新版高考物理一輪復(fù)習(xí)微專題系列之熱點(diǎn)專題突破專題36用三種觀點(diǎn)解決力學(xué)問題學(xué)案.doc

1、突破36用三種觀點(diǎn)解決力學(xué)問題、三種思路的比較思路特點(diǎn)分析適用情況力的觀點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析物體的受力，確定加速度，建立加速度和運(yùn)動(dòng)量間的關(guān)系涉及力、加速度、位移、速度、時(shí)間恒力作用卜的運(yùn)動(dòng)能量觀點(diǎn)：動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律和能量守恒定律分析物體的受力、位移和速度，確定功與能的關(guān)系.系統(tǒng)內(nèi)力做功會(huì)影響系統(tǒng)能量涉及力、位移、速度恒力作用卜的運(yùn)動(dòng)、變力作用卜的曲線運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)、瞬時(shí)作用動(dòng)量觀點(diǎn)：動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律分析物體的受力(或系統(tǒng)所受外力)、 速度，建立力、時(shí)間與動(dòng)量間的關(guān)系(或 動(dòng)量守恒定律)，系統(tǒng)內(nèi)力不影響系統(tǒng)動(dòng)量涉及力、時(shí)間、動(dòng)量(速度)恒力作用卜的運(yùn)動(dòng)、瞬時(shí)作用、往

2、復(fù)運(yùn)動(dòng)二、三種思路的選擇解決力學(xué)問題的三種觀點(diǎn)所涉及的主要內(nèi)容是“三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律”一一牛頓三大定律，“兩個(gè)定 理”一一動(dòng)能定理和動(dòng)量定理，“三個(gè)守恒定律”一一能量守恒定律、機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律.一般來講，大多數(shù)力學(xué)問題用上述三種觀點(diǎn)中的任何一種都是可以解決的，但是在選擇解決力學(xué)問題 的觀點(diǎn)時(shí)，選擇順序應(yīng)該首先是能量觀點(diǎn)，其次是動(dòng)量觀點(diǎn)，最后才是動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn).并不是所有的力學(xué)問題只用上述觀點(diǎn)中的任何一種就能解決的，有些問題還需要綜合應(yīng)用上述兩種甚 至三種觀點(diǎn)才能解決，所以，要從問題中所涉及的物理量、研究對(duì)象和研究過程的特點(diǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行分 析進(jìn)而做出正確而恰當(dāng)?shù)倪x擇.1.從研究對(duì)象上看(1)

3、若多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，則一般不宜對(duì)多個(gè)物體整體應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律；(2)若研究對(duì)象為單個(gè)物體，則不能用動(dòng)量觀點(diǎn)中的動(dòng)量守恒定律；(3)若研究對(duì)象為一物體系統(tǒng)， 且系統(tǒng)內(nèi)的物體與物體間有相互作用，一般用“守恒定律”去解決問題,但必須注意研究對(duì)象是否滿足定律的守恒條件.2.從研究過程上看(1)凡涉及瞬間狀態(tài)的分析和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的分析，則必須要用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)；(2)凡涉及復(fù)雜的直線或曲線運(yùn)動(dòng)問題，一般要用能量觀點(diǎn)或動(dòng)量觀點(diǎn)；(3)凡涉及短暫的相互作用問題優(yōu)先考慮用動(dòng)量定理；(4)凡涉及碰撞、爆炸、反沖等問題，一般應(yīng)用動(dòng)量守恒定律.3.從所涉及的物理量看(1)如果涉及加速度的問題，則一般要用牛頓運(yùn)動(dòng)定律；

4、(2)如果涉及運(yùn)動(dòng)時(shí)間或作用時(shí)間的問題，一般優(yōu)先考慮用動(dòng)量定理，其次考慮用牛頓運(yùn)動(dòng)定律；(3)如果涉及運(yùn)動(dòng)的位移或路程的問題，一般優(yōu)先考慮用功能關(guān)系，其次再考慮用牛頓運(yùn)動(dòng)定律；(4)如果涉及初末速度的問題，一般優(yōu)先考慮用功能關(guān)系，其次考慮用動(dòng)量觀點(diǎn)，最后再考慮用牛頓運(yùn) 動(dòng)定律.當(dāng)然任何問題都有多樣性，上述所說的解決問題的途徑的選擇原則只是指一般情況下的選擇原則，并 不是一成不變的.總之，在解決問題時(shí)要根據(jù)問題的特點(diǎn)靈活而恰當(dāng)?shù)剡x擇和應(yīng)用.【典例1】 如圖所示，一條帶有圓軌道的長軌道水平固定，圓軌道豎直，底端分別與兩側(cè)的直軌道相切，半徑R =0.5 R!物塊A以V0= 6 m/s的速度滑入圓軌道

