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类型江苏专版2019版高考物理一轮复习第五章机械能微专题43用动力学与能量观点分析多过程问题备考精炼.doc

  • 上传人(卖家):flying
  • 文档编号:33259
  • 上传时间:2018-08-13
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    关 键  词:
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    资源描述:

    1、【 精品教育资源文库 】 43 用动力学与能量观点分析多过程问题 方法点拨 (1)若运动过程只涉及求解力而不涉及能量,选用牛顿运动定律; (2)若运动过程涉及能量转化问题,且具有功能关系的特点,则常用动能定理或能量守恒定律; (3)不同过程连接点速度的关系有时是处理两个过程运动规律的突破点 1 (2017 盐城中学模拟 )如图 1 所示, MN 为光滑的水平面, NO 是一长度 s 1.25 m、倾角为 37 的光滑斜面 (斜面体固定不动 ), OP 为一粗糙的水平面 MN、 NO 间及 NO、 OP 间用一小段光滑圆弧轨道相连一条质量为 m 2 kg,总长 L 0.8 m 的均匀柔软链条开

    2、始时静止的放在 MNO 面上,其 AB 段长度为 L1 0.4 m,链条与 OP 面的动摩擦因数 0.5.(g 10 m/s2,sin 37 0.6, cos 37 0.8),现自由释放链条,求: 图 1 (1)链条的 A 端滑到 O 点时,链条的速率为多大? (2)链条在水平面 OP 停下时,其 C 端离 O 点的距离为多大? 2 (2018 南京市多校第一次段考 )如图 2 是某 “ 吃货 ” 设想的 “ 糖炒栗子 ” 神奇装置:炒锅的纵截面与半径 R 1.6 m 的光滑半圆弧轨道位于同一竖直面内,炒锅纵截面可看做是长度 均为 L 2.5 m 的斜面 AB、 CD 和一小段光滑圆弧 BC

    3、平滑对接组成假设一栗子从水平地面上以水平初速度 v0射入半圆弧轨道,并恰好能从轨道最高点 P 飞出,且速度恰好沿 AB 方向从 A点进入炒锅已知两斜面的倾角均为 37 ,栗子与两斜面之间的动摩擦因数均为 38,栗子在锅内的运动始终在图示纵截面内,整个过程栗子质量不变,重力加速度取 g 10 m/s2,sin 37 0.6, cos 37 0.8.求: 图 2 (1)栗子的初速度 v0的大小及 A 点离地高度 h; 【 精品教育资源文库 】 (2)栗子在斜面 CD 上能够到达 的距 C 点最大距离 x. 3.如图 3 所示,倾角 30 的光滑斜面底端固定一块垂直斜面的挡板将长木板 A 静置于斜

    4、面上, A 上放置一小物块 B,初始时 A 下端与挡板相距 L 4 m,现同时无初速度释放 A 和B.已知在 A 停止运动之前 B 始终没有脱离 A 且不会与挡板碰撞, A 和 B 的质量均为 m 1 kg,它们之间的动摩擦因数 33 , A 或 B 与挡板每次碰撞损失的动能均为 E 10 J,忽略碰撞时间,重力加速度大小 g 取 10 m/s2.求: 图 3 (1)A 第一次与挡板碰前瞬间的速度大小 v; (2)A 第一次与挡板碰撞到第二次与挡板碰撞的时间 t; (3)B 相对于 A 滑动的可能最短时间 t. 【 精品教育资源文库 】 4如图 4 所示,一根轻弹簧左端固定于竖直墙上,右端被

    5、质量 m 1 kg 可视为质点的小物块压缩而处于静止状态,且弹簧与物块不拴接,弹簧原长小于光滑平台的长度在平台的右端有一传送带, AB 长 L 5 m,物块与传送带间的动摩擦因数 1 0.2,与传送带相邻的粗糙水平面 BC 长 s 1.5 m,它与物块间的动摩擦因数 2 0.3,在 C 点右侧有一半径为 R 的光滑竖直圆弧与 BC 平滑连接,圆弧对应的圆心角为 120 ,在圆弧的最高点 F 处有一固定挡板,物块撞上挡板后会以原速率反弹回来若传送带以 v 5 m/s 的速率顺时针转动,不考虑物块滑上和滑下传送带的机械能损失当弹簧储存的 Ep 18 J 能量全部释放时,小物块恰能滑到与圆心等高的

    6、E 点,取 g 10 m/s2. 图 4 (1)求右侧圆弧的轨道半径 R; (2)求小物块最终停下时与 C 点的距离; (3)若传送带的速度大小可调,欲使小物块与挡板只碰一次,且碰后不脱离轨道,求传送带速度的可调节范围 【 精品教育资源文库 】 答案精析 1 (1)3 m/s (2)0.98 m 解析 (1)链条的 A 端滑到 O 点的过程中,因为只有重力做功,所以机械能守恒设水平面为重力势能的零势能面,设链条开始运动时的机械能为 E1, AB 段链条质量为 m1 1 kg, BC 段链条质量为 m2 1 kg. E1 m2gssin m1g(ssin L12sin ) 1101.250.6

