2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做6 以能量為核心的綜合應(yīng)用問題

題精做六 以能量為核心的綜合應(yīng)用問題1【2019重慶市模擬】如圖，2個(gè)長度為L、質(zhì)量為m的相同長方體形物塊1和2疊放在一起，置于固定且正對的兩光滑薄板間，薄板間距也為L，板底部有孔正好能讓最底層的物塊通過并能防止物塊2翻倒，質(zhì)量為m的鋼球用長為R有輕繩懸掛在O點(diǎn)將鋼球拉到與O點(diǎn)等高的位置A靜止釋放，鋼球沿圓弧擺到最低點(diǎn)時(shí)與物塊1正碰后靜止，物塊1滑行一段距離s（s>2L）后停下又將鋼球拉回A點(diǎn)靜止釋放，撞擊物塊2后鋼球又靜止物塊2與物塊1相碰后，兩物塊以共同速度滑行一段距離后停下重力加速度為g，繩不可伸長，不計(jì)物塊之間的摩擦求：（1）物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；（2）兩物塊都停下時(shí)物塊2滑行的總距離【解析】（1）設(shè)鋼球與物塊1碰撞前的速率為v0，根據(jù)機(jī)械能守恒，有：mgR=12mv02解得v0=2gR鋼球與物塊1碰撞，設(shè)碰后物塊1速度為v1，根據(jù)動(dòng)量守恒定律：mv0=mv1，解得v1=2gR設(shè)物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，物塊1獲得速度后直到停止，由動(dòng)能定理：-2mgL-mg(s-L)=0-12mv12解得=RL+s（2）設(shè)物塊2被鋼球碰后的速度為v3，物塊2與物塊1碰前速度為v2，根據(jù)機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理v2=v1=2gR-mg(s-L)=12mv32-12mv22設(shè)物塊1和物塊2碰后的共同速度為v4兩物塊一起繼續(xù)滑行的距離為s1根據(jù)機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理mv3=2mv4；-2mgs1=0-12×2mv42可得s1=12L；設(shè)物塊2滑行的總距離為d，則d=s-L+s1=s-12L1【2019湖南株洲市模擬】足夠長的光滑水平面上，有10個(gè)相同的小球沿直線等間隔均勻分布，總長度為l，并以相同的速度v0向右運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。在小球的正前方有一“加速帶”AB，當(dāng)小球從左端A進(jìn)入加速帶后在水平恒力作用下被加速，直至從右端B離開，小球經(jīng)過加速帶前后速度的變化情況如圖乙所示。已知1號球剛從B端離開時(shí)，4號球剛好從A端進(jìn)入。不考慮球的大小，試求(1)10個(gè)小球最終分布的總長度。(2)加速帶對10個(gè)小球做功的總功率P。已知小球在加速帶上所受水平恒力為F。【解析】（1）“最終”是指10個(gè)小球全部離開了加速帶。根據(jù)圖乙可知，所有小球從加速帶B端出來后速度都被加速到了3v0，且保持這個(gè)速度不變，這就意味著一旦10個(gè)小球全部從B端出來后，它們的總長度也會(huì)保持不變。這個(gè)長度就是10號球剛離開B端時(shí)，它與1號間的距離。由于每個(gè)小球在加速帶上運(yùn)動(dòng)的情況完全相同，因此，小球依次從B端離開加速帶的時(shí)間差等于依次進(jìn)入加速帶的時(shí)間差。這樣，10號球與1號球出加速帶的時(shí)間差與進(jìn)入加速帶的時(shí)間差t相等，而t=lv0故10號球剛從B端出來時(shí)，1號與10號間的距離L=3v0t解得L=3l此即10個(gè)小球最終分布的總長度。（2）因加速帶對10個(gè)小球做功并不同步，故對10個(gè)小球做功的總功率要小于對單個(gè)小球做功的功率之和。