5、，滑過最高點(diǎn)Q再沿圓軌道滑出后，與直軌道上P處靜止的物塊 B碰撞，碰后粘在一起運(yùn)動(dòng)，P點(diǎn)左側(cè)軌道光滑，右側(cè)軌道呈粗糙段、光滑段交替排列，每段長度都為 L = 0.1 m,物塊與各粗糙段間的動(dòng)摩擦因數(shù)都為= 0.1 , A B的質(zhì)量均為m =1 kg(重力加速度g取10 m/s2; A B視為質(zhì)點(diǎn)，碰撞時(shí)間極短 )。(1)求A滑過Q點(diǎn)時(shí)的速度大小 v和受到的彈力大小 F;(2)碰后AB最終停止在第k個(gè)粗糙段上，求 k的數(shù)值；(3)求碰后AB滑至第n個(gè)(nv k)光滑段上的速度 vn與n的關(guān)系式。【解析】(1)由機(jī)械能守恒定律得：1mV = mg2 R)+2mV得：月消過0點(diǎn)時(shí)的速度在。點(diǎn)，由牛頓

6、第二定律和句匕力公式有:mg=,解得：乂滑過。點(diǎn)時(shí)受到的彈力尸=篁N.(2川碰撞前幺的速度為以由機(jī)械能守恒定律有:1一 21一 22("=/3, 得： Va= V0=6 m/s.AB碰撞后以共同的速度 vp前進(jìn)，由動(dòng)量守恒定律得:mv= (m vp,得：vp=3 m/s.12總動(dòng)能 R=2(m m) Vp= 9 J ,滑塊每經(jīng)過一段粗糙段損失的機(jī)械能A E= fL =(i( rn n)gL=0.2 J.Ek貝"k= KE= 45.(3) AB滑到第n個(gè)光滑段上損失的能量E= n A E= 0.2 n J , 1212由能重寸恒得： 2( m m)vp-2(n)Vn=nAE,

7、代入數(shù)據(jù)解得：Vp=，9 0.2 n m/s( n<k).【答案】(1) v =4 m/s F=22 N (2) k = 45 (3) Vn=190.2 n m/s(且 nv k)【典例2】如圖所示為某種彈射裝置的示意圖，光滑的水平導(dǎo)軌MN&端N處與水平傳送帶理想連接，傳送帶長度L=4.0 m,傳送帶以恒定速率 v=3.0 m/s沿順時(shí)針方向勻速傳送.三個(gè)質(zhì)量均為m= 1.0 kg的滑塊A B、C置于水平導(dǎo)軌上，開始時(shí)滑塊B、C之間用細(xì)繩相連，其間有一壓縮的輕彈簧，處于靜止?fàn)顟B(tài).滑塊A以初速度vo= 2.0 m/s沿B、C連線方向向B運(yùn)動(dòng)，A與B發(fā)生彈性碰撞后黏合在一起，碰撞時(shí)間

8、極短， 可認(rèn)為A與B碰撞過程中滑塊 C的速度仍為零.因碰撞使連接 B、C的細(xì)繩受到擾動(dòng)而突然斷開，彈簧伸展，從而使C與A、B分離.滑塊 C脫離彈簧后以速度 vc=2.0 m/s滑上傳送帶，并從右端滑出落至地面上的P點(diǎn).已知滑塊 C與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)(1=0.2,重力加速度g取10 m/s 2.I ? I：m R -始川-(1)求滑塊C從傳送帶右端滑出時(shí)的速度大??；(2)求滑塊B、C用細(xì)繩相連時(shí)彈簧的彈性勢能b;(3)若每次實(shí)驗(yàn)開始時(shí)彈簧的壓縮情況相同，要使滑塊C總能落至P點(diǎn)，則滑塊A與滑塊B碰撞前速度的最大值Vm是多少？【解析】(1)滑塊C滑上傳送帶后做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)滑塊C從滑上傳送帶到

