第23講 動力學(xué)和能量觀點的綜合應(yīng)用（講義）（原卷版）-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測（新教材新高考）

第23講動力學(xué)和能量觀點的綜合應(yīng)用目錄01、考情透視，目標(biāo)導(dǎo)航TOC\o"1-3"\h\u02、知識導(dǎo)圖，思維引航 203、考點突破，考法探究 2考點一傳送帶模型中的能量問題 2知識點1．傳送帶問題的兩個角度 2知識點2．功能關(guān)系分析 3考向洞察考向1水平傳送帶問題 3考向2傾斜傳送帶問題 5考點二滑塊—木板模型綜合問題 6考向洞察 7考向1水平面上“滑塊—木板”模型 7考向2傾斜面上“滑塊—木板”模型 9考點三用動力學(xué)和能量觀點分析多運動組合問題 1004、真題練習(xí)，命題洞見 14考情分析2024·海南·高考物理試題2024·浙江·高考物理試題2024·湖北·高考物理試題2023·浙江·高考物理試題復(fù)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)1.會用功能關(guān)系解決傳送帶、滑塊—木板模型綜合問題。目標(biāo)2.會利用動力學(xué)和能量觀點分析多運動組合問題?？键c一傳送帶模型中的能量問題知識點1．傳送帶問題的兩個角度動力學(xué)角度首先要正確分析物體的運動過程，做好受力分析，然后利用運動學(xué)公式結(jié)合牛頓第二定律求物體及傳送帶在相應(yīng)時間內(nèi)的位移，找出物體和傳送帶之間的位移關(guān)系能量角度求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對滑動而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動機多消耗的電能等，常依據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解知識點2．功能關(guān)系分析(1)功能關(guān)系分析：W＝ΔEk＋ΔEp＋Q。(2)對W和Q的理解：①傳送帶做的功：W＝Fx傳。②產(chǎn)生的內(nèi)能：Q＝Ffx相對。考向1水平傳送帶問題1.如圖所示，靜止的水平傳送帶右端B點與粗糙的水平面相連接，傳送帶AB長L1＝0.36m，質(zhì)量為1kg的滑塊以v0＝2m/s的水平速度從傳送帶左端A點沖上傳送帶，并從傳送帶右端滑上水平面，最后停在距B點L2＝0.64m的C處。已知滑塊與傳送帶、滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)均相等，重力加速度g＝10m/s2。(1)求動摩擦因數(shù)μ的值；(2)若滑塊從A點以v0＝2m/s的水平速度沖上傳送帶時，傳送帶以v＝2m/s的速度逆時針轉(zhuǎn)動，求滑塊在傳送帶上運動的過程中，傳送帶對滑塊的沖量大小和整個過程電動機由于傳送滑塊多消耗的電能。2.(多選)在工廠中，經(jīng)常用傳送帶傳送貨物。如圖所示，質(zhì)量m＝10kg的貨物(可視為質(zhì)點)從高h＝0.2m的軌道上P點由靜止開始下滑，貨物和軌道之間的阻力可忽略不計，貨物滑到水平傳送帶上的A點，貨物在軌道和傳送帶連接處能量損失不計，貨物和傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，傳送帶AB兩點之間的距離L＝5m，傳送帶一直以v＝4m/s的速度順時針勻速運動，取重力加速度g＝10m/s2。裝置由電動機帶動，傳送帶與輪子間無相對滑動，不計軸處的摩擦。貨物從A點運動到B點的過程中，下列說法正確的有()A.摩擦力對貨物做功為50JB.貨物從A運動到B用時1.5sC.由于摩擦而產(chǎn)生的熱量為20JD.