高考物理专题提升二轮复习 第1部分 专题2 第3讲 动量与能量的综合应用课件 新人教版.ppt

第3讲 动量与能量的综合应用 1 2012年广东卷 图2 3 1甲所示的装置中 小物块a b质量均为m 水平面上pq段长为l 与物块间的动摩擦因数为 其余段光滑 初始时 挡板上的轻质弹簧处于原长 长为r的连杆位于图中虚线位置 a紧靠滑杆 a b间距大于2r 随后 连杆以角速度 匀速转动 带动滑杆做水平运动 滑杆的速度 时间图象如图乙所示 a在滑杆推动下运动 并在脱离滑杆后与静止的b发生完全非弹性碰撞 1 求a脱离滑杆时的速度v0 及a与b碰撞过程的机械能损失 e 2 如果a b不能与弹簧相碰 设a b从p点到运动停止所用的时间为t1 求 的取值范围 及t1与 的关系式 3 如果a b能与弹簧相碰 但不能返回到p点左侧 设每次压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能为ep 求 的取值范围 及ep与 的关系式 弹簧始终在弹性限度内 甲 乙 图2 3 1 2 2012年海南卷 一质量为2m的物体p静止于光滑水平地面上 其截面如图2 3 2所示 图中ab为粗糙的水平面 长度为l bc为一光滑斜面 斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接 现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动 在斜面上上升的最大高度为h 返回后在到达a点前与物体p相对静止 重力加速度为g 求 图2 3 2 1 木块在ab段受到的摩擦力f 2 木块最后距a点的距离s 3 2011年广东卷 如图2 3 3所示 以a b和c d为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内 一滑板静止在光滑水平地面上 左端紧靠b点 上表面所在平面与两半圆分别相切于b c 一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上e点 运动到a时刚好与传送带速度相同 然后经a沿半圆轨道滑下 再经b滑上滑板 滑板运动到c时被牢固粘连 物块可视为质点 质量为m 滑板质量m 2m 两半圆半径均为r 板长l 6 5r 板右端到c的距离l在r l 5r范围内取值 e距a为s 5r 物块与传送带 物块与滑板间的动摩擦因数均为 0 5 重力加速度取g 1 求物块滑到b点的速度大小 2 试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中 克服摩擦力做的功wf与l的关系 并判断物块能否滑到cd轨道的中点 图2 3 3 图2 3 4 高考物理改成理综模式后 物理计算题只有两道 因此计算题的综合性较大 而动量与能量是高中物理的重点内容 也是历年广东高考的热点内容 从近年的高考题可以看出 1 动量与能量结合的题一般是以计算题的形式出现 综合 性强 难度大 2 动量与能量的综合题 一般涉及的物理过程多 物体多 要求学生能审清题意 并正确选择研究对象和正确判断动量是否守恒 能分析运动过程中能量的来源和去向 对学生综合分析能力要求很高 3 动量与能量结合的题还常与曲线运动 电场 磁场 电磁感应等知识结合 考查的知识面广 也是出题者比较喜欢出的一种类型 估计2013年高考计算题此内容很可能出现 滑块在轨道上碰撞类模型 多过程中运用动量 守恒定律和能量守恒定律 例1 2011年天津卷 如图2 3 5所示 圆管构成的半圆形轨道竖直固定在水平地面上 轨道半径为r mn为直径且与水平面垂直 直径略小于圆管内径的小球a以某一速度冲进轨道 到达半圆轨道最高点m时与静止于该处的质量与a相同的小球b发生碰撞 碰后两球粘在一起飞出轨道 落地点距n为2r 重力加速度为g 忽略圆管内径 空气阻力及各处摩擦均不计 求 1 粘合后的两球从飞出轨道到落地的时间t 2 小球a冲进轨道时速度v的大小 图2 3 5 滑块在轨道上滑动类题型一般有两种情况 一是轨道光滑 满足机械能守恒的条件 机械能守恒 另一类是轨道不光滑 物块运动过程中克服摩擦阻力做功 一般要用动能定理求解 滑块碰撞的一瞬间 动量守恒 这一类问题往往和圆周结合起来考查 要特别注意物块通过竖直平面内圆周最高点的条件 1 2010年深圳一模 如图2 3 6所示 abcde是由三部分光滑轨道平滑连接在一起组成的 ab为水平轨道 bcd是半径为r的半圆弧轨道 de是半径为2r的圆弧轨道 bcd与de相切在轨道最高点d r 0 6m 质量为m 0 99kg的小物块 静止在ab轨道上 一颗质量为m 0 01kg的子弹水平射入物块但未穿出 物块与子弹一起运动 恰能贴着轨道内侧通过最高点从e点飞出 取重力加速度g 10m s2 求 1 物块与子弹刚滑上圆弧轨道b点的速度 2 子弹击中物块前的速度 3 系统损失的机械能 图2 3 6 子弹打木块和滑块在木板上滑动模型 滑动摩擦力 做功 系统动能转化为内能 例2 2011年全国卷 