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文档简介

大题突破04力学三大观点的综合应用

V目录

【命题解码・定方向】

【解题建模•通技法】

热点题型1力学三大观点在含板块类模空中的综合应用

热点题型2力学三大观点在含弹簧类模型中的综合应用

热点题型3力学三大观点在含传送带类模型中的综合应用

【实战刷题•冲高分】

PARTKJI

命题解码•定方向

>命题•趋势•定位・

1.重基础:注重对牛顿运动定律、动量守恒定律、动能定理等核心规律的直接考查,覆盖选择、实验与计

算题,强调基本公式的理解与应用。

2.强综合:突出多观点交叉融合,需结合运动过程分析,综合运用动力学方程、动量守恒与能量守恒解决

复杂问题,强化模型转化能力(如将传送带、圆弧轨道转化为匀变速或圆周运动模型)。

3.拓创新:关注真实情境与科技前沿(如航天器对接、碰撞实验),以核心素养为导向,通过新情境(如

变力做功)考查知识迁移能力,强调“以不变应万变''的解题逻辑。

PART02

解题建模•通技法

》热点题型1力学三大观点在含板块类模型中的综合应用

A析••■•・・典••・••例・・・・・•・建・・•・•模•・••・型•・a•,,・

【例1】(2026•江苏南京•一模)如图所示,倾角为37。的固定斜面上有一右端带垂直挡板的木板,质量1kg。

现将质量加=1kg的光滑小滑块放到距离挡板/=;m处,两者同时由静止释放。已知木板与斜面间的动摩擦

因数〃=J小滑块与挡板发生弹性碰撞,整个过程小滑块未脱离木板,斜面足够长,g取I0m/s2,sin370e0.6,

O

cos37°«0.8o求:

(1)释放瞬间滑块的加速度大小。;

(2)第1次碰撞过程中,滑块所受合力的冲量大小/;

(3)从释放到第3次碰撞系统产生的总热量。。

I-----------------------------------------------------------------------------1

ii

;a研・・・・・・考>・・■■・点・・・•・・•・・通・・・・・技・■■・・・法・・・•・,力学三大观点在含板块类模型中的综合应用常用的解题方法;

!1.动力学观点(牛顿运动定律+运动学公式)

।।

;□核心思路:分析板块间摩擦力(静摩擦/滑动摩擦),判断相对运动状态(是否共速、相对滑动),对单;

i个板块或整体列牛顿第二定律方程,结合运动学公式求解加速度、时间或位移。i

关键应用:判断板块是否发生相对滑动(比较静摩擦力与最大静摩擦力),计算相对加速度及相对位移。!

।।

i2.动量观点(动量守恒定律+动量定理)i

!□司量守恒:若系统所受合外力为零(如光滑水平面),板块间碰撞或相对运动时,系统动量守恒,常川!

।।

;于碰撞、粘连等瞬间过程。;

!□动量定理:针对单个板块,合外力的冲量等于动量变化,适用于求解摩擦力冲量、时间或速度变化。[

!3.能量观点(动能定理+能最守恒定律)

।।

i□均能定理:对单个板块,合外力做功等于动能变化,需考虑摩擦力做功。;

!□能量守恒:系统机械能的减少量等于摩擦产生的热量,适用于板块间有相对滑动时的能量转化分析。!

A破•・・・•・类••・■•题・•(・••提・••・•能•・■•■・■力(•・•・,

1.(2026•山东枣庄•二模)如图所示,质量M=4kg的滑板静止在光滑水平面上,长度乙=1.5m的水平段

48和光滑圆弧面8c平滑连接,B、。的高度差〃=0.2m。质量,〃=1kg的滑块置于滑板上4点,与滑板

段间的动摩擦因数〃=()/;长度%=3.2m的细线一端固定于。点,另一端与质量%=0.4kg的小球栓接。

初始时细绳水平伸直,小球由静止被释放,运动至。点正下方时与滑块发生对心碰撞(时间很短),碰后

反弹的瞬间,受到的拉力大小/=4.5N0小球与滑块均可视为质点,不计空气阻力,细线不可伸长,取

g=1Om/s2o

⑴求碰撞后瞬间滑块的速度大小;

(2)求滑块从滑板上的A处运动到8处的时间;

