高三物理二轮课件题型3 计算题第1部分 力学新人教版.ppt

题型三计算题第1部分力学 考查应用动力学观点解决问题1 2009 安徽 22 14分 在2008年北京残奥会开幕式上 运动员手拉绳索向上攀登 最终点燃了主火炬 体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神 为了探求上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用 可将过程简化 一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮 一端挂一吊椅 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住 图1 如图1所示 设运动员的质量为65kg 吊椅的质量为15kg 不计定滑轮与绳子间的摩擦 重力加速度取g 10m s2 当运动员与吊椅一起正以加速度a 1m s2上升时 试求 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 解析解法一 1 设运动员和吊椅的质量分别为m和m 绳拉运动员的力为f 当运动员和吊椅整体为研究对象 受到重力的大小为 m m g 向上的拉力为2f 根据牛顿第二定律有2f m m g m m a 解得f 440n根据牛顿第三定律 运动员拉绳的力的大小为440n 方向竖直向下 2 以运动员为研究对象 运动员受到三个力的作用 重力大小为mg 绳的拉力f 吊椅对运动员的支持力fn 根据牛顿第二定律f fn mg ma解得fn 275n根据牛顿第三定律 运动员对吊椅压力大小为275n 方向竖直向下 解法二设运动员和吊椅的质量分别为m和m 运动员竖直向下的拉力大小为f 对吊椅的压力大小为fn 根据牛顿第三定律 绳对运动员的拉力大小为f 吊椅对运动员的支持力大小为fn 分别以运动员和吊椅为研究对象 根据牛顿第二定律f fn mg ma f fn mg ma 由 得f 440nfn 275n答案 1 440n 方向竖直向下 2 275n 方向竖直向下 考查多运动组合的多过程问题 力学内综合一2 2009 浙江 24 18分 某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛 比赛路径如图2所示 赛车从起点a出发 沿水平直线轨道运动l后 由b点进入半径为r的光滑竖直圆轨道 离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到c点 并能越过壕沟 已知赛车质量m 0 1kg 通电后以额定功率p 1 5w工作 进入竖直轨道前受到的阻力恒为0 3n 随后在运动中受到的阻力均可不计 图中l 10 00m r 0 32m h 1 25m s 1 50m 问 要使赛车完成比赛 电动机至少工作多长时间 取g 10m s2 图2 解析设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1 由平抛运动的规律s v1th 解得v1 3m s设赛车恰好越过圆轨道 对应圆轨道最高点的速度为v2 最低点速度为v3 由牛顿运动定律及机械能守恒定律得 mg mv22 r mg 2r 解得v3 4m s通过分析比较 赛车要完成比赛 在进入圆轨道前的速度最小应该是vmin 4m s设电动机工作时间至少为t 根据功能原理pt ffl mvmin2由此解得t 2 53s答案2 53s 考查动力学观点和动能观点的结合 力学内综合二3 2009 宁夏 24 14分 冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目 比赛场地示意图如图3所示 比赛时 运动员从起滑架处推着冰壶出发 在投掷线ab处放手让冰壶以一定的速度滑出 使冰壶的停止位置尽量靠近圆心o 为使冰壶滑行得更远 运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面 使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小 