高考物理总复习6.3专题4力学三大观点的综合应用课件PPT

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解答动力学综合问题的三大基本观点1.解动力学问题的三个基本观点
2.力的瞬时作用和力的空间积累作用
3.利用动量和能量的观点解题的技巧(1)若研究对象为一个系统,应优先考虑应用动量守恒定律和能量守恒定律(机械能守恒定律)。(2)若研究对象为单一物体,且涉及功和位移问题时,应优先考虑动能定理。(3)因为动量守恒定律、能量守恒定律(机械能守恒定律)、动能定理都只考查一个物理过程的始末两个状态有关物理量间的关系,对过程的细节不予细究,这正是它们的方便之处。特别对于变力做功问题,就更显示出它们的优越性。
1.如图所示,水平光滑轨道AB与竖直半圆形光滑轨道在B点平滑连接,AB段长x=10 m,半圆形轨道半径R=2.5 m。质量m=0.10 kg的小滑块(可视为质点)在水平恒力F作用下,从A点由静止开始运动,经B点时撤去力F,小滑块进入半圆形轨道,沿轨道运动到最高点C,从C点水平飞出。重力加速度g取10 m/s2。(1)若小滑块从C点水平飞出后又恰好落在A点。求:①滑块通过C点时的速度大小;②滑块刚进入半圆形轨道时,在B点对轨道压力的大小。(2)如果要使小滑块能够通过C点,求水平恒力F应满足的条件。
答案:(1)①10 m/s　②9 N　(2)F≥0.625 N解析:(1)①设滑块从C点飞出时的速度为vC,从C点运动到A点时间为t,滑块从C点飞出后,做平抛运动。
水平方向:x=vCt解得vC=10 m/s。②设滑块通过B点时的速度为vB,根据机械能守恒定律得
联立解得FN=9 N,根据牛顿第三定律,滑块在B点对轨道的压力FN'=FN=9 N。
解得水平恒力F应满足的条件为F≥0.625 N。
2.如图所示,一质量为m2的小车支架上用细线悬挂着一质量为m3的小球停在光滑水平面上。另一质量为m1的小车以速度v0向m2撞来,并立即与它粘连在一起。求小球m3能向上摆起的最大高度。
解析:m1、m2碰撞瞬间,m3保持静止。设m1、m2碰后共同速度为v1,由动量守恒得m1v0=(m1+m2)v1①
然后m3上摆的过程系统水平方向动量守恒、系统机械能守恒,三者速度相同时小球m3向上摆起的高度最大,设三者最后共同的速度为v,有(m1+m2)v1=(m1+m2+m3)v②
碰撞类问题的综合分析在涉及碰撞、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,因此一般都遵守动量守恒定律。
例1(2016·全国卷Ⅲ)如图,水平地面上有两个静止的小物块a和b,其连线与墙垂直:a和b相距l,b与墙之间也相距l;a的质量为m,b的质量为 m。两物块与地面间的动摩擦因数均相同。现使a以初速度v0向右滑动。此后a与b发生弹性碰撞,但b没有与墙发生碰撞。重力加速度大小为g。求物块与地面间的动摩擦因数满足的条件。
解析:设物块与地面间的动摩擦因数为μ。若要物块a、b能够发生碰撞,应有
设在a、b发生弹性碰撞前的瞬间,a的速度大小为v1。由能量守恒有
设在a、b碰撞后的瞬间,a、b的速度大小分别为v1'、v2,由动量守恒和能量守恒有
由题意,b没有与墙发生碰撞,由功能关系可知
思维点拨由题意可得动摩擦因数必须满足两个条件:①a、b能相碰;②b不能与墙相碰。先根据能量关系求出a与b碰撞前的速度。再根据弹性碰撞过程遵守动量守恒和能量守恒列式,得到碰后b的速度,根据b没有与墙发生碰撞,碰后b向右滑行的距离s≤l,由功能关系列式,即可求解。
即学即练1.(2017·河北唐山路南区期中)如图所示,用轻弹簧相连的质量均为2 kg的A、B两物块都以v=6 m/s的速度在光滑水平地面上运动,弹簧处于原长,质量为4 kg的物块C静止在前方,B与C碰撞后二者粘在一起运动。在以后的运动中,求:(1)当弹簧的弹性势能最大时,物块A的速度是多大?(2)弹性势能的最大值是多大?(3)A的速度有可能向左吗?为什么?
答案:(1)3 m/s　(2)12 J　(3)不可能　理由见解析
解析:(1)当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大。由A、B、C三者组成的系统动量守恒(mA+mB)v=(mA+mB+mC)vA'①由①式解得vA'=3 m/s。②(2)B、C碰撞时B、C组成的系统动量守恒,设碰后瞬间B、C两者的速度为v',则mBv=(mB+mC)v'③由③式解得v'=2 m/s④设物块A速度为vA'时,弹簧的弹性势能最大为Ep,根据能量守恒有
由⑤式解得Ep=12 J。⑥
(3)系统动量守恒mAv+mBv=mAvA+(mB+mC)vB⑦设A的速度向左,vA4 m/s则作用后A、B、C动能之和,即
多运动过程问题的综合分析这类模型各阶段的运动过程具有独立性,只要对不同过程分别选用相应规律即可,两个相邻的过程连接点的速度是联系两过程的纽带。
例2(2017·浙江月考)如图所示,将一质量m=0.1 kg的小球(可视为质点)自水平平台顶端O点水平抛出,小滑块恰好与斜面无碰撞地落到平台右侧一倾角为α=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑,小滑块过斜面底端B后进入粗糙水平轨道BC部分,再进入光滑的竖直圆轨道内侧运动,忽略小滑块经过B点时的机械能损失。已知斜面顶端与平台的高度差为h=3.2 m,斜面顶端距水平轨道高度为H=15 m,竖直圆轨道半径为R=5 m。小滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.5。(sin 53°=0.8,cs 53°=0.6)求:
(1)小滑块水平抛出的初速度v0;(2)小滑块由A到B的时间;(3)为使小滑块能进入圆轨道运动且不脱离圆轨道,求水平轨道BC的长度x应满足的条件。
答案:(1)6 m/s　(2)1.25 s　(3)x≤15 m或30 m≤x