2019年高考物理总复习 第五章 机械能 专题讲座五 动力学和能量观点的综合应用课件 教科版.ppt

专题讲座五动力学和能量观点的综合应用 核心探究 演练提升 核心探究分类探究 各个击破 考点一直线 平抛 圆周运动组合问题 1 解题策略 1 动力学方法观点 牛顿运动定律 运动学基本规律 2 能量观点 动能定理 机械能守恒定律 能量守恒定律 2 解题关键 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 典例1 如图所示 将一质量m 0 1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出 小球恰好无碰撞地落到平台右侧一倾角为 53 的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑 斜面底端B与光滑水平轨道平滑连接 小球以不变的速率过B点后进入BC部分 再进入竖直圆轨道内侧运动 已知斜面顶端与平台的高度差h 3 2m 斜面高H 15m 竖直圆轨道半径R 5m 取sin53 0 8 cos53 0 6 g 10m s2 求 1 小球水平抛出的初速度v0及斜面顶端与平台边缘的水平距离x 2 小球从平台顶端O点抛出至落到斜面底端B点所用的时间 3 若竖直圆轨道光滑 小球运动到圆轨道最高点D时对轨道的压力 审题指导 答案 1 6m s4 8m 2 2 05s 3 3N 反思总结多过程问题的解题技巧 1 合 初步了解全过程 构建大致的运动图景 2 分 将全过程进行分解 分析每个过程的规律 3 合 找到子过程的联系 寻找解题方法 针对训练 2020年第24届冬季奥林匹克运动会将在北京和张家口举行 花样滑雪是冬季奥林匹克运动会精彩项目之一 设一个质量M 50kg的跳台花样滑雪运动员 可看成质点 从静止开始沿斜面雪道从A点滑下 沿切线从B点进入半径R 15m的光滑竖直冰面圆轨道BPC 通过轨道最高点C水平飞出 经t 2s落到斜面雪道上的D点 其速度方向与斜面垂直 斜面与水平面的夹角 37 运动员与雪道之间的动摩擦因数 0 075 不计空气阻力 取当地的重力加速度g 10m s2 sin37 0 60 cos37 0 80 试求 1 运动员运动到C点时的速度大小vC 答案 1 15m s 答案 2 3250N 2 运动员在圆轨道最低点P受到轨道支持力的大小N 3 A点距过P点的水平地面的高度h 答案 3 45 5m 考点二应用动力学和能量的观点分析 传送带 问题 1 动力学角度分析首先要正确分析物体的运动过程 做好受力分析 然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移 找出物体和传送带之间的位移关系 2 传送带问题中的功能关系分析 1 功能关系分析 W Ek Ep Q 2 对W和Q的理解 传送带做的功W Fx传 其中F为传送带的动力 x传为传送带转过的距离 产生的内能Q f x 典例2 2018 宁夏石嘴山模拟 如图所示 水平传送带长L 12m 且以v 5m s的恒定速率顺时针转动 光滑轨道与传送带的右端B点平滑连接 有一质量m 2kg的物块从距传送带高h 5m的A点由静止开始滑下 已知物块与传送带之间的动摩擦因数 0 5 重力加速度g取10m s2 求 1 物块距传送带左端C的最小距离 2 物块再次经过B点后滑上曲面的最大高度 3 在整个运动过程中 物块与传送带间因摩擦而产生的热量 核心点拨 1 由运动学公式求出物块向左速度减为零的时间及位移 相对位移等于物块位移与传送带在这段时间内的位移之和 2 物块向右运动到B点时 需判断物块是先加速后匀速 还是一直向右加速 答案 1 2m 2 1 25m 3 225J 3 物块在传送带上向左运动的过程中 相对位移 x1 x1 vt1 20m此过程中产生的热量Q1 mg x1 200J 物块在传送带上向右运动的过程 相对位移 x2 vt2 x2 2 5m此过程中产生的热量Q2 mg x2 25J 全程产生的热量Q热 Q1 Q2 225J 反思总结解决传送带问题的注意点 1 明确传送带的运动情况 是匀速 匀加速还是存在两段不同的运动过程 2 弄清物体接触传送带时相对地面的初速度是否为零 3 判断初始时刻物体与传送带之间的相对运动方向 确定摩擦力的方向 4 判断当物体与传送带速度相等时 摩擦力的大小 方向是否发生突变 针对训练 导学号58826120如图所示 倾角为37 的传送带以4m s的速度沿图示方向匀速运动 已知传送带的上 下两端间的距离为L 7m 现将一质量m 0 4kg的小木块放到传送带的顶端 使它从静止开始沿传送带下滑 已知木块与传送带间的动摩擦因数为 0 25 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求木块滑到底的过程中 摩擦力对木块做的功以及产生的热量各是多少 答案 4 0J2 4J 考点三应用动力学和能量的观点分析 滑块 滑板 问题 1 问题分类水平面上的滑块 滑板问题和在斜面上的滑块 滑板模型 2 处理方法往往通过系统内摩擦力的相互作用而改变系统内物体的运动状态 既可由动能定理和牛顿运动定律分析单个物体的运动 又可由能量守恒定律分析动能的变化 能量的转化 在能量转化方面往往用到 E内 E机 fx相对 典例3 图 甲 中 质量为m1 1kg的物块叠放在质量为m2 3kg的木板右端 木板足够长 放在光滑的水平面上 木板与物块之间的动摩擦因数为 1 0 2 整个系统开始时静止 重力加速度g取10m s2 1 在木板右端施加水平向右的拉力F 为使木板和物块发生相对运动 拉力F至少应为多大 核心点拨 1 0 2s内物块所受摩擦力方向向右 2s后物块所受摩擦力方向向左 解析 1 把物块和木板看成整体 由牛顿第二定律得F m1 m2 