装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击 通过对以下简化模型的计算可以粗略说明其原因 质量为2m 厚度为2d的钢板静止在水平光滑桌面上 质量为m的子弹以某一速度垂直射向该钢板 刚好能将钢板射穿 现把钢板分成厚度均为d 质量均为m的相同两块 间隔一段距离水平放置 如图2 3 7所示 若子弹以相同的速度垂直射向第一块钢板 穿出后再射向第二块钢板 求子弹射入第二块钢板的深度 设子弹在钢板中受到的阻力为恒力 且两块钢板不会发生碰撞 不计重力影响 图2 3 7 子弹打木块的过程中 由于作用时间很短 内力很大 可认为动量守恒 子弹打入木块 或者穿出 的过程中 摩擦力做功 系统机械能减小 减小的机械能转化为内能 不考虑子弹打木块的瞬间木块与子弹势能的变化 则机械能的减少等于系统初 末动能之差 我们可从动量守恒定律和能量转化来列方程 滑块在木板上滑动 如果木板放在光滑水平面上 则木板与滑块组成的系统动量守恒 在相对滑动的过程中 摩擦力对系统做负功 动能转化为内能 即q fs相对 e损 2 2012年广州一模 如图2 3 8所示 木板a静止在光滑水平面上 其左端与固定台阶相距x 与滑块b 可视为质点 相连的细线一端固定在o点 水平拉直细线并给b一个竖直向下的初速度 当b到达最低点时 细线恰好被拉断 b从a右端的上表面水平滑入 a与台阶碰撞无机械能损失 不计空气阻力 已知a的质量为2m b的质量为m a b之间的动摩擦因数为 细线长为l 能承受的最大拉力为b重力的5倍 a足够长 b不会从a的表面滑出 重力加速度为g 1 求b的初速度大小v0和细线被拉断瞬间b的速度大小 v1 2 a与台阶只发生一次碰撞 求x满足的条件 3 x在满足 2 的条件下 讨论a与台阶碰撞前瞬间的速度 图2 3 8 弹簧连接体的类碰撞模型 弹簧弹力做功动能与弹 性势能相互转化 例3 用轻弹簧相连的质量均为2kg的a b两物块都以v 6m s的速度在光滑的水平地面上运动 弹簧处于原长 质量为4kg的物块c静止在前方 如图2 3 9所示 b与c碰撞后粘在一起运动 在以后的运动中 求 1 当弹簧的弹性势能最大时 物体a的速度多大 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 图2 3 9 所谓 弹簧连接体 就是两个滑块之间连有一根弹簧 通过弹簧使两个物体之间有相互作用 当速度相等时弹簧弹性势能最大 弹簧压缩到最短或伸长到最长 相当于完全非弹性碰撞 当弹簧恢复到原长时弹性势能又转化为两滑块的动能 则作用前后两滑块动能之和不变 相当于完全弹性碰撞 3 一轻质弹簧 两端连接两滑块a和b 已知ma 0 99kg mb 3kg 放在光滑水平桌面上 开始时弹簧处于原长 现滑块a被水平飞来的质量为mc 10g 速度为400m s的子弹击中 且没有穿出 如图2 3 10所示 试求 1 子弹击中a的瞬间 a和b的速度 2 在以后的运动过程中 弹簧的最大弹性势能 3 b可获得的最大动能 图2 3 10 4 2011年新课标卷 如图2 3 11 a b c三个木块的质量均为m 置于光滑的水平桌面上 b c之间有一轻质弹簧 弹簧的两端与木块接触而不固连 将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把b和c紧连 使弹簧不能伸展 以至于b c可视为一个整体 现a以初速v0沿b c的连线方向朝b运动 与b相碰并粘合在一起 以后细线突然断开 弹簧伸展 从而使c与a b分离 已知c离开弹簧后的速度恰为v0 求弹簧 释放的势能 图2 3 11 滑块在滑槽内滑动的模型 重力做功重力势能与动 能相互转化 例4 如图2 3 12所示 竖直平面内的轨道abc由水平滑道ab与光滑的四分之一圆弧滑道bc平滑连接组成 轨道放在光滑水平面上 一个质量为m 1kg的小物块 可视为质点 从轨道的a端以初速度v0 8m s冲上水平滑道ab 沿着轨道运动 由cb弧滑下后停在水平滑道ab的中点 已知轨道abc的质量为m 3kg 求 1 小物块和滑道相对静止时共同的速度 2 若小物块恰好不从c端离开滑道 圆弧滑道的半径r应 是多大 3 若增大小物块的初速度 使得小物块冲出轨道后距离水平滑道ab的最大高度是2r 小物块的初速度v0 应为多大 图2 3 12 滑槽在光滑水平面上 滑块在槽中滑动时两者有相互作用 但系统在水平方向上动量守恒 能量转化方面是重力势能与动能的相互转化 滑块上吊着物体在竖直方向上摆动与这种类型相同 5 两质量分别为m1和m2的劈a和b 高度相同 放在光滑水平面上 a和b的倾斜面都是光滑曲面 曲面下端与水平面相切 如图2 3 13所示 一质量为m的物块位于劈a的倾斜面上 距水平面的高度为h 物块从静止滑下 然后又滑上劈b 求物块在b上能够达到的最大高度 图2 3 13 动量守恒定律是对某系统而言的 所以解决动量与能量结合的问题时 应该先确定以什么为研究对象 在什么过程中动量守恒 以及研究对象初动量和末动量如何表达 而应用能量