(浙江選考)2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 專題強(qiáng)化一 動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用學(xué)案.docx
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專題強(qiáng)化一 動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用 命題點(diǎn)一 多運(yùn)動(dòng)組合問(wèn)題 1.抓住物理情景中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程,將物理過(guò)程分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單的子過(guò)程. 2.兩個(gè)相鄰過(guò)程連接點(diǎn)的速度是聯(lián)系兩過(guò)程的紐帶,也是解題的關(guān)鍵.很多情況下平拋運(yùn)動(dòng)的末速度的方向是解題的重要突破口. 例1 (2017浙江4月選考20)圖1中給出了一段“S”形單行盤山公路的示意圖.彎道1、彎道2可看做兩個(gè)不同水平面上的圓弧,圓心分別為O1、O2,彎道中心線半徑分別為r1= 10m、r2=20m,彎道2比彎道1高h(yuǎn)=12m,有一直道與兩彎道圓弧相切.質(zhì)量m=1200kg的汽車通過(guò)彎道時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),路面對(duì)輪胎的最大徑向靜摩擦力是車重的1.25倍,行駛時(shí)要求汽車不打滑.(sin37=0.6,sin53=0.8,g=10m/s2) 圖1 (1)求汽車沿彎道1中心線行駛時(shí)的最大速度v1; (2)汽車以v1進(jìn)入直道,以P=30kW的恒定功率直線行駛了t=8.0s進(jìn)入彎道2,此時(shí)速度恰為通過(guò)彎道中心線的最大速度,求直道上除重力以外的阻力對(duì)汽車做的功; (3)汽車從彎道1的A點(diǎn)進(jìn)入,從同一直徑上的B點(diǎn)駛離,有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)會(huì)利用路面寬度,用最短時(shí)間勻速安全通過(guò)彎道.設(shè)路寬d=10m,求此最短時(shí)間(A、B兩點(diǎn)都在軌道中心線上,計(jì)算時(shí)視汽車為質(zhì)點(diǎn)). 答案 見解析 解析 (1)汽車在沿彎道1中心線行駛時(shí), 由牛頓第二定律得,kmg=m 解得v1==5m/s. (2)設(shè)在彎道2沿中心線行駛的最大速度為v2 由牛頓第二定律得,kmg=m 解得v2==5m/s 在直道上由動(dòng)能定理有 Pt-mgh+Wf=mv22-mv12 代入數(shù)據(jù)可得Wf=-2.1104J. (3)沿如圖所示內(nèi)切的路線行駛時(shí)間最短, 由圖可得 r′2=r12+[r′-(r1-)]2 代入數(shù)據(jù)可得r′=12.5m 設(shè)汽車沿該路線行駛的最大速度為v′ 則kmg=m 得v′==12.5m/s 由sinθ==0.8 則對(duì)應(yīng)的圓心角為2θ=106 路線長(zhǎng)度s=2πr′≈23.1m 最短時(shí)間t′=≈1.8s. 變式1 (2016浙江4月選考20)如圖2所示裝置由一理想彈簧發(fā)射器及兩個(gè)軌道組成.其中軌道Ⅰ由光滑軌道AB與粗糙直軌道BC平滑連接,高度差分別是h1=0.20m、h2=0.10m,BC水平距離L=1.00m.軌道Ⅱ由AE、螺旋圓形EFG和GB三段光滑軌道平滑連接而成,且A點(diǎn)與F點(diǎn)等高.當(dāng)彈簧壓縮量為d時(shí),恰能使質(zhì)量m=0.05kg的滑塊沿軌道Ⅰ上升到B點(diǎn);當(dāng)彈簧壓縮量為2d時(shí),恰能使滑塊沿軌道Ⅰ上升到C點(diǎn).(已知彈簧彈性勢(shì)能與壓縮量的平方成正比,g=10m/s2) 圖2 (1)當(dāng)彈簧壓縮量為d時(shí),求彈簧的彈性勢(shì)能及滑塊離開彈簧瞬間的速度大??; (2)求滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù); (3)當(dāng)彈簧壓縮量為d時(shí),若沿軌道Ⅱ運(yùn)動(dòng),滑塊能否上升到B點(diǎn)?請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明理由. 