專題(44)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量和能量觀點(diǎn)在力學(xué)中的應(yīng)用(解析版)

1、2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)全攻關(guān)專題(44)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量和能量觀點(diǎn)在力學(xué)中的應(yīng)用(解析版)專題解讀：1本專題是力學(xué)三大觀點(diǎn)在力學(xué)中的綜合應(yīng)用，高考中本專題將作為汁算題壓軸題的形式命題.2. 學(xué)好本專題，可以幫助同學(xué)們熟練應(yīng)用力學(xué)三大觀點(diǎn)分析和解決綜合問題.3. 用到的知識(shí)、規(guī)律和方法有：動(dòng)力學(xué)方法(牛頓運(yùn)動(dòng)左律、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律)：動(dòng)量觀點(diǎn)(動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒 定律)：能量觀點(diǎn)(動(dòng)能怎理、機(jī)械能守恒左律和能量守恒定律).命題熱點(diǎn)一：動(dòng)量與動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用1. 解動(dòng)力學(xué)問題的三個(gè)基本觀點(diǎn)(1) 力的觀點(diǎn)：運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)解題，可處理勻變速運(yùn)動(dòng)問題.(2) 能量觀點(diǎn)：用動(dòng)能左理和能

2、量守恒觀點(diǎn)解題，可處理非勻變速運(yùn)動(dòng)問題.(3) 動(dòng)量觀點(diǎn)：用動(dòng)量守恒觀點(diǎn)解題，可處理非勻變速運(yùn)動(dòng)問題.2. 力學(xué)規(guī)律的選用原則(1) 如果要列岀各物理量在某一時(shí)刻的關(guān)系式，可用牛頓第二左律.(2) 研究某一物體受到力的持續(xù)作用發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，一般用動(dòng)量定理(涉及時(shí)間的問題)或動(dòng)能左理(涉 及位移的問題)去解決問題.(3) 若研究的對(duì)象為一物體系統(tǒng)，且它們之間有相互作用，一般用動(dòng)量守恒左律和機(jī)械能守恒定律去解決問 題，但需注意所研究的問題是否滿足守恒的條件.(4) 在涉及相對(duì)位移問題時(shí)則優(yōu)先考慮能量守恒定律，系統(tǒng)克服摩擦力所做的總功等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量, 即轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)內(nèi)能的量.(5) 在涉

3、及碰撞、爆炸、打擊、繩繃緊等物理現(xiàn)象時(shí)，需注意到這些過程一般均隱含有系統(tǒng)機(jī)械能與英他形 式能量之間的轉(zhuǎn)換.作用時(shí)間都極短，因此用動(dòng)量守恒左律去解決.例1】汽車2在水平冰雪路而上行駛.駕駛員發(fā)現(xiàn)其正前 方停有汽車乩立即采取制動(dòng)措施，但仍然撞上了汽車B兩車碰撞時(shí)和兩車都完全停止后的位巻如圖所示， 碰撞后B車向前滑動(dòng)了 4.5 m, A車向前滑動(dòng)了 2.0 m.已知A和B的質(zhì)量分別為2.0×103 kg和1.5×103 kg, 兩車與該冰雪路而間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.10,兩車碰撞時(shí)間極短，在碰撞后車輪均沒有滾動(dòng)，重力加速度 大小Sr=IO mZ.求：IiI 2.0 m II*-

4、4.5 m B(1) 碰撞后的瞬間B車速度的大?。?2) 碰撞前的瞬間A車速度的大小.【答案】(1)3.0 Vs (2)4.25 IlvS【解析】(1)設(shè)B車的質(zhì)量為隔 碰后加速度大小為切根搖牛頓第二泄律有PmBg=EBdB 二式中是汽車與路而間的動(dòng)摩擦因數(shù).設(shè)碰撞后瞬間B車速度的大小為v,碰撞后滑行的距離為s由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有VB2 =聯(lián)立二二式并利用題給數(shù)據(jù)得T=3.0 HrSZ（2）設(shè)丿車的質(zhì)量為加卅碰后加速度大小為宀，根據(jù)牛頓第二宦律有“加囲=也心二設(shè)碰撞后瞬間Zl車速度的大小為H',碰撞后滑行的距離為S小由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有2=2.心二設(shè)碰撞前的瞬間A車速度的大小為y兩車在碰撞過程中動(dòng)