運送貨物過程中，電動機輸出的電能為60J3如圖所示，某快遞公司使用電動傳輸機輸送快件，傳輸機皮帶以v＝4m/s的速度逆時針運轉(zhuǎn)，兩傳動輪O、P之間的距離s＝5m，在傳動輪O的正上方，將一質(zhì)量m＝1kg的快件輕放在皮帶上，已知快件與皮帶之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，重力加速度g＝10m/s2，在快件由O處傳送到P處的過程中，因傳送快件而多消耗的電能為()A.32J B.16JC.8J D.4J考向2傾斜傳送帶問題4.(多選)如圖所示甲、乙兩種粗糙面不同的傳送帶，傾斜于水平地面放置，以同樣恒定速率v向上運動?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m的小物體(視為質(zhì)點)輕輕放在A處，小物體在甲傳送帶上到達B處時恰好達到傳送帶的速率v；在乙傳送帶上到達離B豎直高度為h的C處時達到傳送帶的速率v。已知B處離地面高度為H，則在物體從A到B的運動過程中()A．兩種傳送帶對小物體做功相等B．將小物體傳送到B處，乙傳送帶上的劃痕長C．將小物體傳送到B處，乙系統(tǒng)由于摩擦產(chǎn)生的熱量多D．將小物體傳送到B處，甲上的小物體需要的時間較長5.如圖(a)所示，傾角為37°的傳送帶以v＝2.0m/s的速度順時針勻速轉(zhuǎn)動，傳送帶的長度LAB＝10.0m。一個可視為質(zhì)點的質(zhì)量m＝1.0kg的物塊，自A點無初速度的放在傳送帶底端，其被傳送至B端的過程中，動能Ek與位移x的關(guān)系(Ek－x)圖像如圖(b)所示。取重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。下列說法正確的是()A.物塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為0.25B.整個過程中合外力對物塊做的功為4.0JC.整個過程中摩擦力對物塊做的功為64.0JD.整個過程中摩擦力對物塊做的功等于物塊機械能的增加量考點二滑塊—木板模型綜合問題“滑塊—木板”問題的分析方法1．動力學(xué)分析：分別對滑塊和木板進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求出各自的加速度；從放上滑塊到二者速度相等，所用時間相等，由t＝eq\f(Δv2,a2)＝eq\f(Δv1,a1)，可求出共同速度v和所用時間t，然后由位移公式可分別求出二者的位移。2．功和能分析：對滑塊和木板分別運用動能定理，或者對系統(tǒng)運用能量守恒定律。如圖所示，要注意區(qū)分三個位移：(1)求摩擦力對滑塊做功時用滑塊對地的位移x滑；(2)求摩擦力對木板做功時用木板對地的位移x板；(3)求摩擦生熱時用相對位移Δx?！盎瑝K—木板”問題的三種處理方法(1)求解對地位移可優(yōu)先考慮應(yīng)用動能定理。(2)求解相對位移可優(yōu)先考慮應(yīng)用能量守恒定律。(3)地面光滑時，求速度可優(yōu)先考慮應(yīng)用動量守恒定律。如典例第(3)問：mvD＝(m＋M)v。考向1水平面上“滑塊—木板”模型1.(多選)(2023·全國乙卷，21)如圖，一質(zhì)量為M、長為l的木板靜止在光滑水平桌面上，另一質(zhì)量為m的小物塊(可視為質(zhì)點)從木板上的左端以速度v0開始運動。已知物塊與木板間的滑動摩擦力大小為f，當(dāng)物塊從木板右端離開時()A.木板的動能一定等于flB.木板的動能一定小于flC.物塊的動能一定大于eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－flD.物塊的動能一定小于eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－fl2.(多選)如圖所示，質(zhì)量M＝3kg表面粗糙的長木板靜止在光滑的水平面上，t＝0時質(zhì)量m＝3kg表面粗糙的物塊(可視為質(zhì)點)以v0＝8m/s的初速度滑上長木板，經(jīng)過時間Δt＝2s物塊和長木板達到共同速度v＝4m/s，重力加速度g取10m/s2，則()A.