高考物理大一轮复习第五章机械能守恒定律第4讲能量观点解决多过程问题课件.ppt

1、第4讲能量观点解决多过程问题,第五章机械能守恒定律,内容索引,研透命题点 细研考纲和真题 分析突破命题点,课时作业 限时训练 练规范 练速度,研透命题点,命题点一多运动组合问题,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.,例1(2017浙江4月选考20)图1中给出了一段“S”形单行盘山公路的示意图.弯道1、弯道2可看作两个不同水平面上的圆弧，圆心分别为O1、O2，弯道中心线半径分别为r110 m、r220 m，弯道2比弯道1高h12 m，有一

2、直道与两弯道圆弧相切.质量m1 200 kg的汽车通过弯道时做匀速圆周运动，路面对轮胎的最大径向静摩擦力是车重的1.25倍，行驶时要求汽车不打滑.(sin 370.6，sin 530.8，g10 m/s2),图1,(1)求汽车沿弯道1中心线行驶时的最大速度v1；,答案见解析,答案,解析,解析设在弯道1沿中心线行驶的最大速度为v1,(2)汽车以v1进入直道，以P30 kW的恒定功率直线行驶了t8.0 s进入弯道2，此时速度恰为通过弯道中心线的最大速度，求直道上除重力以外的阻力对汽车做的功；,答案见解析,解析设在弯道2沿中心线行驶的最大速度为v2,代入数据可得Wf2.1104 J,答案,解析,解析

3、,(3)汽车从弯道1的A点进入，从同一直径上的B点驶离，有经验的司机会利用路面宽度，用最短时间匀速安全通过弯道.设路宽d10 m，求此最短时间(A、B两点都在轨道中心线上，计算时视汽车为质点).,答案见解析,答案,解析,解析沿如图所示内切的路线行驶时间最短，,代入数据可得r12.5 m,设汽车沿该路线行驶的最大速度为v,则对应的圆心角为2106,图2,变式1(2016浙江4月选考20)如图2所示装置由一理想弹簧发射器及两个轨道组成.其中轨道由光滑轨道AB与粗糙直轨道BC平滑连接，高度差分别是h10.20 m、h20.10 m，BC水平距离L1.00 m.轨道由AE、螺旋圆形EFG和GB三段光滑

4、轨道平滑连接而成，且A点与F点等高.当弹簧压缩量为d时，恰能使质量m0.05 kg的滑块沿轨道上升到B点；当弹簧压缩量为2d时，恰能使滑块沿轨道上升到C点.(已知弹簧弹性势能与压缩量的平方成正比，g10 m/s2),(1)当弹簧压缩量为d时，求弹簧的弹性势能及滑块离开弹簧瞬间的速度大小；,答案0.1 J2 m/s,答案,解析,解析由机械能守恒定律可得 E弹EkEpmgh10.05100.20 J0.1 J,(2)求滑块与轨道BC间的动摩擦因数；,答案0.5,答案,解析,解析由E弹d2，可得当弹簧压缩量为2d时， EkE弹4E弹4mgh1 由动能定理可得mg(h1h2)mgLEk,(3)当弹簧压

5、缩量为d时，若沿轨道运动，滑块能否上升到B点？请通过计算说明理由.,答案见解析,答案,解析,由机械能守恒定律有vv02 m/s 解得Rm0.4 m 当R0.4 m时，滑块会脱离螺旋圆形轨道，不能上升到B点； 当R0.4 m时，滑块能上升到B点.,拓展点1圆周直线平抛的组合 例2(2017温州市质检)半径R1 m的 圆弧轨道下端与一水平轨道连接，水平轨道离地面高度h1 m，如图3所示，有一质量m1.0 kg的小滑块自圆弧轨道最高点A由静止开始滑下，经过水平轨道末端B时速度为4 m/s，滑块最终落在地面上，试求：(g取10 m/s2，不计空气阻力),图3,(1)滑块落在地面上时的速度大小；,答案6

6、 m/s,答案,解析,解析因滑块经过水平轨道末端B后下落时只有重力做功，所以取滑块经过水平轨道末端B时为初状态，落在地面上时为末状态，,(2)滑块在轨道上滑行时克服摩擦力所做的功.,答案2 J,答案,解析,解析取滑块在圆弧轨道最高点A时为初状态，落在地面上时为末状态，,即滑块在轨道上滑行时克服摩擦力做功2 J.,拓展点2直线圆周平抛的组合,例3(2017嘉兴市质检)如图4所示，一弹射装置由弹簧发射器和轨道组成.轨道由水平光滑滑道AB与管道BCDE相连接而成，其中BCD是半径R0.4 m(管道中心到圆心的距离)的竖直光滑圆管道，DE是长度等于0.4 m的水平粗糙管道，在D处的下方有一直径略大于,