⑶若滑块从滑板上C点离开后在空中运动的最小速率为K=2m/s,求滑块在滑板上运动的过程中,所受合

力的冲量大小。

》热点题型2力学三大观点在含弹簧类模型中的综合应用

A析典例•建模型・

・・・・・一•■・•・・••・•・・•・・・•■■・■■■・•・••

【例2】(2026•辽宁•一模)如图所示,在水平实验平台上,放置着两个物块A与B,它们之间通过一根轻

质弹簧(初始处于压缩状态)和一根不可伸长的轻绳连接。右侧为竖直平面内半径R=0.8m的半圆形固定

光滑轨道。。当剪断轻绳后,弹簧瞬间恢复原长并将物块A、B弹开。弹开后,物块B恰好能通过半圆形

轨道的最高点C,物块A获得速度后向左运动,在运动过程中受到水平向右的空气阻力,阻力/大小与其速

度y的关系为/=H(其中A=4N-s/m)。已知物块A、B的质量分别为"八=2kg、〃%=1kg,物块A与

水平地面间的动摩擦因数〃=02,物块A从开始被弹开到最后停止运动经历的时间/=0.5s,物块B进入半

圆形轨道时无机械能损失,在半圆形轨道运动过程中不受空气阻力,重力加速度g=10m/s2。求:

⑴物块B进入半圆形轨道的最低点时的速度大小%;

(2)弹簧初始时储存的弹性势能Ep:

⑶物块A向左运动的位移大小xo

r

A研考点•通技法.力学三大观点在含弹簧类模型中的综合应用常用的解题方法

・・・・・・・・・■・・・・・・・・・・・■■・・■■・・・■・・・•・

1.弹簧类模型的核心特征是弹力为变力、形变显渐变且具有阶段性、对称性和临界性,无法用匀变速规律!

直接求解,需结合动力学、能量、动量三大力学观点综合应用,三者协同是解题关键,核心围绕弹簧特性;

和临界状态展开。[

2.动力学观点主要用于定性分析运动状态和判定临界条件,核心是牛顿第二定律结合弹力公式F=kx,分析।

I

加速度随形变量的变化,关键结论为:物体加速度为o时速度最大,为后续能量、动量观点应用奠定基础,i

不直接用于定量计算位移和速度。!

I

3.能量观点是弹簧类问题的核心求解手段,适用于求速度、位移和弹性势能,核心是动能定理、系统机械;

能守恒和能量守恒。需优先选择弹簧与连接物体组成的系统,标注初末态的速度、形变量和高度,明确弹!

性势能仅与形变量有关,无耗散力时用系统机械能守恒,有摩擦等耗散力时需计入摩擦生热。!

4.动量观点多用于求解两物体共同速度、末速度,常与能量观点组合使用,核心是动量守恒定律。仅当系i

统合外力为o(如水平光滑面)或合外力冲量可忽略时守恒,关键临界条件为两物体速度相等时,弹簧形!

I

变量最大、弹性势能最大,据此结合动量守恒求速度,再用能量守恒求弹性势能。;

5.解题需遵循“定系统、标状态、判临界、选观点”的通用流程,重点规避弹力突变、系统选择错误、临界I

状态记反等易错点。而频经典模型中,水平光滑面双体模型常用动量与能量守恒组合,竖直单体模型常用•

动力学与能量守恒结合,掌握核心公式和临界结论,可快速高效解题。;

A破类题•提能力・

•・・・・・・•・・・・・・・・・•・•・■■・・・・•・・・■■・・

2.(2026•宁夏•一模)质量为〃[2=0.8kg的小球力静止在光滑水平地面上,右端连接一水平轻质弹簧,半径

R=0.8m的四分之一光滑圆弧槽锁定在地面上,现将质量为犯=0.2kg的另一小球。从圆弧槽顶端由静止释

放。小球〃接触弹簧到弹簧压缩到最短所经历的时间为々S,已知此弹簧的压缩量x与弹性势能耳的数值

I2E

关系为x=重力加速度取gfOm/s。求:

"77777

⑴小球。在圆弧槽末端对槽的压力;

(2)弹簧被压缩至最短时,弹簧的压缩量x:

