2019年度高考物理一轮复习第五章机械能专题强化六综合应用力学两大观点解决两类模型问题课件.ppt

第五章机械能,专题强化六综合应用力学两大观点解决两类模型问题,1.本专题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命题.2.学好本专题，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：动力学方法观点(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).,过好双基关,1.设问的角度(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.,命题点一传送带模型问题,能力考点师生共研,模型构建,2.功能关系分析(1)功能关系分析：WEkEpQ.(2)对W和Q的理解：传送带做的功：WFfx传；产生的内能QFfx相对.,模型1水平传送带问题例1(2017湖南永州三模)如图1所示，水平传送带A、B两轮间的距离L40m，离地面的高度H3.2m，传送带以恒定的速率v02m/s向右匀速运动.两个完全一样的小滑块P、Q中间夹有一根轻质弹簧(弹簧与P、Q不拴接)，用一轻绳把两滑块拉至最近(弹簧始终处于弹性限度内)，使弹簧处于最大压缩状态.现将P、Q轻放在传送带的最左端，P、Q一起从静止开始运动，t14s时轻绳突然断开，很短时间内弹簧伸长至本身的自然长度(不考虑弹簧的长度的影响)，此时滑块P速度反向，滑块Q的速度大小刚好是P的速度大小的两倍.已知小滑块的质量均为m0.2kg，小滑块与传送带之间的动摩擦因数0.1，重力加速度g10m/s2.求：(1)弹簧处于最大压缩状态时的弹性势能；,答案,解析,图1,答案7.2J,解析滑块的加速度大小ag1m/s2滑块P、Q从静止到与传送带共速所需时间t02sP、Q共同加速的位移大小x0at022mL40m故滑块第2s末相对传送带静止取向右为速度的正方向，由动量守恒定律有2mv0mvQmvP又|vQ|2|vP|解得vQ8m/s，vP4m/s最大压缩状态时，弹簧的弹性势能Ep7.2J,(2)两滑块落地的时间差；,答案,解析,答案6s,解析两滑块离开传送带后做平抛运动的时间相等，故两滑块的落地时间差就是弹簧恢复到自然长度后，两滑块在传送带上运动的时间之差.t14s时，滑块P、Q位移大小x1x0v0(t1t0)6m,两滑块落地时间差tt2t3t46s,(3)两滑块在传送带上运动的全过程中由于摩擦产生的热量.,答案,解析,答案6.4J,解析滑块P、Q共同加速阶段Q12mg(v0t0x0)0.8J分离后滑块Q向右运动阶段Q2mg(x2v0t2)3.6J滑块P向左运动阶段Q3mg(x1v0t4)2J全过程产生的总热量QQ1Q2Q36.4J,变式1电机带动水平传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上，如图2所示.若小木块与传送带之间的动摩擦因数为，当小木块与传送带相对静止时，求：(1)小木块的位移；,答案,解析,图2,解析木块刚放上时速度为零，必然受到传送带的滑动摩擦力作用，做匀加速直线运动，达到与传送带速度相同后不再相对滑动，整个过程中木块获得一定的能量，系统要产生摩擦热.对小木块，相对滑动时由mgma得加速度ag.由vat得，达到相对静止所用时间t,(2)传送带转过的路程；,答案,解析,(3)小木块获得的动能；,答案,解析,(4)摩擦过程产生的摩擦热；,答案,解析,(注意：QEk是一种巧合，不是所有的问题都这样),(5)电机带动传送带匀速传动输出的总能量.,答案,解析,答案mv2,解析由能量守恒定律得，电机输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦热，所以E总EkQmv2.,模型2倾斜传送带问题例2如图3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，物体质量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，sin370.6，cos370.8，g10m/s2，试求：(1)物体由A端运动到B端的时间；,答案,解析,答案2s,图3,解析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加速到与传送带速度相同，则va1t1，x1a1t12，可解得a110m/s2，t11s，x15m因x1aB，vt图象中，图线的斜率的绝对值应大于图线的，故A、B均错误.由mgxBEkB，mv02mgxAEkA，可知Ekx图象中，图线、的斜率的绝对值应相同，故C错误，D正确.,变式4如图7所示，一质量m2kg的长木板静止在水平地面上，某时刻一质量M1kg的小铁块以水平向左的速度v09m/s从木板的右端滑上木板.已知木板与地面间的动摩擦因数10.1，铁块与木板间的动摩擦因数20.4，取重力加速度g10m/s2，木板足够长，求：(1)铁块相对木板滑动时木板的加速度的大小；,答案,解析,答案0.5m/s2,图7,解析设铁块在木板上滑动时，木板的加速度为a2，由牛顿第二定律可得2Mg1(Mm)gma2，,(2)铁块与木板摩擦所产生的热量Q和木板在水平地面上滑行的总路程s.,答案,解析,答案36J1.5m,解析设铁块在木板上滑动时，铁块的加速度为a1，由牛顿第二定律得2MgMa1，解得a12g4m/s2.设铁块与木板相对静止时的共同速度为v，所需的时间为t，则有vv0a1ta2t，解得：v1m/s，t2s.铁块相对地面的位移,铁块与木板的相对位移xx1x210m1m9m，则此过程中铁块与木板摩擦所产生的热量QFfx2Mgx0.41109J36J.设铁块与木板共速后的加速度为a3，发生的位移为x3，则有：a31g1m/s2，,木板在水平地面上滑行的总路程sx2x31m0.5m1.5m.,课时作业,1.