9、速度達(dá)到傳送帶的速度v所用的時(shí)間為t,加速度大小為a,在時(shí)間t內(nèi)滑塊C的位移為x由牛頓第二定律得mg= ma 12由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得 v = vc+at, x = vct+2at代入數(shù)據(jù)可得x= 1.25 m< L故滑塊C在傳送帶上先加速，達(dá)到傳送帶的速度v后隨傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)，并從右端滑出，則滑塊 C從傳送帶右端滑出時(shí)的速度為 3.0 m/s.(2)設(shè)A、B碰撞后的速度為 vi, A B與C分離時(shí)的速度為 V2由動(dòng)量守恒定律有 mv0= ( m+ nB)vi,(m) vi = (m) v + nevcA、B碰撞后，彈簧伸開的過程中系統(tǒng)能量守恒，則有12 12 12b + 2(m+nB)vi=

10、2(m) w + 2ncvc代入數(shù)據(jù)可解得 Ep=1.0 J.(3)在題設(shè)條件下，若滑塊 A在碰撞前速度有最大值 vm,則碰撞后滑塊 C的速度有最大值，它減速運(yùn)動(dòng) 到傳送帶右端時(shí),速度應(yīng)當(dāng)恰好等于傳送帶的速度V設(shè)力與3碰撞后的速度為V1,與滑塊C分離后T與月的速度為四J滑塊C的速度為V CC在傳送帶上做勻激速運(yùn)動(dòng)的末速度為w=3m垢 加速度大小為2 m/s2由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度-位移公式得爐14=2(解得叱=5加氣以水平向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律可得，人君碰撞過程有ffu如=(m +西川1迎蓄伸開過程有(皿+而)/1=+ (ffU +臉)的在彈箸伸展的過程中，由能量守恒定律得% + 輸也+

11、 研”亂業(yè)+ 砌啊+$WC丑聯(lián)立以上幾式弁代入數(shù)據(jù)解得e.h【跟蹤短訓(xùn)】1. 一質(zhì)量為0.5 kg的小物塊放在水平地面上的 A點(diǎn)，距離A點(diǎn)5 m的位置B處是一面墻，如圖所示， 一物塊以v0 = 9 m/s的初速度從 A點(diǎn)沿AB方向運(yùn)動(dòng)，在與墻壁碰撞前瞬間的速度為7 m/s ,碰后以6 m/s的速度反向運(yùn)動(dòng)直至靜止，g取10 m/s 2。AB(1)求物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2)若碰撞時(shí)間為0.05 s ,求碰撞過程中墻面對(duì)物塊平均作用力的大小F;(3)求物塊在反向運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力所做的功【答案】(1) = 0.32(2)F=130 N (3) W= 9 J1212 一【解析】(1)由動(dòng)能

12、te理，有：一 mgs= /v2mv,可得= 0.32。(2)由動(dòng)量定理，有 FA t=mv' mv，可得F=130 N。(3) W= 2mV 2=9 J。2.如圖，質(zhì)量分別為 nA、mB的兩個(gè)彈性小球 A B靜止在地面上方， B球距地面的高度 h= 0.8 m , A球 在B球的正上方.先將 B球釋放，經(jīng)過一段時(shí)間后再將 A球釋放.當(dāng) A球下落t = 0.3 s時(shí)，剛好與B球在 地面上方的P點(diǎn)處相碰.碰撞時(shí)間極短，碰后瞬間 A球的速度恰好為零.已知 mB=3nA,重力加速度大小 g2=10 m/s ,忽略空氣阻力及碰撞中的動(dòng)能損失.求：PA。月a三 0.8 m(1) B球第一次到達(dá)地

13、面時(shí)的速度大小；(2) P點(diǎn)距離地面的高度.【答案】：(1)4 m/s (2)0.75 m【解析】(1)設(shè)B球第一次到達(dá)地面時(shí)的速度大小為VB,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有 VB=寸的將h = 0.8 m 代入上式，得 vb= 4 m/s.(2)設(shè)兩球相碰前后，A球的速度大小分別為 V1和v' 1(v' 1= 0), B球的速度分別為 V2和v' 2.由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可得w = gt由于碰撞時(shí)間極短，重力的作用可以忽略，兩球相撞前后的動(dòng)量守恒，總動(dòng)能保持不變.規(guī)定向下的方向?yàn)檎兄橰球與地面相碰后的速度大小為第燈由運(yùn)動(dòng)學(xué)及近撞的卻律可得叫=母 設(shè)尸點(diǎn)距地面的高度為心由運(yùn)動(dòng)學(xué)視律可得理42

