浙江省高考物理选考总复习配套课件第五章必考计算题4动力学方法和能量观点的综合应用.pptx

第五章机械能守恒定律,必考计算题4动力学方法和能量观点的综合应用,动力学方法和能量观点的综合应用,内容索引,课时训练,动力学方法和能量观点的综合应用,命题点一多过程组合问题,例1如图1，固定在水平面上的组合轨道，由光滑的斜面、光滑的竖直半圆(半径R2.5m)与粗糙的水平轨道组成；水平轨道动摩擦因数0.25，与半圆的最低点相切，轨道固定在水平面上.一个质量为m0.1kg的小球从斜面上A处由静止开始滑下，并恰好能到达半圆轨道最高点D，且水平抛出，落在水平轨道的最左端B点处.不计空气阻力，小球在经过斜面与水平轨道连接处时不计能量损失，g取10m/s2.求：,图1,(1)小球从D点抛出的速度vD；,解析答案,答案5m/s,解析答案,(2)水平轨道BC的长度x；,答案5m,水平轨道BC的长度即为平抛运动的水平位移的大小，所以xvDt51m5m.,解析根据竖直方向上的自由落体运动可得，2Rgt2，所以运动的时间为ts1s，,方法感悟,解析答案,(3)小球开始下落的高度h.,答案7.5m,方法感悟,多过程问题的解题技巧1.抓住物理情景中出现的运动状态和运动过程，将物理过程分解成几个简单的子过程.2.两个相邻过程连接点的速度是联系两过程的纽带，也是解题的关键.很多情况下平抛运动的末速度的方向是解题的重要突破口.,题组阶梯突破,1.运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目.如图2所示，AB是水平路面，BC是半径为20m的圆弧，CDE是一段曲面.运动员驾驶功率始终为P1.8kW的摩托车在AB段加速，通过B点时速度已达到最大vm20m/s，再经t13s的时间通过坡面到达E点，此刻关闭发动机水平飞出.已知人和车的总质量m180kg，坡顶高度h5m，落地点与E点的水平距离s16m，重力加速度g10m/s2.如果在AB段摩托车所受的摩擦阻力恒定，且不计空气阻力，求：,1,2,图2,(1)AB段摩托车所受摩擦阻力的大小；,解析摩托车在水平面上已经达到了最大速度，牵引力与阻力相等.则PFvmFfvm.Ff90N.,答案90N,解析答案,1,2,(2)摩托车过圆弧B点时受到地面支持力的大小；,解析摩托车在B点，由牛顿第二定律得：FNmgm，FNmmg5400N.,答案5400N,解析答案,1,2,(3)摩托车在沿BCDE冲上坡顶的过程中克服摩擦阻力做的功.,答案27360J,解析答案,1,2,2.如图3所示，半径R0.4m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角30，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧的右端固定在竖直挡板上.质量m0.1kg的小物块(可视为质点)从空中A点以v02m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动至D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L1.2m，小物块与水平面间的动摩擦因数0.5，g取10m/s2.求：,1,2,图3,(1)小物块经过圆弧轨道上B点时速度vB的大小.,解析小物块恰好从B点沿切线方向进入轨道，由几何关系有vB4m/s.,答案4m/s,解析答案,1,2,(2)小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小.,解析小物块由B点运动到C点，由动能定理有mgR(1sin)在C点处，由牛顿第二定律有FNmgm解得FN8N,答案8N,解析答案,根据牛顿第三定律，小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力FN大小为8N.,1,2,(3)弹簧的弹性势能的最大值Epm.,解析小物块从B点运动到D点，由能量守恒定律有EpmmgR(1sin)mgL0.8J.,答案0.8J,解析答案,1,2,例2如图4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，试求：(1)物体由A端运动到B端的时间.,命题点二传送带模型问题,图4,解析答案,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，加速到与传送带同速，则va1t1，x1可解得：a110m/s2t11sx15m因mgsinmgcos，故当物体与传送带同速后，物体将继续加速,解析答案,由mgsinmgcosma2Lx1vt2解得：t21s故物体由A端运动到B端的时间tt1t22s,答案2s,(2)系统因摩擦产生的热量.,答案24J,解析物体与传送带间的相对位移x相(vt1x1)(Lx1vt2)6m故Qmgcosx相24J.,方法感悟,解析答案,方法感悟,传送带问题的分析流程和技巧1.分析流程,方法感悟,2.相对位移一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量QFfx相对，其中x相对是物体间相对路径长度.如果两物体同向运动，x相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，x相对为两物体对地位移大小之和.3.功能关系(1)功能关系分析：WFEkEpQ.(2)对WF和Q的理解：传送带的功：WFFx传；产生的内能QFfx相对.,3.