⑶小球a接触弹簧到压缩到最短的时间内小球a位移M。

〉热点题型3力学三大观点在含传送带类模型中的综合应用

A析•・・・•典••・••例・••・••建・••・•模•■••型■•■■(・

【例3】(2026•天津河北•一模)某自动包装系统的部分结构简化后如图所示,足够长的传送带固定在竖直

平面内,半径为R=0.5m,圆心角53。的圆弧轨道与平台平滑连接,平台与顺时针匀速转动的水平传送

带平滑连接,工件A从圆弧顶点元初速度下滑,在平台上滑入静止的空箱B并与其瞬间粘连成一个整体,

速度为曝,随后一起滑上传送带,与传送带共速后进入下一道工序。已知工件A质量为4=4kg,空箱B

的质量为叫=1kg,A、B及粘连成的整体均可视为质点,整体与传送带间的动摩擦因数恒定,在传送带上

运动的过程中因摩擦产生的热量O=2.5J,忽略轨道及平台的摩擦,cos53°=0.6,重力加速陵g=10m/sL

⑴工件A滑到圆弧轨道最低点时受到的支持力;

⑵工件A与空箱B在整个碰撞过程中损失的机械能;

⑶已知传送带的速度丫小于%,求传送带的速度大小。

I-----------------------------------------------------------------------------

i

ia研考点•通技;去.力学三大观点在含传送带类模型中的综合应用常用解题方法

i

i1.动力学观点(牛顿运动定律+运动学公式)是基础,核心用于分析物体运动阶段与关键参量(:解题时需

!先判断物体初速度与传送带速度的相对方向,确定滑动摩擦力方向,划分匀变速(有滑动摩擦)和匀速

;(无摩擦/静摩擦)阶段,再通过受力分析求加速度,结合运动学公式求解时间、位移、速度等,为后续

!能最、动景观点应用提供基础,共速时刻是划分运动阶段的关锭节点。

j2.能量观点(动能定理、能量守恒)主要用于求解能量变化,核心是摩擦生热的计算。滑动摩擦力做功改

「变物体动能,可通过动能定理直接关联;摩擦生热仅由滑动摩擦力与相对位移决定,静摩擦不生热;传送I

i带也机做功需通过能量守恒求解,即电机做功等于物体动能变化、重力势能变化(倾斜传送带)与摩擦生i

!热之和。!

।।

j3.动量观点(主要是动量定理)是求解时间、冲量的快捷工具。传送带系统因受电机外力,一般不适用动;

!最守恒,动最定理可直接通过物体动量变化求解滑动摩擦力的作用时间,无需先求加速度,尤其适用于多I

■阶段匀变速问题,应用时需注意矢量性,规定正方向区分速度.冲量的方向。j

三大观点的综合应用需遵循“动力学定阶段一按需选能量/动量”的原则,规避核心易错点:摩擦生热i

!必须用相对位移,动量定理需注意矢量方向,电机做功需通过能量守恒计算。整体而言,动力学观点解决“运!

।।

;动状态”问题,能量观点解决“能量转化”问题,动量观点简化“时间/冲量”计算,三者协同可快速突;

!破各类传送带模型。

>破••fli••・类•■■••题・••・••提・••・•能•・••力■(■•(・

3.(2026•湖北荆州•二模)如图所示,质量为〃%=0-kg,半径为R=0.4m的四分之一光滑圆弧槽锁定在光

滑水平地面上,圆弧的末端与水平地面相切。水平传送带I:表面与左右两侧足够长的光滑水平地面平齐且

平滑连接,传送带以%=3m/s的速度顺时针转动。右侧地面上静置着2个质量均为M=().9kg的完全相同

的木块。将质量为〃?=0-3kg的铁尖从离圆弧槽最高点的止上方/?=0.4m处静止择放,经圆弧槽卜滑后,从

最低点水平向右运动并冲上传送带。已知传送带轮轴间距L=0.5m,铁块与传送带之间的动摩擦因数〃=0.5,

L

⑴求铁块第一次离开传送带时的速度大小:

(2)若解除圆弧槽的锁定,其他初始条件不变,求铁块第一次到圆弧槽底端时对圆弧槽的作用力户;

