4.5 m,A车向前滑动了2.0 m,已知A和B的质量分别为2.0103 kg和1.5103 kg,两车与该冰雪路面间的动摩擦因数均为0.10,两车碰撞时间极短,在碰撞后车轮均没有滚动,重力加速度大小g取10 m/s2。求,-55-,考点一,考点二,(1)碰撞后的瞬间B车速度的大小; (2)碰撞前的瞬间A车速度的大小。,答案 (1)3.0 m/s (2)4.3 m/s 解析 (1)设B车的质量为mB,碰后加速度大小为aB。根据牛顿第二定律有 mBg=mBaB 式中是汽车与路面间的

23、动摩擦因数。 设碰撞后瞬间B车速度的大小为vB,碰撞后滑行的距离为sB。由运动学公式有vB2=2aBsB 联立式并利用题给数据得 vB=3.0 m/s,-56-,考点一,考点二,(2)设A车的质量为mA,碰后加速度大小为aA。根据牛顿第二定律有 mAg=mAaA 设碰撞后瞬间A车速度的大小为vA,碰撞后滑行的距离为sA。由运动学公式有vA2=2aAsA 设碰撞前的瞬间A车速度的大小为vA,两车在碰撞过程中动量守恒,有mAvA=mAvA+mBvB 联立式并利用题给数据得 vA4.3 m/s,-57-,考点一,考点二,8.(2018江西赣州期中)如图所示,半径为R的光滑的 圆弧轨道AP放在竖直平面

24、内,与足够长的粗糙水平轨道BD通过光滑水平轨道AB相连。在光滑水平轨道上,有a、b两物块和一段轻质弹簧。将弹簧压缩后用细线将它们拴在一起,物块与弹簧不拴接。将细线烧断后,物块a通过圆弧轨道的最高点c时,对轨道的压力大小等于自身重力。已知物块a的质量为m,b的质量为2m,物块b与BD面间的动摩擦因数为,物块到达A点或B点前已和弹簧分离,重力加速度为g。求:,-58-,考点一,考点二,(1)物块b沿轨道BD运动的距离x; (2)烧断细线前弹簧的弹性势能Ep。,-59-,考点一,考点二,-60-,考点一,考点二,9. (2018北京卷)2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性

25、的项目之一,某滑道示意图如下,长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接,滑道BC高h=10 m,C是半径R=20 m圆弧的最低点,质量m=60 kg 的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度a=4.5 m/s2,到达B点时速度vB=30 m/s。重力加速度g取10 m/s2。(1)求长直助滑道AB的长度L; (2)求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小; (3)若不计BC段的阻力,画出运动员经过C点时的受力图,并求其所受支持力FN的大小。,答案 (1)100 m (2)1 800 Ns (3)图见解析 3 900 N,-61-,考点一,考点二,解析 (1)根据匀变速直线运动公式,有,(2)根据动量定理,有I=mvB-mvA=1 800 Ns (3)运动员经C点时的受力分析如图所示。,