長木板加速運動的加速度大小是3m/s2B.物塊與長木板之間動摩擦因數(shù)為0.2C.長木板長度至少為8mD.物塊與長木板系統(tǒng)損失的機械能為36J考向2傾斜面上“滑塊—木板”模型3.如圖所示，一傾角為θ＝30°的足夠長光滑斜面固定在水平面上，斜面下端有一與斜面垂直的固定擋板，將一質(zhì)量為m的木板放置在斜面上，木板的上端有一質(zhì)量為m的小物塊(視為質(zhì)點)，物塊和木板間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力且大小恒為kmg(0.5<k<1)，初始時木板下端與擋板的距離為L?，F(xiàn)由靜止同時釋放物塊和木板，物塊和木板沿斜面下滑，已知木板與擋板碰撞的時間極短，且碰撞后木板的速度大小不變，方向與碰撞前的速度方向相反，物塊恰好未滑離木板，重力加速度為g，求：(1)木板第一次與擋板碰撞前瞬間，物塊的速度大小v1；(2)從釋放到木板第二次與擋板碰撞前瞬間，物塊相對木板的位移大小Δx；(3)木板的長度x以及整個運動過程中系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量Q?？键c三用動力學(xué)和能量觀點分析多運動組合問題1．分析思路(1)受力與運動分析：根據(jù)物體的運動過程分析物體的受力情況，以及不同運動過程中力的變化情況；(2)做功分析：根據(jù)各種力做功的不同特點，分析各種力在不同運動過程中的做功情況；(3)功能關(guān)系分析：運用動能定理、機械能守恒定律或能量守恒定律進行分析，選擇合適的規(guī)律求解。2．方法技巧(1)“合”——整體上把握全過程，構(gòu)建大致的運動情景；(2)“分”——將全過程進行分解，分析每個子過程對應(yīng)的基本規(guī)律；(3)“合”——找出各子過程之間的聯(lián)系，以銜接點為突破口，尋求解題最優(yōu)方案。1.某科技小組參加了過山車游戲項目研究，如圖甲所示，為了研究其中的物理規(guī)律，小組成員設(shè)計出如圖乙所示的裝置。P為彈性發(fā)射裝置，AB為傾角θ＝37°的傾斜軌道，BC為水平軌道，CDC′為豎直圓軌道，C′E為足夠長的曲面軌道，各段軌道均平滑連接。以A點為坐標(biāo)原點，水平向右為x軸正方向，豎直向上為y軸正方向建立平面直角坐標(biāo)系。已知滑塊質(zhì)量為m，圓軌道半徑R＝1m，BC長為3m，滑塊與AB、BC段的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.25，其余各段軌道均光滑?，F(xiàn)滑塊從彈射裝置P水平彈出的速度為4m/s，且恰好從A點沿AB方向進入軌道，滑塊可視為質(zhì)點。重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)求滑塊從彈射裝置P彈出時的坐標(biāo)值；(2)若滑塊恰好能通過D點，求軌道AB的長度xAB；(3)若滑塊第一次能進入圓軌道且不脫軌，求軌道AB的長度xAB的取值范圍；(4)若軌道AB的長度為3.5m，試判斷滑塊在圓軌道是否脫軌；若發(fā)生脫軌，計算脫軌的位置。2.如圖是由弧形軌道、圓軌道、水平直軌道平滑連接而成的力學(xué)探究裝置。水平軌道AC末端裝有一體積不計的理想彈射器，圓軌道與水平直軌道相交于B點，且B點位置可改變?，F(xiàn)將質(zhì)量m＝2kg的滑塊(可視為質(zhì)點)從弧形軌道高H＝0.6m處靜止釋放，且將B點置于AC中點處。已知圓軌道半徑R＝0.1m，水平軌道長LAC＝1.0m，滑塊與AC間動摩擦因數(shù)μ＝0.2，弧形軌道和圓軌道均視為光滑，不計其他阻力與能量損耗，求：(1)滑塊第一次滑至圓軌道最高點時對軌道的壓力大小；(2)彈射器獲得的最大彈性勢能；(3)若H＝6m，改變B點位置，使滑塊在整個滑動過程中不脫離軌道，則BC間距離LBC應(yīng)滿足的條件。