7、物块的小孔，装置都在同一竖直平面内.当弹簧压缩到A弹射物块m1时，恰能使其无初速度地落入D点处的小孔中被收集；当弹簧压缩到A弹射物块m2时，则其落入E左侧紧靠E的容器甲中.已知：m10.05 kg，m20.04 kg.容器甲高h0.2 m，长L0.4 m，上沿与管道下壁在同一水平面.物块大小略小于管道内径，g10 m/s2.,图4,(1)当弹簧压缩到A时，求弹簧的弹性势能；,答案0.4 J,答案,解析,解析物块m1和弹簧组成的系统机械能守恒， 得Ep2m1gR0.4 J,(2)求物块m2经过D点时对D点的作用力大小；,答案0,答案,解析,解析从弹簧压缩到A处到物块m2经过D点的过程中，物块m2

8、和弹簧组成的系统机械能守恒，,代入数据得在D点管道对物块m2的作用力F0， 根据牛顿第三定律，物块对D点的作用力大小F0.,(3)若物块m2落在容器甲的 处，求物块m2与管道DE间的动摩擦因数大小.,答案0.375,答案,解析,解析物块m2离开E点后做平抛运动，,解得0.375.,命题点二传送带模型问题,传送带问题的分析流程和技巧 1.分析流程,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：WFEkEp

9、Q. (2)对WF和Q的理解： 传送带的功：WFFx传； 产生的内能QFfx相对.,模型1水平传送带模型 例4(2016温州市期中)倾角为30的光滑斜面的下端有一水平传送带，传送带正以6 m/s的速度运动，运动方向如图5所示.一个质量为2 kg的物体(可视为质点)，从h3.2 m高处由静止沿斜面下滑，物体经过A点时，不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面，都不计其动能损失.物体与传送带间的动摩擦因数为0.5，物体向左最多能滑到传送带左右两端A、B连线的中点处，重力加速度g取10 m/s2，求：,图5,(1)传送带左、右两端A、B间的距离L；,答案12.8 m,答案,解析,解析物体从静止开始到在

10、传送带上的 速度等于0的过程中，,(2)上述过程中物体与传送带组成的系统因摩擦产生的热量；,答案160 J,答案,解析,解析在此过程中，物体与传送带间的相对位移,联立得Q160 J.,(3)物体随传送带向右运动，最后沿斜面上滑的最大高度h.,答案1.8 m,答案,解析,解析物体随传送带向右匀加速运动，,变式2(2016杭州市月考)如图6所示，皮带的速度是3 m/s，两轮圆心间距离s4.5 m，现将m1 kg的小物体(可视为质点)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：(g10 m/s2),图6,(1)小物体

11、获得的动能Ek；,答案4.5 J,答案,解析,解析物体开始做匀加速运动，加速度ag1.5 m/s2，,解得物体加速阶段运动的位移x3 m4.5 m，,(2)这一过程中摩擦产生的热量Q；,答案4.5 J,答案,解析,解析vat，解得t2 s， Qmgx相对mg(vtx)0.15110(63) J4.5 J.,(3)这一过程中电动机消耗的电能E.,答案9 J,答案,解析,解析EEkQ4.5 J4.5 J9 J.,模型2倾斜传送带模型 例5如图7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L4 m，传送带以恒定的速率v2 m/s向上运动.现将一质量为1 kg的物体无初

12、速度地放于A处，已知物体与传送带间的动摩擦因数 ，取g10 m/s2，求：,图7,(1)物体从A运动到B共需多长时间？,答案2.4 s,答案,解析,解析物体无初速度地放在A处后， 因mgsin mgcos 故物体斜向上做匀加速直线运动.,物体运动的总时间tt1t22.4 s,(2)电动机因传送该物体多消耗的电能.,答案28 J,答案,解析,解析前0.8 s内物体相对传送带的位移xvt1x10.8 m 因摩擦产生的热量Qmgcos x6 J,课时作业,1.如图1所示，传送带与地面的夹角37，A、B两端间距L16 m，传送带以速度v10 m/s，沿顺时针方向运动，物体m1 kg，无初速度地放置于A

13、端，它与传送带间的动摩擦因数0.5，g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，试求： (1)物体由A端运动到B端的时间.,1,2,3,4,5,图1,答案2 s,答案,解析,解析物体刚放上传送带时受到沿斜面向下的滑动摩擦力和重力，由牛顿第二定律得：mgsin mgcos ma1， 设物体经时间t1，加速到与传送带同速，,解得：a110 m/s2 t11 s x15 m 因mgsin mgcos ，故当物体与传送带同速后，物体将继续加速 由mgsin mgcos ma2,1,2,3,4,5,解得：t21 s 故物体由A端运动到B端的时间tt1t22 s,1,2,3,4,5,(2)系