⑶若解除圆弧槽的锁定,其他初始条件不变,求铁块最终的动能。

PAR

实战刷题•冲高分

,刷模拟・

1.(2026•河北承德•一模)如图所示,某固定装置由半径R=2.5m、圆心角。=60°的光滑圆弧槽,光滑水平

凹槽及氏倾角0—53。的粗糙斜面组成,整个装置处于同•竖直平面内。凹槽中有•长木板(上表

面与凹槽边缘等高),长木板左端与凹槽左端接触,圆弧槽末端切线水平,一小物块(可看作质点)置于

圆弧槽最左端。以凹槽右端点O为坐标原点,沿水平和竖直方向建立平面直角坐标系现将小物块从

圆弧槽最左端由静止释放,小物块经过圆弧槽底端冲上木板。小物块滑上木板的同时,木板在外界控制卜

运动,其速度丫与位移X1之间满足再I,(再+2)=6(单位均为国际制单位),木板前进1m时撤去控制装置,

最终物块和木板同时并以相同速度到达凹槽右端。小物块冲上斜面瞬间无动能损失,小物块在斜面上运动

99

时始终受到一水平向右、大小为广=二N的恒力作用。小物块飞出斜面后,受到另一恒力片作用,物块再

经过2s的时间恰好回到y轴,且刚好到达与斜面上端等高的位置。小物块与木板的质量均为刑=lkg,小物

块与长木板间的动摩擦因数为必=白,与斜面间的动摩擦因数与其所处位置的横坐标的关系为=(单

位均为国际制单位),重力加速度为g=10m/s2,sin53°=0.8,cos530=0.6,取后^=6.4。

%

4/一

⑴求小物块滑到圆弧槽底端时对圆弧槽的压力大小;

⑵求木板的长度:

⑶求产/的方向与y轴正方向夹角妁正切值。

2.(2026•江苏南通•二模)如图所示,光滑水平面上有一静止小车,质量"=3kg,车前、后壁间距

L=4.75m,车上放置质量机=lkg,长度4=L75m的木板A,木板上有一小物块B,质量叫=4kg,A、

B间的动摩擦因数从=0.2,木板与车厢间的动摩擦因数必=0.24。开始B和A紧靠车厢前壁,现给小车向

前的初速度%=8m/s,已知A与后壁碰撞黏在一起,B与后壁碰撞为弹性碰撞,经过一定时间后,A、B与

小车三者相对静止,重力加速度g=10m/s,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求:

后壁前壁

(1)A与后壁碰撞前,车、A、B的加速度大小q、纵、%;

⑵整个过程A与B之间摩擦产生的内能Q;

⑶从小车开始运动到三者相对静止的过程中小车的位移大小x。

从gg=(M+%)。共B与后壁碰撞前;根据运动学公式

3.(2026•福建泉州•二模)如图曰,下端带有挡板的长木板A静止在足够长的固定斜面上,挡板上有一长

度可忽略且被压缩并锁定的轻弹簧,,=0时将质量为m的小物块B从A上与挡板距离为L处曰静止释放,

乙=防时刻B与挡板发生第一次碰撞,碰撞瞬间弹簧解除锁定,在极短时间内弹开B后瞬间A获得的速度

大小为7%,4=13/。时B与挡板发生第二次碰撞,在0~&时间内B的速度大小】,随时间,变化的关系图线

如图乙所示(。、%均为未知量),各个接触面的最大静摩擦力均等于各自的滑动摩擦力。

⑴根据乙图,求在丸内与在9。~13。内B的加速度大小之比;

(2)求第一次碰撞到第二次碰撞的时间内A下滑的距离;