答案 (1)0.1J 2m/s (2)0.5 (3)見解析 解析 (1)由機(jī)械能守恒定律可得 E彈=ΔEk=ΔEp=mgh1=0.05100.20J=0.1J 由ΔEk=mv02,可得v0=2m/s. (2)由E彈∝d2,可得當(dāng)彈簧壓縮量為2d時(shí), ΔEk′=E彈′=4E彈=4mgh1 由動(dòng)能定理可得-mg(h1+h2)-μmgL=-ΔEk′ 解得μ==0.5. (3)滑塊恰能通過(guò)螺旋圓形軌道最高點(diǎn)需滿足的條件是 mg= 由機(jī)械能守恒定律有v=v0=2m/s 解得Rm=0.4m 當(dāng)R>0.4m時(shí),滑塊會(huì)脫離螺旋圓形軌道,不能上升到B點(diǎn); 當(dāng)R≤0.4m時(shí),滑塊能上升到B點(diǎn). 題型1 平拋運(yùn)動(dòng)+圓周運(yùn)動(dòng)的組合 例2 (2013浙江理綜23)山谷中有三塊石頭和一根不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)青藤,其示意圖如圖3.圖中A、B、C、D均為石頭的邊緣點(diǎn),O為青藤的固定點(diǎn),h1=1.8m,h2=4.0m,x1=4.8m,x2=8.0m.開始時(shí),質(zhì)量分別為M=10kg和m=2kg的大、小兩只滇金絲猴分別位于左邊和中間的石頭上,當(dāng)大猴發(fā)現(xiàn)小猴將受到傷害時(shí),迅速?gòu)淖筮吺^的A點(diǎn)水平跳至中間石頭.大猴抱起小猴跑到C點(diǎn),抓住青藤下端,蕩到右邊石頭上的D點(diǎn),此時(shí)速度恰好為零.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中猴子均可看成質(zhì)點(diǎn),空氣阻力不計(jì),重力加速度g=10m/s2.求: 圖3 (1)大猴從A點(diǎn)水平跳離時(shí)速度的最小值; (2)猴子抓住青藤蕩起時(shí)的速度大??; (3)猴子蕩起時(shí),青藤對(duì)猴子的拉力大?。? 答案 (1)8m/s (2)4m/s (3)216N 解析 (1)設(shè)猴子從A點(diǎn)水平跳離時(shí)速度的最小值為vmin,根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,有 h1=gt2① x1=vmint② 聯(lián)立①②式,得 vmin=8m/s.③ (2)猴子抓住青藤后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒,設(shè)蕩起時(shí)速度為vC,有 (M+m)gh2=(M+m)vC2④ vC==4m/s.⑤ (3)設(shè)拉力為FT,青藤的長(zhǎng)度為L(zhǎng),在最低點(diǎn)由牛頓第二定律得 FT-(M+m)g=(M+m)⑥ 由幾何關(guān)系 (L-h(huán)2)2+x22=L2⑦ 得:L=10m⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑧式并代入數(shù)據(jù)解得: FT=(M+m)g+(M+m)=216N. 題型2 直線運(yùn)動(dòng)+圓周運(yùn)動(dòng)+平拋運(yùn)動(dòng)的組合 例3 (2019屆湖州市模擬)某??萍脊?jié)舉行車模大賽,其規(guī)定的賽道如圖4所示,某小車以額定功率18W由靜止開始從A點(diǎn)出發(fā),加速2s后進(jìn)入光滑的豎直圓軌道BC,恰好能經(jīng)過(guò)圓軌道最高點(diǎn)C,然后經(jīng)過(guò)光滑曲線軌道BE后,從E處水平飛出,最后落入沙坑中,已知圓半徑R=1.2m,沙坑距離BD平面高度h2=1m,小車的總質(zhì)量為1kg,g=10m/s2,不計(jì)空氣阻力,求: 圖4 (1)小車在B點(diǎn)對(duì)軌道的壓力大?。? (2)小車在AB段克服摩擦力做的功; (3)末端平拋高臺(tái)h1為多少時(shí),能讓小車落入沙坑的水平位移最大?最大值是多少? 答案 (1)60N (2)6J (3)1m 4m 解析 (1)由于小車恰好經(jīng)過(guò)圓軌道最高點(diǎn)C,即mg= 由B→C,根據(jù)動(dòng)能定理可得-2mgR=mvC2-mvB2 在B點(diǎn)由牛頓第二定律有,F(xiàn)N-mg=m, 聯(lián)立解得FN=60N, 由牛頓第三定律得在B點(diǎn)小車對(duì)軌道的壓力為60N,方向豎直向下. (2)由A→B,根據(jù)動(dòng)能定理:Pt+Wf=mvB2,解得Wf=-6J,即小車在AB段克服摩擦力做的功為6J. (3)由B→E,根據(jù)動(dòng)能定理得-mgh1=mvE2-mvB2, 飛出后,小車做平拋運(yùn)動(dòng),所以h1+h2=gt2 水平位移x=vEt,化簡(jiǎn)得x=,即x=, 當(dāng)h1=1m時(shí),水平距離最大,xmax=4m. 