5、量守恒，有niVA = niAVA + HIbW 二聯(lián)立二二二二式并利用題給數(shù)據(jù)得Vu=4.25 m/s【變式1如圖所示，帶有圓管軌道的長(zhǎng)軌道水平固左，圓管軌道豎直（管內(nèi)直徑可以忽略），底端分別與兩側(cè)的直軌道相切，圓管軌道的半徑R = 0.5m, P點(diǎn)左側(cè)軌道（包括圓管）光滑，右側(cè)軌道粗糙質(zhì)Szrz = Ikg的物塊J以VO=IOn的速度滑入 圓管，經(jīng)過豎直圓管軌道后與直軌道上P處?kù)o止的質(zhì)M=2 kg的物塊/發(fā)生碰撞（碰撞時(shí)間極短），碰后 物塊E在粗糙軌道上滑行18 m后速度減小為零.已知物塊2、B與粗糙軌逍間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為“=0.1, 取重力加速度大小g =IOm/S?,物塊A、B均可視為

6、質(zhì)點(diǎn).求：（1）物塊d滑過豎直圓管軌道最髙點(diǎn)O時(shí)受到管壁的彈力:最終物塊/靜止的位置到P點(diǎn)的距禽.【答案】(1)150N,方向豎直向下(2)2 m【解析】(1)物塊從開始運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過程中，由機(jī)械能守恒左律可得：yw,o2=TngX 2R+ywv2物塊ZI在0點(diǎn)時(shí)，設(shè)軌道對(duì)物塊J的彈力FT向下，由牛頓第二定律可得：F+ng=nr-解得 FT = I50 N,則物塊ZI在。點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)它的彈力大小為150N,方向豎直向下；(2) 由機(jī)械能守恒定律可知，物塊A ,j B碰前瞬間的速度為巾，物塊AB碰撞過程，由動(dòng)量守恒宦律:mvO=ntv+Mv碰后物塊E做勻減速運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：W2 = ZdXBF

7、$=4g=Ma解得 VI= 2 nr,s V2 = 6mS由機(jī)械能守恒従律可知，物塊ZI若能滑回0點(diǎn)，英在P點(diǎn)反彈時(shí)的最小速度滿足：7WV,mm2 = Wg×2RVmm=2>5 nVs>2 InzS則物塊/反彈后滑入圓管后又滑回P點(diǎn)，設(shè)最終位置到P點(diǎn)的距離為：U，則：UF = 2恣心解得最終物塊A靜止的位置到P點(diǎn)的距離xa=2 m命題熱點(diǎn)二：力學(xué)三大觀點(diǎn)解決多過程問題1. 表現(xiàn)形式(1) 直線運(yùn)動(dòng)：水平而上的直線運(yùn)動(dòng)、斜而上的直線運(yùn)動(dòng)、傳送帶上的宜線運(yùn)動(dòng).(2) 圓周運(yùn)動(dòng)：繩模型圓周運(yùn)動(dòng)、桿模型圓周運(yùn)動(dòng)、拱形橋模型圓周運(yùn)動(dòng).(3) 平拋運(yùn)動(dòng)：與斜而有關(guān)的平拋運(yùn)動(dòng)、與圓軌道

8、有關(guān)的平拋運(yùn)動(dòng).2. 應(yīng)對(duì)策略(1) 力的觀點(diǎn)解題：要認(rèn)貞分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，關(guān)鍵是求岀加速度.(2) 兩大立理解題：應(yīng)確左過程的初、末狀態(tài)的動(dòng)量(動(dòng)能)，分析并求岀過程中的沖量(功).(3) 過程中動(dòng)量或機(jī)械能守恒：根據(jù)題意選擇合適的初、末狀態(tài)，列守恒關(guān)系式，一般這兩個(gè)守恒泄律多用 于求某狀態(tài)的速度(率).例2如圖所示，有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為W = I kg的小物塊，從光滑平臺(tái)上的點(diǎn)以v0=2 m/s的初速度水平拋岀， 到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，恰好沿C點(diǎn)的切線方向進(jìn)入固泄在水平地面上的光滑圓弧軌道，最后小物塊滑上緊靠軌道末 端D點(diǎn)的質(zhì)雖:為M= 3 kg的長(zhǎng)木板.已知木板上表而與圓弧軌道末端切線相平，

9、木板下表而與水平地而之 間光滑，小物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)“=0.3,圓狐軌道的半徑為R = 04m, C點(diǎn)和圓弧的圓心連線與 豎直方向的夾角0=60。，不計(jì)空氣阻力，g取10ms2.求：丿、RAC× f f 夕B小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大小:(2)小物塊剛要到達(dá)圓弧軌道末端D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力:(3) 要使小物塊不滑出長(zhǎng)木板，木板的長(zhǎng)度厶至少多大.【答案】(l)4m/s (2)60N,方向豎直向下(3)2.5 m【解析】(1)小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度方向與水平方向的夾角為60。，VC=(2) 小物塊由C到Q的過程中，由動(dòng)能定理得：ngR( 1 cos 60o)=IWVZ)2nvc2,代