⑶求A与B、A与斜面间的动摩擦因数之比。

4.(2026•山东东营•一模)半径为火=1.2m、质量为,%=4kg的四分之一光滑圆弧槽静止在光滑水平面上,

圆弧槽末端与水平面相切。圆弧槽左侧有一质量为1%=4。、侦角为0=37。的光滑斜面处于静止且末端与

水平面平滑接触,斜面总长度L=5.85m。连接轻弹簧的质量为%=2kg的A物块锁定在斜面上尸处,尸距

离斜面顶端。的距离s=0.53m,轻弹簧处于原长且末端刚好处于斜面底端,弹簧劲度系数"=90N/m。现

将一质量〃?B=2kg的物块B从圆弧槽的顶端静止释放,物块B从圆弧槽末端滑到水平面上,一段时间后冲

上斜面。当弹簧被压缩到最短时物块B被锁定在斜面匕同时物块A被解除锁定。当弹簧恢复原长时,A

与弹簧断开连接,最终A从斜面顶端飞出。忽略各接触面的摩擦,不考虑物块的大小,圆弧槽和斜面均不

⑴物块B滑到圆弧槽底端时,物块B和圆弧槽的速度及圆弧槽的位移

⑵当弹簧被压缩到最短时,弹簧的压缩量

⑶物块A从斜面顶端飞出时,物块A和斜面的速度大小

⑷物块A落地时距离斜面左端的水平距离。

5.(2026・陕西榆林•一模)如图所示,L形滑板A静置在光滑水平面上,滑板右端固定一劲度系数左=24N/m

的足够长轻质弹簧,弹簧处于原长状态,其左端与静置于尸点的物块B相连。•物块C以初速度%=4m/s

从滑板最左端滑入,相对滑板A滑行”=1.25m后与B发生弹性碰撞(碰撞时间极短)。已知A、B、C质

量均为加=lkg,物块B、C与滑板上P点及左侧之间的动摩擦因数均为〃=04,滑板P点右侧光滑,弹簧

的弹性势能。(x为形变量),重力加速度g取10m/sL最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,弹簧

始终处于弹性限度内,物块B、C可视为质点。求:

卜一一跖•

(1)C刚滑上A时,A的加速度大小和C的加速度大小;

(2)从C滑上A到C与B发生第一次碰撞的时间,;

(3)B与C在第一碰撞到第二次碰撞过程中弹簧的最大压缩量X。

6.(2026•浙江宁波•二模)如图所示,倾角为6=30。的斜面固定在水平地面上,质量为町=1kg的小物体A

Q

位干斜面底端,并通过劲度系数为左=200N/m的轻弹簧与质量为加2=2kg小物体B相连,质量为码二§kg

的小物体C紧挨物体B,小物体13、C间有一定量的火药。小物体A、13、C与斜面间的动摩擦因数为〃一当,

开始时小物体A、B、C均静止在斜面上,弹簧处于原长状态。现锁定物体A,引爆物体B、C间的火药,

在极短时间内物体B、C分离,在之后的运动过程中,每当物体B沿斜面向上减速为零时,立刻锁定物体

B,同时释放物体A,每当物体A沿斜面向上减速为零时,立刻锁定物体A,同时释放物体B。已知物体C

沿斜面向上运动的最大距离为L=1.8m,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度的大小g=10m/s2,

弹簧的弹性势能综=3h2(左为劲度系数,x为形变量)。

⑴火药爆炸后物体B获得的速度大小;

⑵从火药爆炸到物体B向下减速到零的过程中,弹簧的最大压缩量;

⑶从物体B第一次沿斜面向上减速到零到笫二次沿斜面向上减速到零的过程中,物体B运动的位移大小;

(4)物体A、B、C均停止运动时物体B、C间的距离。

7.(2026・陕西商洛•二模)如图所示,光滑水平面中间部分连接一长度为L=7m顺时针匀速转动的传送带,

水平面和传送带上表面平齐,水平面的左侧有--半径R=L8m的固定光滑;圆弧斜面体。一质量为“/=4kg

的滑块A从斜面体最高点由静止式滑,离开斜面体后滑上传送带。已知滑块A和水平传送带间的动摩擦因

数〃=0.2,传送带的右侧依次放有滑块B和C,滑块C的质量为汨.产业白,滑块A、B、C均可看成质点,滑块

间的碰撞均为弹性碰撞,重力加速度g取lOm/s?。求:

⑴滑块A离开斜面体时的速度大小;

(2)要使滑块A离开传送带时的速度最大,传送带运动的最小速度为多大;