设冰壶与冰面间的动摩擦因数为 1 0 008 用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至 2 0 004 在某次比赛中 运动员使冰壶c在投掷线中点处以2m s的速度沿虚线滑出 为使冰壶c能 够沿虚线恰好到达圆心o点 运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少 g取10m s2 图3 解析设冰壶在未被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为x1 所受摩擦力的大小为ff1 在被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为x2 所受摩擦力的大小为ff2 则有x1 x2 x式中x为投掷线到圆心o的距离 ff1 1mg ff2 2mg设冰壶的初速度为v0 由功能关系得ff1 x1 ff2 x2 联立以上各式 解得x2 代入数据得x2 10m答案10m 考查动量和能量观点 力学内综合三4 2009 广东 19 16分 如图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 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 图4 解析 1 设ab碰撞后的速度为v1 ab碰撞过程由动量守恒定律得mv0 2mv1设与c碰撞前瞬间ab的速度为v2 由动能定理得 2 mgl 联立以上各式解得v2 4m s 2 若a b与c发生完全非弹性碰撞 由动量守恒定律得2mv2 2 k mv代入数据解得k 2 此时ab的运动方向与c相同若ab与c发生弹性碰撞 由动量守恒定律和能量守恒定律得2mv2 2mv3 kmv联立以上两式解得v3 v 代入数据解得k 6此时ab的运动方向与c相反若ab与c发生碰撞后ab的速度为0 由动量守恒定律得 2mv2 kmv代入数据解得k 4综上所述得当2 k 4时 ab的运动方向与c相同当k 4时 ab的速度为0当4 k 6时 ab的运动方向与c相反答案 1 4m s 2 见解析 考查万有引力定律的应用5 2009 北京 22 16分 已知地球半径为r 地球表面重力加速度为g 不考虑地球自转的影响 1 推导第一宇宙速度v1的表达式 2 若卫星绕地球做匀速圆周运动 运行轨道距离地面高度为h 求卫星的运行周期t的表达式 解析 1 设卫星的质量为m 地球的质量为m 地球表面处物体质量为m 在地球表面附近满足则gm r2g 卫星做圆周运动的向心力等于它受到的万有引力则 将 式代入 式 得到v1 2 卫星受到的万有引力为f 由牛顿第二定律得f 式联立解得t 答案 1 v1 分析全国各地2009年高考题 可以看出力学综合计算题考查的热点主要有以下几点 牛顿运动定律和运动学公式的综合应用 平抛运动 圆周运动等多运动问题的组合 应用动力学和能量观点解决问题 应用功能观点解决力学问题 动量和能量观点的综合应用 预计2010年高考 以新材料为背景 设计多个运动过程 综合应用动力学方法和能量观点解题 将成为高考命题的热点 因为这样的题目考查知识点多 能融合多种物理思想和方法 较好地体现考纲要求 是命题者较为青睐的 题目难度为中档 1 解决计算题的方法和观点 解决以上问题主要应用三大观点 动力学观点 包括牛顿定律和各运动规律 动量观点 包括动量定理和动量守恒定律 能量观点 包括动能定理 机械能守恒定律 功能关系 能的转化和守恒定律 2 解答计算题应注意规范性 主观题对考生的表述能力有很高的要求 所以在复习中应自觉提高表述能力 加强解题规范性的训练 解题规范化有如下几点要求 一明确研究的对象 说清是某一单个物体还是系统 二说清研究的是哪一物理过程 画好受力分析图或运动过程草图 三明确解题过程中出现的各未知物理量符号的含义 四说清所列物理方程依据的定理定律或运动规律 五列好方程 明确结果 方程中字母和数字不能混杂出现 计算过程不必体现 物理量必须有单位 必要时对计算结果的物理意义加以讨论 3 力学中三类题型的解答方法题型一 力和运动关系与能量的结合 这一题型属于力学综合题 主要考查牛顿定律和运动学规律 