10、入數(shù)據(jù)解得:駐=2迄IWs.小物塊在D點(diǎn)時(shí)由牛頓第二泄律得：FN-加g="?貴代入數(shù)據(jù)解得：Fn=60N,由牛頓第三上律得：FY=FN=60N,方向豎宜向下.(3) 若小物塊始終在長(zhǎng)木板上，當(dāng)達(dá)到共同速度時(shí)速度大小為"小物塊在木板上滑行的過程中，由動(dòng)量守恒 疋律得 WVZ)=(M÷zn)v解得:V=誓m/s對(duì)物塊和木板組成的系統(tǒng)，由功能關(guān)系得ngL = ynvr- *(M+加)v2 解得：Z=2.5m變式2如圖所示，半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道豎 直固泄在水平地而上，下端與水平地而在P點(diǎn)相切，一個(gè)質(zhì)量為2加的物塊風(fēng)可視為質(zhì)點(diǎn)）靜止在水平地而 上，左端固泄有水平輕

11、彈簧，。點(diǎn)為彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)的左端點(diǎn)，P、0間的距離為凡P0段地而粗糙、動(dòng) 摩擦因數(shù)為“=0.5, 0點(diǎn)右側(cè)水平地而光滑，現(xiàn)將質(zhì)量為加的物塊/（可視為質(zhì)點(diǎn)）從圓弧軌道的最高點(diǎn)由靜 止開始下滑，重力加速度為g求：（1）物塊沿圓弧軌道滑至P點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大?。海?）彈簧被壓縮的最大彈性勢(shì)能（未超過彈性限度）：物塊J最終停止位垃到Q點(diǎn)的距離.【答案】（1）3Mg （2）jyg g【解析】（1）物塊.J從靜止沿圓弧軌道滑至P點(diǎn)，設(shè)物塊ZI在P點(diǎn)的速度大小為徉，由機(jī)械能守恒定律有:JngR mVP2 在最低點(diǎn)軌道對(duì)物塊的支持力大小為用, 由牛頓第-：,fL律有：FN- Mg=加嘗, 聯(lián)立解得：用=3wg

12、由牛頓第三泄律可知物塊對(duì)軌道P點(diǎn)的壓力大小為3”g(2) 設(shè)物塊2與彈簧接觸前瞬間的速度大小為比，由動(dòng)能立理有ngR-ngR = nVQ2-0,解得Vo=極,當(dāng)物塊/、物塊B具有共同速度卩時(shí)，彈簧的艸性勢(shì)能最大，由動(dòng)量守恒疋律有：wv,o=(W ÷2w)VfnV(T =+2?) v2+EP 9聯(lián)立解得Ep=yngR.(3) 設(shè)物塊2與牌簧分離時(shí)，2、B的速度大小分別為“、也，規(guī)定向右為正方向，則有1 2zn,o = ZnVl+2nv2，聯(lián)立解得：n=履，設(shè)ZI最終停在0點(diǎn)左側(cè)距0點(diǎn)X處，由動(dòng)能宦理有：一“"*x=0-£"w】2解得X=IR-課時(shí)精練1.

13、一質(zhì)量為加的煙花彈獲得動(dòng)能E后，從地而豎直升空.當(dāng)煙花彈上升的速度為零時(shí)，彈中火藥爆炸將煙 花彈炸為質(zhì)量相等的兩部分，兩部分獲得的動(dòng)能之和也為E，且均沿豎直方向運(yùn)動(dòng).爆炸時(shí)間極短，重力加 速度大小為g，不計(jì)空氣阻力和火藥的質(zhì)量.求：(1) 煙花彈從地而開始上升到彈中火藥爆炸所經(jīng)過的時(shí)間：(2) 爆炸后煙花彈向上運(yùn)動(dòng)的部分距地面的最大高度.【答案】世 <【解析】(1)設(shè)煙花彈上升的初速度為由題給條件有設(shè)煙花彈從地而開始上升到火藥爆炸所用的時(shí)間為人由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有OVO=刃二聯(lián)立二二式得（2）設(shè)爆炸時(shí)煙花彈距地而的高度為加，由機(jī)械能守恒左律有E=mgh 二火藥爆炸后，煙花彈上、下兩部分均沿豎直

14、方向運(yùn)動(dòng)，設(shè)爆炸后瞬間英速度分別為力和臨由題給條件和動(dòng)量守恒建律有nIVrA-rnV22=EZwv1÷5wv2 = O由二式知，煙花禪兩部分的速度方向相反，向上運(yùn)動(dòng)部分做豎直上拋運(yùn)動(dòng).設(shè)爆炸后煙花彈上部分繼續(xù)上升 的高度為加，由機(jī)械能守恒左律有1 ? 1 , nIVr = ngli2-聯(lián)立二二二二式得，煙花彈向上運(yùn)動(dòng)部分距地而的最大高度為IEZi=Al4-z,2=-2. 如圖1所示，水平光滑地面上有兩個(gè)靜I匕的小物塊2和B（可視為質(zhì)點(diǎn)），.4的質(zhì) 7w = 1.0 kg, B的質(zhì)量 M=4.0kg, /、B之間有一輕質(zhì)壓縮彈簧，且A. B間用細(xì)線相連（圖中未畫出），彈簧的彈性勢(shì)能Ep

