高考物理一轮复习 知识点52：应用三大观点解决滑块与长木板碰撞问题（提高原卷版）

知识点52：应用三大观点解决滑块与长木板碰撞问题【知识思维方法技巧】（1）滑块与木板碰撞模型的特点：系统的动量守恒，但机械能不守恒，摩擦力与两者相对位移的乘积等于系统减少的机械能．若滑块未从木板上滑下，当两者速度相同时，木板速度最大，相对位移最大．（2）滑块与木板碰撞模型的求解方法：①求速度：根据动量守恒定律求解，研究对象为一个系统；②求时间：根据动量定理求解，研究对象为一个物体；③求系统产生的内能或相对位移：根据能量守恒定律Q＝fΔx或Q＝E初－E末，研究对象为一个系统．考点一：滑块与木板碰撞模型题型一：滑块带木板模型【典例1提高题】(多选)长木板A放在光滑的水平面上，质量为m＝2kg的另一滑块B以水平速度v0＝4m/s滑上原来静止的长木板A的表面，由于A、B间存在摩擦，之后A、B速度随时间变化情况如图6所示，则下列说法正确的是()A.木板A获得的动能为4JB.木板A的最小长度为1mC.A、B间的动摩擦因数为0.1D.系统损失的机械能为8J【典例1提高题对应练习】如图，一长木板在光滑的水平面上以速度v0向右做匀速直线运动，将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m，它们之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。（1）滑块相对木板静止时，求它们的共同速度大小；（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，求此时滑块到木板最右端的距离；（3）若滑块轻放在木板最右端的同时，给木板施加一水平向右的外力，使得木板保持匀速直线运动，直到滑块相对木板静止，求此过程中滑块的运动时间以及外力所做的功。题型二：块与板运动方向相反模型【典例2提高题】（多选）如图所示，一质量M＝8.0kg的长方形木板B放在光滑水平地面上，在其右端放一个质量m＝2.0kg的小木块A．给A和B以大小均为5.0m/s、方向相反的初速度，使A开始向左运动，B开始向右运动，A始终没有滑离B板，A、B之间的动摩擦因数是0.5，重力加速度g取10m/s2.则在整个过程中，下列说法正确的是()A．小木块A的速度减为零时，长木板B的速度大小为3.75m/sB．小木块A的速度方向一直向左，不可能为零C．小木块A与长木板B共速时速度大小为3m/sD．长木板的长度可能为10m题型三：多个滑块与木板碰撞模型【典例3提高题】一块足够长的木板C质量为2m，放在光滑的水平面上，如图所示．在木板上自左向右放有A、B两个完全相同的物块，两物块质量均为m，与木板间的动摩擦因数均为μ.开始时木板静止不动，A、B两物块的初速度分别为v0、2v0，方向如图所示．试求：(1)木板能获得的最大速度．(2)A物块在整个运动过程中的最小速度．(3)全过程AC间由于摩擦产生的热量跟BC间由于摩擦产生的热量之比是多少？【典例3提高题对应练习】如图所示，一平板小车C静止在光滑的水平面上，质量分别为m的物体A和2m的物体B均以大小为v的初速度分别沿同一直线同时从小车两端相向水平滑上小车．设两物体与小车间的动摩擦因数均为μ，小车质量为m，最终物体A、B都停在小车上，物体A、B始终没有相碰．重力加速度为g，求：（1）最终小车的速度大小及方向；（2）平板车的长度至少为多长．题型四：滑块与多个木板碰撞模型【典例4提高题】如图所示，在光滑的水平面上并排放着两个相同的木块，长度皆为L＝1.00m，在左边木块的左端放一个小金属块，它的质量和一个木块的质量相等，现让小金属块以初速度v0＝2.00m/s开始向右滑动，金属块与木块间的动摩擦因数μ＝0.10.取g＝10m/s2，求右边木块的最后速度大小．考点二：滑块与木板碰撞+组合模型题型一：滑块碰撞含弹簧木板组合模型【典例1提高题】(多选)如图所示，质量为M的长木板静止在光滑水平面上，上表面OA段光滑，AB段粗糙且长为l，左端O处固定轻质弹簧，右侧用不可伸长的轻绳连接于竖直墙上，轻绳所能承受的最大拉力为F。