⑶在(2)问的基础上要使B与C碰撞一次后滑块C获得的动能最大,则滑块B的质量叱为多大。

8.(2026•广东佛山•二模)如图,质量分别为以=2kg和〃%=L2kg的物块A和B(均视为质点),通过轻

质不可伸长的细绳连接,跨过定滑轮(不考虑其质量)悬挂于两侧。初始时,两物块距天花板的高度均为

1,绳长/2=2m,两物块距地面的高度均为〃=0.8m。初始状态下通过外力使物块A与B保持静止。在/=0

时刻,同时释放两物块。当物块A接触光滑地面的瞬间,将细绳切断。此后经过时间。=0/s,物块A在竖

直方向的速度减为零,忽略物块B此后的运动情况。物块A的速度为零时,位于物块A左侧的另一个人=2kg

的物块C以%=6m/s与物块A发生碰撞。碰撞结束后,轻质弹簧恢复原长。随后,物块A冲二长度为

4=5m,与水平面夹角为6=37。的传送带。已知传送带与物块间的动摩擦因数为〃=0.5,重力加速度

g=IOm/s2,sin370=0.6,cos370=0.8。

⑴求物块A落地时的速度大小;

⑵求时间A内地面对物块A的平均作用力大小;

⑶若传送带静止,物块A能否冲上传送带顶端?若不能,为使物块A恰好能够到达顶端,传送带应如何(顺

时针或逆时针)转动?其速度应为多大?此过程传送带电动机因运送物块A而额外消耗的电能是多少?

9.(2026•浙江杭州•二模)如图所示,一装置由以O为圆心、半径为〃=的。竖直圆弧轨道4后、水平

传送带4。、水平轨道CO构成,各部分之间平滑连接,4。和CD的长度均为L=0.6m。质量为叫=O.lkg的

滑块1从4点静止自由称放,当其下滑到8点时,质量为吗=0.7kg的滑块2以初速度%=lm/s从力处向

左运动。传送带以恒定速度u=3m/s顺时针转动,滑块与8c的动摩擦因数均为〃=0.5,其他表面均光滑,

滑块1和2之间的碰撞为弹性碰撞。求滑块1:

⑴第一次经过圆弧最低点B时轨道所受的压力&':

⑵第一次碰撞后滑块1的速度大小匕;

⑶碰后能上升的最大高度人。

A刷真题<

1.(2025・浙江•高考真题)某兴趣小组设计了一传送装置,其竖直截面如图所示。/也是倾角为30。的斜轨

道,AC是以恒定速率%顺时针转动的足够长水平传送带,紧靠C端有半径为尺、质量为"置于光滑水平

面上的可动半圆弧轨道,水平面和传送带8c处于同•高度,各连接处平滑过渡。现有•质量为,〃的物块,

从轨道力8上与B相距乙的P点由静止下滑,经传送带末端C点滑入圆弧轨道。物块与传送带间的动摩擦

因数为〃,其余接触面均光滑。已知&=0.36m,I=1.6m,v0=5m/s,/«=0.2kg,M=1.8kg,〃=0.25。

不计空气阻力,物块可视为质点,传送带足够长。求物块

⑴滑到B点处的速度大小;

⑵从B点运动到C点过程中摩擦力对其做的功;

⑶在传送带上滑动过程中产生的滑痕长度;

⑷即将离开圆弧轨道最高点的瞬间,受到轨道的压力大小。

2.(2025・全国卷•高考真题)如图,物块P固定在水平面上,其上表面有半径为R的《圆弧轨道。P右端与

薄板Q连在一起,圆弧轨道与Q上表面平滑连接。一轻弹簧的右端固定在Q上,另一端自由。质量为,〃的

小球自圆弧顶端力点上方的8点自由下落,落到4点后沿圆弧轨道下滑,小球与弹簧接触后,当速度减小

至刚接触时的;时弹簧的弹性势能为2〃噌凡此时断开P和Q的连接,Q从静止开始向右滑动。g为重力加

速度大小,忽略空气阻力,圆弧轨道及Q的上、下表面均光滑,弹簧长度的变化始终在弹性限度内。

8。

A:

⑴求小球从落入I员I弧轨道至离开圆弧轨道,重力对其做的功;

(2)求小球与弹簧刚接触时速度的大小及8、A两点间的距离;

⑶欲使P和Q断开后,弹簧的最大弹性势能等于2.2〃?gR,Q的质量应为多大?

⑷欲使P和Q断开后,Q的最终动能最大,Q的质量应为多大?

3.(2025•重庆•高考真题)如图所示,长度为〃的水平传送带M顺时针匀速运动。质量为〃,的小物块A在

传送带左端M由静止释放。A还未与传送带达到相同速度时就从右端N平滑地进入光滑水平面NO,

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