一质量为M2kg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，子弹从物块中穿过，如图5甲所示，地面观察者记录了小物块被击穿后的速度随时间的变化关系，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.,题组阶梯突破,3,4,图5,(1)指出传送带的速度v的方向及大小，说明理由.,解析答案,解析由题图可知，物块被击中后先向左做匀减速运动，速度为零后，又向右做匀加速运动，当速度等于2m/s以后随传送带一起匀速运动，所以传送带的速度方向向右，大小为2m/s.,答案方向向右2m/s理由见解析,3,4,(2)计算物块与传送带间的动摩擦因数.,解析答案,解析由题图可知，am/s22m/s2由牛顿第二定律得，滑动摩擦力FfMa，其中FfFN，FNMg，,答案0.2,所以物块与传送带间的动摩擦因数0.2.,3,4,(3)计算物块对传送带总共做了多少功？系统有多少能量转化为内能？,解析答案,解析由题图可知，传送带与物块存在摩擦力的时间只有3s，传送带在这段时间内的位移xvt23m6m所以物块对传送带所做的功为WFfx46J24J,答案24J36J,选传送带为参考系，物块相对于传送带通过的路程xt3m9m，所以转化为内能的能量EQFfx49J36J.,3,4,4.如图6所示，与水平面夹角30的倾斜传送带始终绷紧，传送带下端A点与上端B点间的距离L4m，传送带以恒定的速率v2m/s向上运动.现将一质量为1kg的物体无初速度地放于A处，已知物体与传送带间的动摩擦因数，取g10m/s2，求：,解析答案,图6,(1)物体从A运动到B共需多长时间？,3,4,解析物体无初速度地放在A处后，因mgsinmgcos故物体斜向上做匀加速直线运动.,加速度a2.5m/s2物体达到与传送带同速所需的时间t10.8st1时间内物体的位移x1t10.8m,之后物体以速度v做匀速运动，运动的时间t21.6s物体运动的总时间tt1t22.4s,答案2.4s,3,4,(2)电动机因传送该物体多消耗的电能.,解析前0.8s内物体相对传送带的位移xvt1x10.8m因摩擦而产生的内能E内mgcosx6J整个过程中多消耗的电能E电EkEpE内mv2mgLsinE内28J.,答案28J,解析答案,3,4,返回,课时训练,1.如图1所示，皮带的速度是3m/s，两圆心距离s4.5m，现将m1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数0.15，皮带不打滑，电动机带动皮带将物体从左轮正上方运送到右轮正上方时，求：(g10m/s2),1,2,3,4,5,6,图1,(1)小物体获得的动能Ek；,解析答案,解析mgmaa1.5m/s2mgxmv2,所以物体加速阶段运动的位移x3mmgcos37(或tan37)，所以小物体不会停在斜面上，小物体最后以C为中心，B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动.,联立解得Q4.8J.,答案4.8J,从E点开始直至稳定，系统因摩擦所产生的热量QEEmg(hRcos37),1,2,3,4,5,6,5.(2016绍兴期末)如图5所示，已知半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道安置在同一竖直平面内，甲轨道左侧又连接一个光滑的轨道，两圆形轨道之间由一条水平轨道CD相连.一小球自某一高度由静止滑下，先滑过甲轨道，通过动摩擦因数为的CD段，又滑过乙轨道，最后离开.若小球在两圆轨道的最高点对轨道压力都恰好为零.试求：,解析答案,(1)释放小球的高度h.,图5,1,2,3,4,5,6,解析小球在光滑圆轨道上滑行时，机械能守恒，设小球滑过C点时的速度为vC，通过甲环最高点速度为v，根据小球对最高点压力为零，有mgm取轨道最低点为零势能点，由机械守恒定律有：mg2Rmv2,由、两式消去v，可得：vC,1,2,3,4,5,6,解析答案,答案2.5R,同理可得小球滑过D点时的速度为：vD小球从甲轨道左侧光滑轨道滑至C点时机械能守恒，有：mgh,由、两式联立解得：h2.5R由此小球释放的高度为2.5R,1,2,3,4,5,6,(2)水平轨道CD段的长度.,解析答案,答案,解析设CD段的长度为l，对小球滑过CD段过程应用动能定理有：mgl,由、三式联立解得：l则水平轨道CD段的长度为.,1,2,3,4,5,6,6.(2015浙江1月学考38)如图6所示为某种弹射小球的游戏装置，水平面上固定一轻质弹簧及长度可调节的竖直管AB.细管下端接有一小段长度不计的圆滑弯管，上端B与四分之一圆弧弯管BC相接，每次弹射前，推动小球将弹簧压缩到同一位置后锁定.解除锁定，小球即被弹簧弹出，水平射进细管A端，再沿管ABC从C端水平射出.已知弯管BC的半径R0.30m，小球的质量为m50g，当调节竖直细管AB的长度L至L00.90m时，发现小球恰好能过管口C端.不计小球运动过程中的机械能损失.(g取10m/s2),1,2,3,4,5,6,图6,(1)求每次弹射时弹簧对小球所做的功W.,解析答案,解析小球恰好过C点，其速度vC0,根据功能关系，每次弹射时弹簧对小球所做的功为：Wmg(L0R)0.60J,答案0.60J,1,2,3,4,5,6,(2)当L取多大时，小球落至水平面的位置离直管AB最远？,解析答案,1,2,3,4,5,6,解析答案,解析设小球被弹出时的初速度为v0，到达C时的速度为v，根据动能定理有W0根据机械能守恒定律有综合得v根据平抛运动规律，小球落至水平面时的落点离直管AB的距离为svtR其中t,1,2,3,4,5,6,综合得s根据数学知识可判知，当L0.30m时，s最大.即当L取0.30m时，小球落至水平面的位置离直管AB最远.,答案0.30m,1,2,3,4,5,6,(3)调节L时