高考物理一轮复习 第1部分 专题2 第3讲 动量与能量的综合应用课件.ppt

第3讲 动量与能量的综合应用 1 2011年广东卷 如图2 3 1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 图2 3 1 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 2 2011年新课标卷 如图2 3 2 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相碰并黏合在一起 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 2 3 2010年广东卷 如图2 3 3所示 一条轨道固定在竖直平面内 粗糙的ab段水平 bcde段光滑 cde段是以o为圆心 r为半径的一小段圆弧 可视为质点的物块a和b紧靠在一起 静止于b处 a的质量是b的3倍 两物体在足够大的内力作用下突然分离 分别向左 右始终沿轨道运动 b到d点时速度沿ab段的动摩擦因数为 重力加速度为g 求 1 物块b在d点的速度大小 2 物块a滑行的距离 图2 3 3 4 2009年广东卷 如图2 3 4所示 水平地面上静止放置着物块b和c 相距l 1 0m 物块a以速度v0 10m s沿水平方向与b正碰 碰撞后a和b牢固地粘在一起向右运动 并再与c发生正碰 碰后瞬间c的速度v 2 0m s 已知a和b的质量均为m c的质量为a质量的k倍 物块与地面的动摩擦因数 0 45 设碰撞时间很短 g取10m s2 图2 3 4 1 计算与c碰撞前瞬间ab的速度 2 根据ab与c的碰撞过程分析k的取值范围 并讨论 与c碰撞后ab的可能运动方向 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2012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 图2 3 5 1 黏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 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 图2 3 6 1 物块与子弹一起刚滑上圆弧轨道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 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 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 则木板与滑块组成系统动量守恒 在相对滑动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 2009年天津卷 如图2 3 8所示 质量m1 0 3kg的小车静止在光滑的水平面上 车长l 1 5m 现有质量m2 0 2kg可视为质点的物块 以水平向右的速度v0 2m s 从左端滑上小车 最后在车面上某处与小车保持相对静止 物块与车面间的动摩擦因数 0 5 取g 10m s2 求 图2 3 8 1 物块在车面上滑行的时间t 2 要使物块不从小车右端滑出 物块滑上小车左端的速 度v0 不超过多少 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4kg的物块c静止在前方 如图2 3 9所示 b与c碰撞后二者粘在一起运动 求 在以后的运动中 图2 3 9 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 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 图2 3 10 1 子弹击中a的瞬间a和b的速度 2 以后运动过程中弹簧的最大弹性势能 3 b可获得的最大动能 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 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 11 解 1 小物块最终停在ab中点 跟轨道有相同的速度 设为v1 在这个过程中由系统动量守恒有mv0 m m v1 解得 v1 2m s 2 小物块冲上轨道到最终停在ab的中点 设物块与轨道间的摩擦力为f ab长为l 由能量守恒得 若小物块恰好到达c端 此时它与轨道有共同的速度v1 在此过程中系统总的动能减少转化为内能和物块的重力势能 滑槽在光滑水平面上 滑块在槽中滑动时两者有相互作用 但系统在水平方向动量守恒 能量转化方面是重力势能与动能的相互转化 还有滑块上连着线绳再吊一物体在竖直方向上摆动与这种类型相同 4 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 12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 12 动量守恒定律是对某系统而言 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 而应用能量分析时 应该分析