小球在加速帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間T=t3小球在加速帶上運(yùn)動(dòng)的平均速度v=v0+3v02=2v0故加速帶長度為L0=vT因而加速帶對10個(gè)小球所做總功為W=10FL0加速帶做功的總時(shí)間應(yīng)是從1號球進(jìn)入加速帶A端開始，直到10號球離開加速帶B端為止，這段時(shí)間即t=t +T又加速帶對10個(gè)小球做功的總功率為P=Wt解得P=5Fv02【2019四川省廣元市模擬】如圖所示，傾角37º的粗糙傳送帶與光滑水平面通過半徑可忽略的光滑小圓弧平滑連接，傳送帶始終以v3m/s的速率順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B、C滑塊的質(zhì)量分別為mA=1kg，mB=2kg，mC=3kg，（各滑塊均可視為質(zhì)點(diǎn)）A、B間夾著質(zhì)量可忽略的火藥k為處于原長的輕質(zhì)彈簧，兩端分別與B、C連接現(xiàn)點(diǎn)燃火藥（此時(shí)間極短且不會(huì)影響各物體的質(zhì)量和各表面的光滑程度），滑塊A以6m/s的速度水平向左沖出，接著沿傳送帶向上運(yùn)動(dòng)，已知滑塊A與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.75，傳送帶與水平面足夠長，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8(1)計(jì)算滑塊A沿傳送帶向上滑行的最大距離x；(2)在滑塊B、彈簧、滑塊C相互作用的過程中，當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長時(shí)（此時(shí)滑塊A還未追上滑塊B），計(jì)算B、C的速度；(3)若滑塊A追上滑塊B時(shí)能粘住，定量分析在A與B相遇的各種可能情況下，A、B、C及彈簧組成系統(tǒng)的機(jī)械能范圍（提示：因A、B相遇時(shí)，B的速度不可預(yù)知，故粘住后A、B、C及彈簧組成系統(tǒng)的機(jī)械能有各種可能值）【解析】（1）滑塊A沿傳送帶向上的運(yùn)動(dòng)的過程由動(dòng)能定理有：-(mAgsin+mAgcos)x=0-12mAvA2代入數(shù)據(jù)解得：x1.5m（2）炸藥爆炸過程，設(shè)B獲得的速度為vB，對A、B系統(tǒng)由動(dòng)量守恒有：mAvAmBvB0解得：vB=3m/s在B、C相互作用的過程中，設(shè)當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長時(shí)，B、C的速度分別為v'B、v'C由動(dòng)量守恒有：mBvB=mBv'B+mCv'C由能量守恒有：12mBvB2=12mBv'B2+12mCv'C2解得：v'B=mB-mCmB+mCvB=-0.6m/sv'C=2mBmB+mCvB=2.4m/s（3）因滑動(dòng)摩擦力fmgcos6N，重力沿斜面向下的分力mgsin6N所以A到達(dá)最高點(diǎn)后先反向加速，當(dāng)速度達(dá)到3m/s后隨傳送帶一起（相對傳送帶靜止）返回光滑水平面此時(shí)：v'A=3m/s因A、B相遇時(shí)，B的速度不能確定，可能是0.6m/s與3m/s間的任何值當(dāng)v'B=-0.6m/s時(shí)，此時(shí)v'C=2.4m/s，機(jī)械能損失最大，系統(tǒng)機(jī)械能最小設(shè)A、B粘連后的共同速度為v由動(dòng)量守恒有：mAv'A+mBv'B=(mA+mB)v'解得：v=0.6m/s系統(tǒng)機(jī)械能的最小值：Emin=12mCv'C2+12(mA+mB)v'2=9.18J當(dāng)v'B=3m/s時(shí)，此時(shí)v'C=0，機(jī)械能損失最小，E損=0系統(tǒng)機(jī)械能的最大值Emax=12mAvA2+12mBvB2=13.5J所以A、B、C及彈簧系統(tǒng)機(jī)械能范圍：9.18JE13.5J3【2019無錫市模擬】高頻焊接是一種常用的焊接方法，圖甲是焊接的原理示意圖將半徑為r10 cm的待焊接的環(huán)形金屬工件放在線圈中，然后在線圈中通以高頻變化電流，線圈產(chǎn)生垂直于工件所在平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，t0時(shí)刻磁場方向垂直線圈所在平面向外工件非焊接部分單位長度上的電阻R01.0×103·m1，焊縫處的接觸電阻為工件非焊接部分電阻的9倍，焊接的縫寬非常小，不計(jì)溫度變化對電阻的影響(1) 在圖丙中畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的it圖象(以逆時(shí)針方向電流為正)，并寫出必要的計(jì)算過程；(2) 求環(huán)形金屬工件中感應(yīng)電流的有效值；(3) 求t0.30 s內(nèi)電流通過焊接處所產(chǎn)生的焦耳熱【解析】(1) 環(huán)形金屬工件電阻為R2rR09×2rR020rR06.28×103在02T3時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢為EBt·r26.28V電流為IER1.0×103A由楞次定律得到電流方向逆時(shí)針，I-t關(guān)系圖象如圖所示：(2) 在同一個(gè)周期內(nèi)I有效2RT=I2R2T3解得I有效100063A816A.