(多选)如图1所示，光滑轨道ABCD是大型游乐设施过山车轨道的简化模型，最低点B处的入、出口靠近但相互错开，C是半径为R的圆形轨道的最高点，BD部分水平，末端D点与右端足够长的水平传送带无缝连接，传送带以恒定速度v逆时针转动，现将一质量为m的小滑块从轨道AB上某一固定位置A由静止释放，滑块能通过C点后再经D点滑上传送带，则A.固定位置A到B点的竖直高度可能为2RB.滑块在传送带上向右运动的最大距离与传送带速度v有关C.滑块可能重新回到出发点A处D.传送带速度v越大，滑块与传送带摩擦产生的热量越多,答案,解析,1,2,3,4,5,图1,1,2,3,4,5,滑块在传送带上先做减速运动，后反向做加速运动，如果再次到达D点时的速度与第一次到达D点时的速度大小相等，则根据能量守恒定律，可以再次回到A点，故选项C正确；滑块与传送带之间产生的热量Qmgx相对，当传送带的速度越大，则在相同时间内二者相对位移越大，则产生的热量越多，故选项D正确.,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,2.如图2所示，AB为半径R0.8m的光滑圆弧轨道，下端B恰与小车右端平滑对接.小车质量m3kg，车长L2.06m.现有一质量m1kg的滑块，由轨道顶端无初速度释放，滑到B端后冲上小车.已知地面光滑，滑块与小车上表面间的动摩擦因数0.3，当车运动了t01.5s时，车被地面装置锁定(g取10m/s2).试求：(1)滑块到达B端时，轨道对它的支持力的大小；,答案,解析,答案30N,图2,解得FNB30N.,1,2,3,4,5,(2)车被锁定时，车右端距轨道B端的距离；,答案,解析,答案1m,1,2,3,4,5,解析设滑块滑上小车后经过时间t1与小车同速，共同速度的大小为v对滑块：mgma1，vvBa1t1对小车：mgma2，va2t1解得v1m/s，t11s，因t1t0，故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了t0t10.5s，则小车右端距B端的距离为x车v(t0t1)，解得x车1m.,1,2,3,4,5,(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车之间由于摩擦而产生的内能大小.,答案,解析,答案6J,解得Q6J.,1,2,3,4,5,3.如图3所示，质量为m1kg的滑块，在水平力作用下静止在倾角为30的光滑斜面上，斜面的末端B与水平传送带相接(滑块经过此位置滑上传送带时无能量损失)，传送带的运行速度为v03m/s，长为l1.4m；今将水平力撤去，当滑块滑到传送带右端C时，恰好与传送带速度相同.滑块与传送带间的动摩擦因数为0.25，g取10m/s2.求：(1)水平作用力F的大小；,答案,解析,图3,1,2,3,4,5,(2)滑块下滑的高度；,答案,解析,答案0.1m或0.8m,1,2,3,4,5,解析设滑块从高为h处下滑，到达斜面底端的速度为v，,若滑块滑上传送带时的速度小于传送带的速度，则滑块在传送带上由于受到向右的滑动摩擦力作用而做匀加速运动.,1,2,3,4,5,若滑块滑上传送带时的速度大于传送带的速度，则滑块由于受到向左的滑动摩擦力作用而做匀减速运动.,代入数据解得h0.8m.,1,2,3,4,5,(3)若滑块滑上传送带时的速度大于3m/s，滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量.,答案,解析,答案0.5J,解析由(2)知，当滑块滑上传送带的速度大于传送带速度时，滑块从h0.8m处滑下，设滑块在传送带上运动的时间为t，则t时间内传送带的位移xv0t，mghmv2，v0vat，mgma滑块相对传送带滑动的位移xlx相对滑动生成的热量Qmgx代入数据解得Q0.5J.,1,2,3,4,5,4.一质量为M2.0kg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4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10m/s2.求：(1)传送带速度v的大小及方向，说明理由.,答案,解析,答案2.0m/s方向向右理由见解析,图4,1,2,3,4,5,解析从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2.0m/s时，则随传送带一起做匀速运动，所以传送带的速度大小为v2.0m/s，方向向右.,1,2,3,4,5,(2)物块与传送带间的动摩擦因数.,答案,解析,答案0.2,解析由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,由牛顿第二定律得滑动摩擦力FfMgMa，,1,2,3,4,5,(3)传送带对外做的功，子弹射穿物块后系统产生的内能.,答案,解析,答案24J36J,1,2,3,4,5,解析由vt图象可知，传送带与物块间存在摩擦力的时间只有3s，传送带在这段时间内移动的位移为x，则xvt2.03m6.0m，所以传送带所做的功WFfx0.22.0106.0J24J.设物块被击中后的初速度为v1，向左运动的时间为t1，向右运动直至和传送带达到共同速度的时间为t2，则有物块向左运动时产生的内能,所以整个过程产生的内能QQ1Q236J.,解析把物块和木板看成整体，由牛顿第二定律得F(m1m2)a物块与木板将要相对滑动时，1m1gm1a联立解得F1(m1m2)g8N.,1,2,3,4,5,5.(2018福建三明调研)如图5甲所示，质量为m11kg的物块叠放在质量为m23kg的木板右端.木板足够长，放在光滑的水平面上，木板与物块之间的动摩擦因数为10.2.整个系统开始时静止，重力加速度g取10m/s2.(1)在木板右端施加水平向右的拉力F，为使木板和物块发生相对运动，拉力F至少应为多大？,答案,解析,答案见解析,图5,1,2,3,4,5,(2)在04s内，若拉力F的变化如图乙所示，2s后木板进入20.25的粗糙水平面，在图丙中画出04s内木板和物块的vt图象，并求出04s内物块相对木板的位移大小和整个系统因摩擦而产生的内能.,答案,解析,答案见解析,1,2,3,4,5,解析物块在02s内做匀加速直线运动，木板在01s内做匀加速直线运动，在12s内做匀速运