高考物理大二輪復習與增分策略 專題五 動力學、動量和能量觀點的綜合應用課件

專題五動力學、動量和能量觀點的綜合應用知識回扣1.動量定理的公式Ftpp除表明兩邊大小、方向的關系外，還說明了兩邊的因果關系，即合外力的沖量是 的原因.動量定理說明的是合外力的沖量與 的關系，反映了力對時間的累積效果，與物體的初、末動量無必然聯(lián)系.動量變化的方向與 方向相同，而物體在某一時刻的動量方向跟合外力的沖量方向無必然聯(lián)系.動量定理公式中的F是研究對象所受的包括重力在內的所有外力的 ，它可以是恒力，也可以是變力，當F為變力時，F(xiàn)應是合外力對作用時間的.合外力的沖量動量變化動量變化答案合力平均值答案2.動量守恒定律(1)內容：一個系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為 ，這個系統(tǒng)的總動量保持不變.(2)表達式：m1v1m2v2m1v1m2v2；或pp(系統(tǒng)相互作用前總動量p等于相互作用后總動量p)；或p0(系統(tǒng)總動量的增量為零)；或p1p2(相互作用的兩個物體組成的系統(tǒng)，兩物體動量的增量 ).(3)守恒條件系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)雖受外力但所受外力的 .零合力為零大小相等、方向相反答案系統(tǒng)合外力不為零，但在某一方向上系統(tǒng) ，則系統(tǒng)在該方向上動量守恒.系統(tǒng)雖受外力，但外力遠小于內力且作用時間極短，如碰撞、爆炸過程.3.解決力學問題的三個基本觀點(1)力的觀點：主要是 定律和運動學公式相結合，常涉及物體的受力、加速度或勻變速運動的問題.(2)動量的觀點：主要應用 定理或動量守恒定律求解，常涉及物體的受力和 問題，以及相互作用物體的問題.(3)能量的觀點：在涉及單個物體的受力和位移問題時，常用動能定理分析；在涉及系統(tǒng)內能量的轉化問題時，常用能量守恒定律.合力為零牛頓運動動量時間規(guī)律方法答案1.力學規(guī)律的選用原則(1)單個物體：宜選用動量定理、動能定理和牛頓運動定律.若其中涉及時間的問題，應選用 定理；若涉及位移的問題，應選用 定理；若涉及加速度的問題，只能選用 .(2)多個物體組成的系統(tǒng)：優(yōu)先考慮兩個守恒定律，若涉及碰撞、爆炸、反沖等問題時，應選用動量守恒定律，然后再根據(jù)能量關系分析解決.牛頓第二定律動能動量2.系統(tǒng)化思維方法，就是根據(jù)眾多的已知要素、事實，按照一定的聯(lián)系方式，將其各部分連接成整體的方法.(1)對多個物理過程進行整體思維，即把幾個過程合為一個過程來處理，如用動量守恒定律解決比較復雜的運動.(2)對多個研究對象進行整體思維，即把兩個或兩個以上的獨立物體合為一個整體進行考慮，如應用動量守恒定律時，就是把多個物體看成一個整體(或系統(tǒng)).高考題型1動能定理和動量守恒定律的應用高考題型3力學三大觀點的應用高考題型2動量和能量的觀點的綜合應用內容索引高考題型1動能定理和動量守恒定律的應用解題方略解題方略1.彈性碰撞與非彈性碰撞碰撞過程遵從動量守恒定律.如果碰撞過程中機械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞；如果碰撞過程中機械能不守恒，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞.2.應用動量守恒定律的解題步驟(1)明確研究對象(系統(tǒng)包括哪幾個物體及研究的過程)；(2)進行受力分析，判斷系統(tǒng)動量是否守恒(或某一方向上動量是否守恒)；(3)規(guī)定正方向，確定初、末狀態(tài)動量；(4)由動量守恒定律列式求解；(5)必要時對結果進行討論.例1如圖1所示，光滑水平面上有一質量為m1 kg的小車，小車右端固定一水平輕質彈簧，彈簧左端連接一質量為m01 kg的物塊，物塊與上表面光滑的小車一起以v05 m/s的速度向右勻速運動，與靜止在光滑水平面上、質量為M4 kg的小球發(fā)生彈性正碰，若碰撞時間極短，彈簧始終在彈性限度內.