    7、 J 110(1.250.6 0.20.6) J 13.8 J 因为 sL,链条的 A 端滑到 O 点时, C 点已在斜面上设此时的机械能为 E2, E2 mgL2sin 12mv2 由机械能守恒定律: E1 E2 链条的 A 端滑到 O 点时的速率 v 解得 v 2E1 mgLsin m 213.8 2100.80.62 m/s 3 m/s (2)链条在开始进入水平面阶段,摩擦力是变力但摩擦力随距离均匀增大,可以用平均摩擦力求摩擦力做功从链条的 A 端滑到 O 点到最终链条停下的过程,由动能定理: mgL2sin 12mgL mgx 0 12mv2 链条在水平面 OP 停下时,其 C 端离

    8、O 点的距离 x gLsin gL v22g 100.80.6 0.5100.8 3220.510 m 0.98 m 2 (1)4 5 m/s 2.75 m (2)209 m 解析 (1)设栗子质量为 m,在 P 点的速度为 vP,在 A 点的速度为 vA 栗子沿半圆弧轨道运动至 P 点的过程中 由机械能守恒定律有 12mv02 2mgR 12mvP2 恰能过 P 点,满足的条件为 mg mvP2R 代入数据解得 vP 4 m/s, v0 4 5 m/s 【 精品教育资源文库 】 栗子从 P 至 A 做平抛运动,在 A 点的速度方向沿 AB 故竖直分速度 vAy vPtan 由平抛运动规律,

    9、栗子从 P 至 A 下落的高度为 y vAy22g 又 h 2R y 代入数据解得 h 2.75 m (2)栗子在 A 点的速度为 vA vPcos 由动能定理有 mgsin (L x) mg cos (L x) 0 12mvA2 代入数据解得 x 209 m 3 (1)2 10 m/s (2)2 55 s (3)3 55 s 解析 (1)B 和 A 一起沿斜面向下运动,由机械能守恒定律有 2mgLsin 12(2m)v2 由 式得 v 2 10 m/s (2)第一次碰后,对 B 有 mgsin mg cos 故 B 匀速下滑 对 A 有: mgsin mg cos ma1 得 A 的加 速度

    10、 a1 10 m/s2,方向始终沿斜面向下 设 A 第一次反弹的速度大小为 v1,由动能定理有 12mv2 12mv12 E t 2v1a1 由 式得 t 2 55 s (3)设 A 第二次反弹的速度大小为 v2,由动能定理有 12mv2 12mv22 2 E 得 v2 0 m/s 即 A 与挡板第二次碰后停在底端, B 继续匀速下滑,与挡板碰后 B 反弹的速度为 v ,加速度大小为 a ,由 动能定理有 【 精品教育资源文库 】 12mv2 12mv2 E? mgsin mg cos ma ? 由 ?式得 B 沿 A 向上做匀减速运动的时间 t2 va 55 s? 当 B 速度为 0 时,

    11、因 mgsin mg cos Ffm, B 将静止在 A 上 当 A 停止运动时, B 恰好匀速滑至挡板处, B 相对 A 运动的时间 t 最短,故 t t t2 3 55 s 4 (1)0.8 m (2)13 m (3) 37 m/s v 43 m/s 解析 (1)物块被弹簧弹出,由 Ep 12mv02, 可知: v0 6 m/s 因为 v0v,故物块滑上传送带后先减速,物块与传送带相对滑动过程中, 由: 1mg ma1, v v0 a1t1, x1 v0t1 12a1t12 得到 a1 2 m/s2, t1 0.5 s, x1 2.75 m 因为 x10,故物块会再次滑上传送带,物块在恒定

    12、摩擦力的作用下先减速至 0 再反向加速,由运动的对称性,可知其以相同的速率离开传送带,设最终停在距 C 点 x处,有 12mvB2 2mg(s x) 解得 x 13 m (3)设传送带速度为 v1时物块恰能到 F 点,在 F 点满足 mgsin 30 mvF2R 【 精品教育资源文库 】 从 B 到 F 过程中由动能定理可知: 12mv12 12mvF2 2mgs mg(R Rsin 30) 解得: v1 37 m/s 设传送带速度为 v2时,物块撞挡板后返回能再次上滑恰到 E 点 由 12mv22 2mg3 s mgR 解得 v2 43 m/s 若物块在传送带上一直加速运动,由 12mvBm2 12mv02 1mgL 知其到 B 点的最大速度 vBm 56 m/s 综合上述分析可知,只要传送带速度 37 m/s v 43 m/s 就满足条件

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