(3) 在t0.30s內(nèi)電流通過焊接處所產(chǎn)生的焦耳熱為QI2有效Rt而R9×2rR05.65×103解得QI2有效Rt1.13×103J.4【2019福建省泉州市模擬】如圖甲所示，將兩根足夠長、間距為L的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，左端接一阻值為R的電阻，與導(dǎo)軌垂直的虛線ef右邊區(qū)域存在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，質(zhì)量為m的金屬桿PQ靜止在導(dǎo)軌上。現(xiàn)對桿施加一水平向右的恒定拉力，經(jīng)過時(shí)間t桿進(jìn)人磁場，并開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，桿始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，導(dǎo)軌和桿的電阻均不計(jì)。(1)求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B；(2)若桿進(jìn)入磁場后的某時(shí)刻撤去拉力，桿運(yùn)動(dòng)的速度與此后的位移關(guān)系圖象如圖乙所示，求0x0與x03x0兩個(gè)過程中電阻R產(chǎn)生的熱量之比Q1Q2?！窘馕觥浚?）設(shè)拉力大小為F，桿的加速度為a，進(jìn)入磁場時(shí)的速度為v0，則F=ma；桿做勻加速運(yùn)動(dòng)，則v0=at，桿在磁場中做勻速運(yùn)動(dòng)，則F=F安=BIL I=E/RE=BLv0聯(lián)立解得：B=mRL2t（2）撤去拉力后，由圖乙可知，桿在x=x0處的速度大小為v=2v03由能量關(guān)系，在0-x0過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量Q1=12mv02-12mv2在x0-3x0過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量Q2=12mv2解得Q1Q2=545【2018廣東省佛山市模擬】如圖所示，兩根互相平行的金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置，相距d=1m、且足夠長、不計(jì)電阻。AC、BD區(qū)域光滑，其它區(qū)域粗糙且動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2，并在AB的左側(cè)和CD的右側(cè)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T。在導(dǎo)軌中央放置著兩根質(zhì)量均為m=1kg，電阻均為R=2的金屬棒a、b，用一鎖定裝置將一彈簧壓縮在金屬棒a、b之間(彈簧與a、b不栓連)，此時(shí)彈簧具有的彈性勢能E=9J?，F(xiàn)解除鎖定，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時(shí)，a、b棒剛好進(jìn)入磁場，且b棒向右運(yùn)動(dòng)x=0.8m后停止，g取10m/s2，求：(1)a、b棒剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度大??；(2)金屬棒b剛進(jìn)入磁場時(shí)的加速度大小(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中電路中產(chǎn)生的焦耳熱?！窘馕觥浚?）