质量为m的小滑块以速度v从A点向左滑动压缩弹簧，弹簧的压缩量达最大时轻绳恰好被拉断，再过一段时间后长木板停止运动，小滑块恰未掉落。则()A．轻绳被拉断瞬间木板的加速度大小为eq\f(F,M)B．轻绳被拉断瞬间弹簧的弹性势能为eq\f(1,2)mv2C．弹簧恢复原长时滑块的动能为eq\f(1,2)mv2D．滑块与木板AB间的动摩擦因数为eq\f(v2,2gl)【典例1提高题对应练习】如图所示，一块质量为M的长木板停在光滑的水平面上，长木板的左端有挡板，挡板上固定一个水平轻质小弹簧．一个质量为m的小物块(可视为质点)以水平速度v0从长木板的最右端开始向左运动，与弹簧发生相互作用后(弹簧始终处于弹性限度内)，最终又恰好相对静止在长木板的最右端．以下说法正确的是()A．物块的最终速度为eq\f(1,2)v0B．长木板的最终速度为v0C．弹簧的最大弹性势能为eq\f(Mmv02,2M＋m)D．长木板和小物块组成的系统最终损失的机械能为eq\f(Mmv02,2M＋m)题型二：滑块碰撞板块组合模型【典例2提高题】如图所示，在水平地面上静置一质量为M＝3kg的木板A，在木板A的上面右侧放置一质量为m＝1kg的木块B(可视为质点)。木块B与木板A之间的动摩擦因数μ1＝0.1，木板A与地面之间的动摩擦因数μ2＝0.2。一个底面光滑、质量也为M＝3kg的木块C以速度v0＝2m/s与木板A发生弹性碰撞。重力加速度g取10m/s2。(1)求碰后瞬间木板A获得的速度大小；(2)在木块B与木板A相对运动的过程中，若要保证木块B不从木板A上滑下，求木板A的最小长度。【典例2提高题对应练习】如图所示，长木板B的质量为m2＝1.0kg，静止放在粗糙的水平地面上，质量为m3＝1.0kg的物块C(可视为质点)放在长木板的最右端．一个质量为m1＝0.5kg的物块A从距离长木板B左侧l＝9.5m处，以初速度v0＝10m/s向着长木板运动．一段时间后物块A与长木板B发生弹性正碰(时间极短)，之后三者发生相对运动，整个过程物块C始终在长木板上．已知物块A及长木板与地面间的动摩擦因数均为μ1＝0.1，物块C与长木板间的动摩擦因数为μ2＝0.2，物块C与长木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，求：（1）A、B碰后瞬间物块A和长木板B的速度；（2）长木板B的最小长度；（3）物块A离长木板左侧的最终距离．题型三：板块模型碰撞挡板模型【典例3提高题】如图所示，质量为M＝0.4kg的长木板静止在光滑水平面上，其右侧与固定竖直挡板间的距离L＝0.5m，某时刻另一质量m＝0.1kg的小滑块(可视为质点)以v0＝2m/s的速度向右滑上长木板，一段时间后长木板与竖直挡板发生碰撞，碰撞过程无机械能损失．已知小滑块与长木板间的动摩擦因数μ＝0.2，重力加速度g＝10m/s2，小滑块始终未脱离长木板．求：（1）自小滑块刚滑上长木板开始，经多长时间长木板与竖直挡板相碰；（2）长木板碰撞竖直挡板后，小滑块和长木板相对静止时，小滑块距长木板左端的距离．【典例3提高题对应练习】如图所示，质量为的长木板置于光滑水平地面上，质量为的小物块放在长木板的右端，在木板右侧的地面上固定着一个有孔的弹性挡板，孔的尺寸刚好可以让木板无接触地穿过。现使木板和物块以的速度一起向右匀速运动，物块与挡板碰撞后立即以碰前的速率反向弹回，而木板穿过挡板上的孔继续向右运动，整个过程中物块不会从长木板上滑落。已知物块与挡板第一次碰撞后，物块离开挡板的最大距离为，重力加速度。（1）求物块与木板间的动摩擦因数；（2）若物块与挡板第n次碰撞后，物块离开挡板的最大距离为，求n；（3）求长木板的长度至少应为多少？题型四：滑块组合运动+碰撞木板模型【典例4提高题】如图所示，有一个可视为质点的质量为m＝1kg的小物块，从光滑平台上的A点以v＝3m/s的初速度水平抛出，到达C点时，恰好沿C点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道，最后小物块滑上紧靠轨道末端D点的质量为M＝3kg的长木板。已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平，木板下表