3.如圖所示，水平軌道AB長為2R，其A端有一被鎖定的輕質(zhì)彈簧，彈簧左端連接在固定的擋板上。圓心在O1、半徑為R的光滑圓弧軌道BC與AB相切于B點，并且和圓心在O2、半徑為2R的光滑細圓管軌道CD平滑對接，O1、C、O2三點在同一條直線上。光滑細圓管軌道CD右側(cè)有一半徑為2R，圓心在D點的eq\f(1,4)圓弧擋板MO2豎直放置，并且與地面相切于O2點。質(zhì)量為m的小滑塊(可視為質(zhì)點)從軌道上的C點由靜止滑下，剛好能運動到A點，觸發(fā)彈簧，彈簧立即解除鎖定，小滑塊被彈回，小滑塊在到達B點之前已經(jīng)脫離彈簧，并恰好無擠壓通過細圓管軌道最高點D(計算時圓管直徑不計，重力加速度為g)。求：(1)小滑塊與水平軌道AB間的動摩擦因數(shù)μ；(2)彈簧鎖定時具有的彈性勢能Ep；(3)小滑塊通過最高點D后落到擋板上時具有的動能Ek。1（2024·海南·高考真題）某游樂項目裝置簡化如圖，A為固定在地面上的光滑圓弧形滑梯，半徑，滑梯頂點a與滑梯末端b的高度，靜止在光滑水平面上的滑板B，緊靠滑梯的末端，并與其水平相切，滑板質(zhì)量，一質(zhì)量為的游客，從a點由靜止開始下滑，在b點滑上滑板，當(dāng)滑板右端運動到與其上表面等高平臺的邊緣時，游客恰好滑上平臺，并在平臺上滑行停下。游客視為質(zhì)點，其與滑板及平臺表面之間的動摩擦系數(shù)均為，忽略空氣阻力，重力加速度，求：（1）游客滑到b點時對滑梯的壓力的大?。唬?）滑板的長度L2．（2024·湖北·高考真題）如圖所示，水平傳送帶以5m/s的速度順時針勻速轉(zhuǎn)動，傳送帶左右兩端的距離為。傳送帶右端的正上方有一懸點O，用長為、不可伸長的輕繩懸掛一質(zhì)量為0.2kg的小球，小球與傳送帶上表面平齊但不接觸。在O點右側(cè)的P點固定一釘子，P點與O點等高。將質(zhì)量為0.1kg的小物塊無初速輕放在傳送帶左端，小物塊運動到右端與小球正碰，碰撞時間極短，碰后瞬間小物塊的速度大小為、方向水平向左。小球碰后繞O點做圓周運動，當(dāng)輕繩被釘子擋住后，小球繼續(xù)繞P點向上運動。已知小物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.5，重力加速度大小。（1）求小物塊與小球碰撞前瞬間，小物塊的速度大?。唬?）求小物塊與小球碰撞過程中，兩者構(gòu)成的系統(tǒng)損失的總動能；（3）若小球運動到P點正上方，繩子不松弛，求P點到O點的最小距離。3．（2024·浙江·高考真題）某固定裝置的豎直截面如圖所示，由傾角的直軌道，半徑的圓弧軌道，長度、傾角為的直軌道，半徑為R、圓心角為的圓弧管道組成，軌道間平滑連接。在軌道末端F的右側(cè)光滑水平面上緊靠著質(zhì)量滑塊b，其上表面與軌道末端F所在的水平面平齊。質(zhì)量的小物塊a從軌道上高度為h靜止釋放，經(jīng)圓弧軌道滑上軌道，軌道由特殊材料制成，小物塊a向上運動時動摩擦因數(shù)，向下運動時動摩擦因數(shù)，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。當(dāng)小物塊a在滑塊b上滑動時動摩擦因數(shù)恒為，小物塊a動到滑塊右側(cè)的豎直擋板能發(fā)生完全彈性碰撞。（其它軌道均光滑，小物塊視為質(zhì)點，不計空氣阻力，，）（1）若，求小物塊①第一次經(jīng)過C點的向心加速度大??；②在上經(jīng)過的總路程；③在上向上運動時間和向下運動時間之比。（2）若，滑塊至少多長才能使小物塊不脫離滑塊。4．（2023·浙江·高考真題）為了探究物體間碰撞特性，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。水平直軌道AB、CD和水平傳送帶平滑無縫連接，兩半徑均為的四分之一圓周組成的豎直細圓