對ab系統(tǒng)，由動(dòng)量守恒：0=mva-mvb由能量關(guān)系：EP=12mva2+12mvb2解得va=vb=3m/s（2）當(dāng)ab棒進(jìn)入磁場后，兩棒均切割磁感線，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢串聯(lián)，則有：Ea=Eb=Bdva=6V又：I=2Ea2R=3A對b，由牛頓第二定律：BId+mg=mab解得ab=8m/s2（3）由動(dòng)量守恒可知，ab棒速率時(shí)刻相同，即兩者移動(dòng)相同距離后停止，則對系統(tǒng)，由能量守恒：EP=2mgx+Q解得Q=5.8J6【2019浙江省建德市模擬】如圖所示，兩平行且無限長光滑金屬導(dǎo)軌 MN、PQ豎直放置，兩導(dǎo)軌之間的距離為 L=1m，兩導(dǎo)軌 M 、 P之間接入電阻 R =0.2，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，在 a b c d區(qū)域內(nèi)有一個(gè)方向垂直于兩導(dǎo)軌平面向里的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B1=1T磁場的寬度 x1=1m，在 c d連線以下區(qū)域有一個(gè)方向也垂直于導(dǎo)軌平面向里的磁場一個(gè)質(zhì)量為 m=0.5kg 的金屬棒垂直放在金屬導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的電阻 r=0.2，若金屬棒緊貼 a b連線處自由釋放，金屬棒剛出磁場時(shí)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。金屬棒進(jìn)入磁場后，經(jīng)過 t =1.8s 到達(dá)ef時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，cd與 e f之間的距離 x=10m（g取 10m/s2）（1）金屬棒剛出磁場時(shí)的速度大小；（2）金屬棒穿過磁場這段時(shí)間內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量；（3）磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 大小【解析】(1) 導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為：E1=B1Lv1由閉合電路歐姆定律有：I1=E1R+r安培力為：FA1=B1LI1勻速時(shí)有：FA1=mg解得：v1=2m/s；(2)穿過磁場I過程中由動(dòng)能定理得：mgx1+WA=12mv12-0解得：WA=-4J所以Q=-WA=4JQRQ=RR+r解得：QR=2J；(3)穩(wěn)定時(shí)有：B22Lv2R+r=mgv2=2B22穿過磁場II過程中由動(dòng)量定理得：mgt2-B22Lv2R+rt=mv2-mv125B24-10B22+1=0聯(lián)立解得：B2=55T。7【2019四川省成都市模擬】如圖，質(zhì)量分別為mA=1kg、mB=2kg的A、B兩滑塊放在水平面上，處于場強(qiáng)大小E=3×105N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場中，A不帶電，B帶正電、電荷量q=2×105C。零時(shí)刻，A、B用繃直的細(xì)繩連接(細(xì)繩形變不計(jì))著，從靜止同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，2s末細(xì)繩斷開。已知A、B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為=0.1，重力加速度大小g=10m/s2。求：(1)前2s內(nèi)，A的位移大?。?2)6s末，電場力的瞬時(shí)功率。【解析】（1）B所受電場力為F=Eq=6N；繩斷之前，對系統(tǒng)由牛頓第二定律：F-(mA+mB)g=(mA+mB)a1可得系統(tǒng)的加速度a1=1m/s2；由運(yùn)動(dòng)規(guī)律：x=12a1t12解得A在2s內(nèi)的位移為x=2m；（2）設(shè)繩斷瞬間，AB的速度大小為v1，t2=6s時(shí)刻，B的速度大小為v2，則v1=a1t1=2m/s；繩斷后，對B由牛頓第二定律：F-mBg=mBa2解得a2=2m/s2；由運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知：v2=v1+a2(t2-t1)解得v2=10m/s電場力的功率P=Fv，解得P=60W8