a物块与木板将要相对滑动时 1m1g m1a联立解得F 1 m1 m2 g 8N 答案 1 8N 2 在0 4s内 若拉力F的变化如图 乙 所示 2s后木板进入 2 0 25的粗糙水平面 在图 丙 中画出0 4s内木板和物块的v t图像 并求出0 4s内物块相对木板的位移大小和整个系统因摩擦而产生的内能 核心点拨 2 利用v t图像 分别求出0 2s内和2 4s内物块相对木块的相对位移 答案 2 图像见解析3m36J 0 2s内物块相对木板向左运动 2 4s内物块相对木板向右运动 0 2s内物块相对木板的位移大小 x1 2m 系统摩擦产生的内能Q1 1m1g x1 4J 2 4s内物块相对木板的位移大小 x2 1m 物块与木板因摩擦产生的内能Q2 1m1g x2 2J 2s后木板对地位移x2 3m 木板与地面因摩擦产生的内能Q3 2 m1 m2 gx2 30J 0 4s内系统因摩擦产生的总内能为Q Q1 Q2 Q3 36J 反思总结做好两种分析 突破滑块 滑板类问题 1 动力学分析 分别对滑块和滑板进行受力分析 求出各自的加速度 从放上滑块到二者速度相等 求出共同速度v和所用时间t 然后由位移公式可分别求出二者的位移 2 功和能分析 对滑块和滑板分别运用动能定理 或者对系统运用能量守恒定律 要注意区分三个位移 求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑 求摩擦力对滑板做功时用滑板对地的位移x板 求摩擦生热时用相对滑动的位移x相 多维训练 1 水平面上的滑块 滑板问题 多选 将一长木板静止放在光滑的水平面上 如图 甲 所示 一个小铅块 可视为质点 以水平初速度v0由木板左端向右滑动 到达右端时恰能与木板保持相对静止 现将木板分成A和B两段 使B的长度和质量均为A的2倍 并紧挨着放在原水平面上 让小铅块仍以初速度v0由木块A的左端开始向右滑动 如图 乙 所示 若小铅块相对滑动过程中所受的摩擦力始终不变 则下列有关说法正确的是 A 小铅块将从木板B的右端飞离木板B 小铅块滑到木板B的右端前就与木板B保持相对静止C 甲 乙 两图所示的过程中产生的热量相等D 图 甲 所示的过程产生的热量大于图 乙 所示的过程产生的热量 BD 解析 第一次在小铅块运动过程中 小铅块与木板之间的摩擦力使整个木板一直加速 第二次小铅块先使整个木板加速 运动到B部分上后 A部分停止加速 只有B部分加速 加速度大于第一次的对应过程 故第二次小铅块与B木板将更早达到速度相等 所以小铅块还没有运动到B的右端 两者速度相同 选项A错误 B正确 根据摩擦力乘以相对位移等于产生的热量 第一次的相对路程大于第二次的相对路程 则图 甲 所示的过程产生的热量大于图 乙 所示的过程产生的热量 选项C错误 D正确 2 导学号58826121 斜面上的滑块 滑板问题 如图所示 AB段为一半径R 0 2m的光滑圆弧轨道 EF是一倾角为30 的足够长的光滑固定斜面 斜面上有一质量为0 1kg的薄木板CD 开始时薄木板被锁定 一质量也为0 1kg的物块 图中未画出 从A点由静止开始下滑 通过B点后水平抛出 经过一段时间后恰好以平行于薄木板的方向滑上薄木板 在物块滑上薄木板的同时薄木板解除锁定 下滑过程中某时刻物块和薄木板能达到共同速度 已知物块与薄木板间的动摩擦因数 g 10m s2 结果可保留根号 求 答案 1 3N 方向竖直向下 1 物块到达B点时对圆弧轨道的压力 2 物块滑上薄木板时的速度大小 3 达到共同速度前物块下滑的加速度大小及从物块滑上薄木板至达到共同速度所用的时间 演练提升真题体验 强化提升 1 传送带问题 2015 天津卷 10 某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图 皮带在电动机的带动下保持v 1m s的恒定速度向右运动 现将一质量为m 2kg的邮件轻放在皮带上 邮件和皮带间的动摩擦因数 0 5 设皮带足够长 取g 10m s2 在邮件与皮带发生相对滑动的过程中 求 解析 1 设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F 则F mg取向右为正方向 对邮件应用动量定理 有Ft mv 0联立并代入数据得t 0 2s 答案 1 0 2s 1 邮件滑动的时间t 答案 2 0 1m 2 邮件对地的位移大小x 3 邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W 解析 3 邮件与皮带发生相对滑动过程中 设皮带相对地面的位移为s 则s vt摩擦力对皮带做的功W Fs联立并代入数据得W 2J 答案 3 2J 2 导学号58826119 涉及弹簧的直线 圆周 平抛运动组合问题 2016 全国 卷 25 如图 一轻弹簧原长为2R 其一端固定在倾角为37 的固定直轨道AC的底端A处 另一端位于直轨道上B处 弹簧处于自然状态 直轨道与一半径为R的光滑圆弧轨道相切于C点 AC 7R A B C D均在同一竖直平面内 质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑 最低到达E点 未画出 随后P沿轨道被弹回 最高到达F点 AF 4R 已知P与直轨道间的动摩擦因数 重力加速度大小为g 取sin37 cos37 1 求P第一次运动到B点时速度的大小 2 求P运动到E点时弹簧的弹性势能 3 改变物块P的质量 将P推至E点 从静止开始释放 已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后 恰好通过G点 G点在C点左下方 与C点水平相距R 竖直相距R 求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量