15、=40J, 彈簧的兩端與物塊接觸但不固左連接.水平面的左側(cè)有一豎直墻壁，右側(cè)與傾角為30。的光滑斜而平滑連 接.將細(xì)線剪斷，A. B分離后立即撤去禪簧，物塊ZI與墻壁發(fā)生彈性碰撞后，/在E未到達(dá)斜面前追上從 并與E相碰后結(jié)合在一起向右運(yùn)動(dòng)，g取IonVS2,求：圖1(IM與彈簧分離時(shí)的速度大小：(2M、E沿斜而上升的最大距離.【答案(1)8 m/s (2)1.024 m【解析】(1)設(shè)兒B與牌簧分離時(shí)的速度大小分別為力、V2,系統(tǒng)動(dòng)量守恒：0=7WVl系統(tǒng)能雖守恒:解得 Vi=8ms, V2=2 m/s；(2#與墻壁碰后速度大小不變，設(shè)Zl與B相碰后，2與B的速度大小為V,A. B 系統(tǒng)動(dòng)量守

16、恒：ntvi +Mvz = (HI + jW)v解得 v=3.2 m/s 對(duì)d、B整體，由動(dòng)能定理得:（加+）gZsm 30o=O-（加+f）v2解得 Z= 1.024 m.3如圖2所示，半徑凡=Im的四分之一光滑圓弧軌道,毎與平臺(tái)EC在B點(diǎn)平滑連接，半徑2=0.8 m的 四分之一圓弧軌道上端與平臺(tái)C端連接，下端與水平地面平滑連接，質(zhì) 7=0.1 kg的乙物塊放在平臺(tái)EC 的右端C點(diǎn)，將質(zhì)疑也為加的甲物塊在Zl點(diǎn)由靜I上釋放，讓其沿圓弧下滑，并滑上平臺(tái)與乙相碰，碰撞后 甲與乙粘在一起從C點(diǎn)水平拋出，甲物塊與平臺(tái)間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為=Q.2, BC長(zhǎng)Z=Im,重力加速度g 取IOiWs2,不計(jì)兩物

17、塊的大小及碰撞所用的時(shí)間，求：(1)甲物塊滑到B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小:甲和乙碰撞后瞬間共同速度的大小:(3) 粘在一起的甲、乙兩物塊從C點(diǎn)拋岀到落到CDE段軌道上所用的時(shí)間【答案】(1)3N (2)2 ms (3)0.4 S【解析】(1)甲物塊從H點(diǎn)滑到E點(diǎn)，很據(jù)機(jī)械能守恒左律有：I=Vl2厶甲物塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律有：FN-加g=遵聯(lián)立解得：氏=3 N根據(jù)牛頓第三定律可知，甲物塊在B點(diǎn)對(duì)軌道的壓力大小Fn'=Fn=3 N(2) 甲從B點(diǎn)向右滑動(dòng)的過程中，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a=g=2 s2甲物塊乙相碰前瞬間的速度為v2=2-2gL=4 m's設(shè)甲、乙相碰

18、后瞬間共同速度的大小為"，根據(jù)動(dòng)量守恒有：加v2=2加V3解得：V3=2ms:(3) 碰撞后，甲和乙以2ns的速度水平拋出，假設(shè)兩物塊會(huì)落到水平地而上則下落的時(shí)間r= ,J=04 S則水平的位移X=V3f=0.8 m=R:說明兩物塊剛好落到D點(diǎn)，假設(shè)成立因此拋出后落到CDE軌道上所用時(shí)間為0.4 s.4如圖3所示，一圓心為0、半徑為慮的光滑半圓軌道固泄在豎直平而內(nèi)，其下端和粗糙的水平軌道在J 點(diǎn)相切，-毎為圓弧軌道的直徑.質(zhì)量分別為加、2加的滑塊1、2用很短的細(xì)線連接，在兩滑塊之間夾有壓 縮的短彈簧(彈簧與滑塊不固連)，滑塊1、2位于H點(diǎn).現(xiàn)剪斷兩滑塊間的細(xì)線，滑塊1恰能過B點(diǎn)，且落 地點(diǎn)恰與滑塊2停止運(yùn)動(dòng)的地點(diǎn)重合.滑塊1、2可視為質(zhì)點(diǎn)，不考慮滑塊1落地后反彈，不計(jì)空氣阻力, 重力加速度為g，求：圖3(1) 滑塊1過E點(diǎn)的速度大小：(2) 彈簧釋放的彈性勢(shì)