命題點(diǎn)二 傳送帶模型問(wèn)題 傳送帶問(wèn)題的分析流程和技巧 1.分析流程 2.相對(duì)位移 一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力做功所產(chǎn)生的熱量Q=Ffx相對(duì),其中x相對(duì)是物體間相對(duì)路徑長(zhǎng)度.如果兩物體同向運(yùn)動(dòng),x相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之差;如果兩物體反向運(yùn)動(dòng),x相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之和. 3.功能關(guān)系 (1)功能關(guān)系分析:WF=ΔEk+ΔEp+Q. (2)對(duì)WF和Q的理解: ①傳送帶的功:WF=Fx傳; ②產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ffx相對(duì). 模型1 水平傳送帶模型 例4 傾角為30的光滑斜面的下端有一水平傳送帶,傳送帶正以6m/s的速度運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)方向如圖5所示.一個(gè)質(zhì)量為2 kg的物體(可視為質(zhì)點(diǎn)),從h=3.2 m高處由靜止沿斜面下滑,物體經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí),不管是從斜面到傳送帶還是從傳送帶到斜面,都不計(jì)其動(dòng)能損失.物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,物體向左最多能滑到傳送帶左右兩端A、B連線的中點(diǎn)處,重力加速度g取10 m/s2,求: 圖5 (1)傳送帶左、右兩端A、B間的距離L; (2)上述過(guò)程中物體與傳送帶組成的系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量; (3)物體隨傳送帶向右運(yùn)動(dòng),最后沿斜面上滑的最大高度h′. 答案 (1)12.8m (2)160J (3)1.8m 解析 (1)物體從靜止開始到在傳送帶上的速度等于0的過(guò)程中,由動(dòng)能定理得:mgh-=0-0,解得L=12.8m. (2)在此過(guò)程中,物體與傳送帶間的相對(duì)位移 x相=+v帶t,又=μgt2,而摩擦產(chǎn)生的熱量Q=μmgx相, 聯(lián)立得Q=160J. (3)物體隨傳送帶向右勻加速運(yùn)動(dòng),設(shè)當(dāng)速度為v帶=6m/s時(shí),向右運(yùn)動(dòng)的位移為x,則μmgx=mv帶2,得x=3.6m<,即物體在到達(dá)A點(diǎn)前速度與傳送帶速度相等,最后以v帶=6m/s的速度沖上斜面,由動(dòng)能定理得mv帶2=mgh′,解得h′=1.8m. 模型2 傾斜傳送帶模型 例5 如圖6所示,傳送帶與地面的夾角θ=37,A、B兩端間距L=16m,傳送帶以速度v=10m/s,沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng),物體質(zhì)量m=1 kg,無(wú)初速度地放置于A端,它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,g=10 m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8,試求: 圖6 (1)物體由A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間. (2)系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量. 答案 (1)2s (2)24J 解析 (1)物體剛放上傳送帶時(shí)受到沿斜面向下的滑動(dòng)摩擦力和重力,由牛頓第二定律得:mgsinθ+μmgcosθ=ma1, 設(shè)物體經(jīng)時(shí)間t1,加速到與傳送帶同速, 則v=a1t1,x1=a1t12 解得:a1=10m/s2 t1=1s x1=5m- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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