还有动能定理 机械能守恒定律 功能关系 能的转化和守恒定律的综合应用 解答这类问题要做到以下几方面 受力分析要仔细 慎重不漏力 画好受力图 运动过程分析清晰明了 可画运动草图 熟练应用各种运动规律公式 匀变速运动 平抛运动等 注意整体法和隔离法的应用 遇到追及和相遇问题时 注意速度相同时刻的特点 注重牛顿第二定律和牛顿第三定律的表述 关注动能定理与圆周运动的结合问题 摩擦力做功问题 题型二 万有引力定律的应用 这一题型属于力和运动关系的内容 主要考查圆周运动规律和万有引力定律知识的综合应用 解题有两条路 一是列出万有引力充当向心力的三个常用方程公式 二是利用星球表面物体所受万有引力近似等于物体重力的规律公式 考生可重点关注地球同步卫星 神州号飞船及嫦娥号卫星相关的各类数据资料和相关知识 题型三 动量与能量的综合应用 这一题型属于力学综合题 由于新课标对动量要求不高 题目综合但难度不大 我们需要区别不同过程中动量守恒与机械能守恒的条件 注意应用动量守恒方程和机械能守恒方程联立求解的问题 1 2009 福建省第二次质量检查 图5为某工厂生产流水线上水平传输装置的俯视图 它由传送带和转盘组成 物品从a处无初速放到传送带上 运动到b处后进入匀速转动的转盘 设物品进入转盘时速度大小不发生变化 此后随转盘一起运动 无相对滑动 到c处被取走装箱 已知a b两处的距离l 10m 传送带的传输速度v 2 0m s 物品在转盘上与轴o的距离r 4 0m 物品与传送带间的动摩擦因数 1 0 25 取g 10m s2 图5 1 求物品从a处运动到b处的时间t 2 若物品在转盘上的最大静摩擦力可视为滑动摩擦力 求物品与转盘间的动摩擦因数 2 解析 1 设物品质量为m 物品先在传送带上做初速度为零的匀加速直线运动 其位移大小为s1 由动能定理 1mgs1 得s1 0 8m l之后 物品和传送带一起以速度v做匀速运动匀加速运动的时间t1 0 8s匀速运动的时间t2 4 6s所以t t1 t2 5 4s 2 物品在转盘上所受的静摩擦力提供向心力 当物品在转盘上恰好无相对滑动时 有 2mg 得 2 0 1答案 1 5 4s 2 0 1 2 2009 诸暨市质检 如图6所示 一辆平板汽车上放一质量为m 50kg的木箱 木箱与汽车车厢底板左端距离为l 3m 汽车车厢底板距地面高为h 0 8m 木箱用一根能承受最大拉力为fm 200n的水平细绳拴在车厢上 木箱与车厢底板间的动摩擦因数为 0 2 最大静摩擦力可按滑动摩擦力计算 取g 10m s2 图6 1 若汽车从静止开始启动 为了保证细绳不被拉断 求汽车的最大加速度am 2 若汽车在匀速运动中的某时刻开始突然以a1 8m s2的加速度匀加速行驶 求从开始加速后 经多长时间木箱落到地面上 解析 1 当细绳将要被拉断时 绳子拉力达到fm 木箱受到的静摩擦力向右且达到最大值 根据牛顿第二定律 有fm mg mamam 0 2 10 m s2 6m s2 2 细绳拉断 设经过t1时间木箱滑出车厢底板 则有 木箱离开车厢底板后向前平抛 经时间t2落地 则有h t t1 t2 代入数据 解得t 1 4s答案 1 6m s2 2 1 4s 3 2009 佛山市质量检测二 1 我国的 探月工程 计划于2015年宇航员登上月球 探月工程 总指挥部向全国中学生征集可在月球完成的航天科技小实验 小军同学设想 宇航员登月前记录贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的飞船飞行一周的 时间t 登上月球后 以初速度v0竖直向上抛出一小球 测出小球从抛出到落回所需的时间t 并认为贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的飞船 其向心力近似等于飞船在月球表面时的重力 由此来近似计算月球的半径r0 你认为小军能根据他的设想计算出月球的半径吗 若能 请帮小军算出月球的半径r0 若不能 请说明理由 2 为了落实 绿色奥运 的理念 2008年北京在各比赛场馆之间使用了新型节能环保电动车 如图7所示 这种环保电动车总质量m 3 103kg 图7 驱动电机线圈内阻r 1 当它在水平路面上以v 36km h的速度匀速行驶时 