14、g聯(lián)立式，弁代入已知條件可得h' = 0.75 m.3.如圖，質(zhì)量為 M的小車靜止在光滑的水平面上，小車AB段是半徑為 R的四分之一圓弧光滑軌道，BC段是長為L的水平粗糙軌道，兩段軌道相切于B點(diǎn)。一質(zhì)量為 m的滑塊在小車上從 A點(diǎn)由靜止開始沿軌道滑下，重力加速度為 go(1)若固定小車，求滑塊運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)小車的最大壓力。(2)若不固定小車，滑塊仍從 A點(diǎn)由靜止下滑，然后滑入 BC軌道，最后從 C點(diǎn)滑出小車。已知滑塊質(zhì)量m =，在任一時(shí)刻滑塊相對(duì)地面速度的水平分量是小車速度大小的2倍，滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為心求： 滑塊運(yùn)動(dòng)過程中，小車的最大速度Vm；滑塊從B到C運(yùn)動(dòng)過程中，小車的

15、位移大小So【答案】(1)3 mg(2)ylgRL【解析】(1)由圖知，滑塊運(yùn)動(dòng)到 B點(diǎn)時(shí)對(duì)小車的壓力最大，從 A到B,根據(jù)動(dòng)能定理：在£點(diǎn)工再r一曄二埠聯(lián)宜解得：網(wǎng)=3噸根據(jù)牛頓第三定律得，滑塊對(duì)小車的最大壓力為3阿(2)若不固定小車，滑塊下滑到£點(diǎn)時(shí)，小車速度最大，根據(jù)動(dòng)量守恒可得；陽/二城H.從1到義了根據(jù)靛量守恒+JmJU聯(lián)立解得：Vm=3gR設(shè)滑塊到C處時(shí)小車的速度大小為 v,則滑塊的速度為 2v,根據(jù)能量守恒： ，一、21.2.mgR= 2m2 v) +2Mv+ mgL解得：v= /3gR gL,小車的加速度：a= Mmg= 2(1 g.根據(jù) vl v2= 2a

16、s,解得s = L. 3，一 _ I、，1一一，_4.如圖所不為某工地一傳輸工件的裝置，AB為一段足夠大且固定的4圓弧軌道，圓弧半徑 R= 5.6 m,，一，、，一1 一、，一， ，BC為一段足夠長的水平軌道，CD為一段固定的4圓弧軌道，圓弧半徑 r = 1 m,三段軌道均光滑.一長為 L=2 m、質(zhì)量為 M= 1 kg的平板小車最初停在 BC軌道的最左端，小車上表面剛好與AB軌道相切，且與 CD軌道最低點(diǎn)處于同一水平面.一可視為質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)量為 m= 2 kg的工件從距 AB軌道最低點(diǎn)的高度為 h處沿軌 道自由滑下，滑上小車后帶動(dòng)小車向右運(yùn)動(dòng)，小車與CM道左端碰撞(碰撞時(shí)間極短)后即被粘在C處.

17、工件只有從CD軌道最高點(diǎn)飛出，才能被站在臺(tái)面DEh的工人接住.工件與小車的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.5,取2g = 10 m/s ,求：(1)若h為2.8 m ,則工件滑到圓弧底端 B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為多大？(2)要使工件能被站在臺(tái)面 DE上的工人接住，則 h的取值范圍為多少？12【解析】(1)工件從起點(diǎn)滑到圓弧軌道底端 B點(diǎn)，設(shè)到B點(diǎn)時(shí)的速度為vb,根據(jù)動(dòng)能定理有 mgh= -mB工件做圓周運(yùn)動(dòng)，在 B點(diǎn)，由牛頓第二定律得2VbFn mg= mR聯(lián)立解得Fn= 40 N由牛頓第三定律知，工件滑到圓弧底端B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為 Fn' =Fn= 40 N.(2)由于BC軌道足夠長，要使工件能到達(dá) CD軌道，工件與小車必須能夠達(dá)到共速，設(shè)工件剛滑上小車時(shí)的速度為»工件與小車達(dá)到共速時(shí)的速度為假設(shè)工件S達(dá)小車最右端才與其共速規(guī)定向右為正方向則對(duì)于工件與J滓組