14、统因摩擦产生的热量.,答案24 J,答案,解析,解析物体与传送带间的相对位移 x相(vt1x1)(Lx1vt2)6 m 故Qmgcos x相24 J.,1,2,3,4,5,2.(2017温州市质检)滑板运动是一种陆上的“冲浪运动”，滑板运动员可在不同的滑坡上滑行，做出各种动作，给人以美的享受.如图2是模拟的滑板组合滑行轨道，该轨道有足够长的斜直轨道、半径R1,1 m的凹形圆弧轨道和半径R22 m的凸形圆弧轨道组成，这三部分轨道处于同一竖直平面内且依次平滑连接.其中M点为凹形圆弧轨道的最低点，N点为凸形圆弧轨道的最高点，凸形圆弧轨道的圆心O点与M点处在同一水平面上，运动员踩着滑板从斜直轨道上的P

15、点无初速度滑下，经过M点滑向N点，P点距M点所在水平面的高度h2.45 m，不计一切阻力，运动员和滑板的总质量为m50 kg，运动员和滑板可视为质点，g10 m/s2.求：,图2,1,2,3,4,5,(1)运动员滑到M点时的速度大小；,答案7 m/s,答案,解析,解析以地面为参考平面，对运动员和滑板从P到M的过程，,1,2,3,4,5,(2)运动员滑到N点时，滑板对轨道的压力大小；,答案275 N,答案,解析,由牛顿第三定律，滑板滑到N点时，滑板对轨道的压力FNFN275 N.,1,2,3,4,5,(3)改变运动员无初速度下滑时距M点所在水平面的高度，求运动员恰好从N点水平飞出时，运动员的出发

16、点距M点所在水平面的高度h1.,答案3 m,答案,解析,1,2,3,4,5,3.(2017“金华十校”联考)金华某商场门口根据金华“双龙”元素设计了一个精美的喷泉雕塑，两条龙喷出的水恰好相互衔接(不碰撞)形成一个“”字形.某学习小组为了研究喷泉的运行原理，将喷泉简化成如图4所示的模型，,两个龙可以看成两个相同对称圆的一部分(近似看成在同一平面内)，E、B两点为圆的最高点.抽水机M使水获得一定的初速度后沿ABCDEFG运动，水在C、F两处恰好沿切线进入管道，最后回到池中.圆半径为R1 m，角度53，忽略一切摩擦.(g10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6)求：,图4,1,2,3,

17、4,5,(1)水从B点喷出的速度大小；,答案,解析,解析水从B点做平抛运动，竖直方向hRRcos 1.6 m.,1,2,3,4,5,(2)取B处一质量为m0.1 kg的一小段水，管道对这一小段水的作用力大小和方向；,答案0.8 N竖直向下,答案,解析,解析以m0.1 kg的一小段水为研究对象.当水在最高点B受到的管道作用力是0时，,1,2,3,4,5,(3)若管道B处横截面积为S4 cm2，则抽水机M的输出功率大小.(水的密度1103 kg/m3),答案49.2 W,答案,解析,解析以单位时间(t1 s)从B点喷出的水为研究对象m0SvBt， 以A处所在平面为零势能参考面，由能量守恒定律可得：

18、,1,2,3,4,5,4.(2017湖州市质检)如图4所示，AB为半径R1 m的四分之一光滑竖直圆弧轨道，OB竖直.有一质量m2 kg的物体(可视为质点)，从A点的正上方距离A点H1 m处由静止开始下落.CD段为长L2 m的粗糙水平面，物,体与水平面间动摩擦因数10.2.DE段是一个可以改变倾角的长斜面，物体与斜面间动摩擦因数为2 .轨道AB、CD、DE间均光滑连接，物体在经过连接处动能损失均不计，空气阻力不计，g取10 m/s2.,图4,1,2,3,4,5,(1)物体能沿轨道AB到达最低点B，求它到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力；,解析,答案100 N，方向竖直向下,答案,解得FN100

19、N， 根据牛顿第三定律，物体对轨道的压力大小为100 N，方向竖直向下.,1,2,3,4,5,(2)当斜面倾角30时，求物体上滑的最大高度；,答案0.8 m,答案,解析,解析设最高点高度为h，从开始下落到上升到最高点，由功能关系得,解得上升的最大高度h0.8 m.,1,2,3,4,5,(3)当斜面倾角(在090范围内)为某值时，物体上滑的最大距离具有最小值，求此最小值.,解析,解析设物体在斜面上上滑的长度为s，从开始下落直至运动到最高点， 由动能定理得mg(HR)1mgL(mgsin 2mgcos )s0,答案,1,2,3,4,5,5.(2017嘉兴市质检)某同学设计了一款益智类的儿童弹射玩具，模型如图5所示，AB段是长度连