若驱动电机的输入电流i 40a 电压u 250v 求汽车此时所受阻力 不计其它机械能损耗 解析 1 小军能计算出月球的半径 解答如下 设月球表面的重力加速度为g0 小球竖直上抛 有v0 重力提供飞船做圆周运动的向心力mg0 飞船运动周期t 联立以上各式解得r0 2 电机输入功率p ui 104w线圈焦耳热功率p热 i2r 1600w机械功率p机 p p热又p机 f牵v当匀速运动时f牵 ff联立以上各式解得ff 840n 答案 1 能 2 840n 4 2009 泰安市4月模拟 如图8所示 将倾角 30 表面粗糙的斜面固定在地面上 用一根轻质细绳跨过两个光滑的半径很小的滑轮连接甲 乙两物体 均可视为质点 把甲物体放在斜面上且细绳与斜 面平行 把乙物体悬在空中 并使细绳拉直且偏离竖直方向 60 开始时甲 乙均静止 现同时释放甲乙两物体 乙物体将在竖直平面内往反运动 测得绳长oa为l 0 5m 当乙物体运动经过最高点和最低点时 甲物体在斜面上均恰好未滑动 已知乙物体的质量为m 1kg 忽略空气阻力 取重力加速度g 10m s2 求 图8 1 乙物体在竖直平面内运动到最低点时的速度大小以及所受的拉力大小 结果可用根式表示 2 甲物体的质量以及斜面对甲物体的最大静摩擦力的大小 3 斜面与甲物体之间的动摩擦因数 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 结果保留两位有效数字 解析 1 当乙物体运动到最低点时 绳子上的拉力最大 设为f1 对乙物体 由动能定理得mgl 1 cos 又由牛顿第二定律得f1 mg 乙物体在竖直平面内运动到最低点时的速度v m s 2 24m s 乙物体运动到最低点时所受的拉力f1 20n 2 当乙物体运动到最高点时 绳子上的拉力最小 设为f2 此时乙物体向心力为0 即f2 mgcos 此时甲物体恰好不下滑 有mgsin ff f2乙物体到最低点时 甲物体恰好不上滑 则有mgsin ff f1联立解得m 2 5kg ff 7 5n 3 对甲物体 有ff fn fn mgcos 联立解得 0 35答案 1 2 24m s20n 2 2 5kg7 5n 3 0 35 5 2009 马鞍山市第三次教学质量检测 如图9是为了检验某种防护罩承受冲击力的装置 m是半径为r 1 0m的固定于竖直平面内的光滑圆弧轨道 轨道上端切线水平 n为待检验的固定曲面 该曲面在竖直面内的截面为半径r 的圆弧 圆弧下端切线水平且圆心恰好位于m轨道的上端点 m的下端相切处放置竖 图9 直向上的弹簧枪 可发射速度不同的质量m 0 01kg的小钢珠 假设某次发射的钢珠沿轨道恰好能经过m的上端点 水平飞出后落到曲面n的某一点上 取g 10m s2 求 1 发射该钢球前 弹簧的弹性势能ep多大 2 钢珠从m圆弧轨道最高点飞出至落到圆弧n上所用的时间是多少 结果保留两位有效数字 解析 1 设钢球的轨道m最高点的速度为v 在m的最低点速度为v0 则在最高点 由题意得mg 从最低点到最高点 由机械能守恒定律得 得v0 设弹簧的弹性势能为ep 由机械能守恒定律得ep 1 5 10 1j 2 钢珠从最高点飞出后 做平抛运动x vty 由几何关系x2 y2 r2联立得t 0 24s 答案 1 1 5 10 1j 2 0 24s 6 2009 韶关市5月模拟 山地滑雪是人们喜爱的一项体育运动 一滑雪坡由ab和bc组成 ab是倾角为37 的斜坡 bc是半径为r 5m的圆弧面 圆弧面和斜面相切于b 与水平面相切于c 如图10所示 ab竖直高度差h1 8 8m 竖直台阶cd高度差为h2 5m 台阶底端与倾角为37 斜坡de相连 运动员连同滑雪装备总质量为80kg 从a点由静止滑下通过c点后飞落到de上 不计空气阻力和轨道的摩擦阻力 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 图10 1 运动员到达c点的速度大小 2 运动员经过c点时轨道受到的压力大小 3 运动员在空中飞行的时间 解析 1 a c过程 由动能定理得mg h1 r r r 1 cos37 vc 14m s 2 在c点 由牛顿第二定律有fc mg fc 3936n由牛顿第三定律知 运动员在c点时轨道受到的