求：(1)碰撞結束時，小車與小球的速度；圖1解析答案解析解析設碰撞后瞬間小車的速度大小為v1，小球的速度大小為v，由動量守恒及機械能守恒有：mv0Mvmv1答案答案小車：3 m/s，方向向左小球：2 m/s，方向向右解析答案解析解析當彈簧被壓縮到最短時，物塊與小車有共同進度，設小車的速度大小為v2，根據(jù)動量守恒定律有：m0v0mv1(m0m)v2，解得v21 m/s.設碰撞后瞬間到彈簧最短的過程，彈簧彈力對小車的沖量大小為I，根據(jù)動量定理有Imv2mv1，解得I4 Ns.(2)從碰后瞬間到彈簧被壓至最短的過程，彈簧彈力對小車的沖量大小.答案答案4 Ns預測1(2016全國乙卷35(2)某游樂園入口旁有一噴泉，噴出的水柱將一質量為M的卡通玩具穩(wěn)定地懸停在空中.為計算方便起見，假設水柱從橫截面積為S的噴口持續(xù)以速度v0豎直向上噴出；玩具底部為平板(面積略大于S)；水柱沖擊到玩具底板后，在豎直方向水的速度變?yōu)榱悖谒椒较虺闹芫鶆蛏㈤_.忽略空氣阻力.已知水的密度為，重力加速度大小為g.求：(1)噴泉單位時間內噴出的水的質量；解析答案解析解析在剛噴出一段很短的t時間內，可認為噴出的水柱保持速度v0不變.該時間內，噴出水柱高度lv0t噴出水柱質量mV其中V為水柱體積，滿足VlS由可得：噴泉單位時間內噴出的水的質量為答案答案v0S解析答案(2)玩具在空中懸停時，其底面相對于噴口的高度.返回解析解析設玩具底面相對于噴口的高度為h由玩具受力平衡得F沖Mg其中，F(xiàn)沖為水柱對玩具底面的作用力由牛頓第三定律：F壓F沖其中，F(xiàn)壓為玩具底面對水柱的作用力，v為水柱到達玩具底面時的速度由運動學公式：v2v022gh在很短t時間內，沖擊玩具水柱的質量為mmv0St解析答案由題意可知，在豎直方向上，對該部分水柱應用動量定理(F壓mg)tmv由于t很小，mg也很小，可以忽略，式變?yōu)镕壓tmv返回高考題型2動量和能量的觀點的綜合應用解題方略解題方略1.弄清有幾個物體參與運動，并劃分清楚物體的運動過程.2.進行正確的受力分析，明確各過程的運動特點.3.光滑的平面或曲面，還有不計阻力的拋體運動，機械能一定守恒；碰撞過程、子彈打擊木塊、不受其他外力作用的兩物體相互作用問題，一般考慮用動量守恒定律分析.4.如含摩擦生熱問題，則考慮用能量守恒定律分析.例2如圖2所示，光滑水平面上有一質量M4.0 kg的平板車，車的上表面是一段長L1.5 m的粗糙水平軌道，水平軌道左側連一半徑R0.25 m的四分之一光滑圓弧軌道，圓弧軌道與水平軌道在點O處相切.現(xiàn)將一質量m1.0 kg的小物塊(可視為質點)從平板車的右端以水平向左的初速度v0滑上平板車，小物塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)0.5，小物塊恰能到達圓弧軌道的最高點A.取g10 m/s2，求：(1)小物塊滑上平板車的初速度v0的大?。粓D2解析答案解析解析平板車和小物塊組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒，設小物塊到達圓弧軌道最高點A時，二者的共同速度為v1由動量守恒得：mv0(Mm)v1 由能量守恒得：答案答案 5 m/s 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得：v05 m/s 解析答案(2)小物塊與車最終相對靜止時，它距點O的距離.解析解析設小物塊最終與車相對靜止時，二者的共同速度為v2，從小物塊滑上平板車，到二者相對靜止的過程中，由動量守恒得：mv0(Mm)v2 設小物塊與車最終相對靜止時，它距O點的距離為x，由能量守恒得：聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得：x0.5 m.答案答案0.5 m預測2如圖3所示，小球A質量為m，系在細線的一端，線的另一端固定在O點，O點到光滑水平面的距離為h.物塊B和C的質量分別是5m和3m，B與C用輕彈簧拴接，置于光滑的水平面上，且B物塊位于O點正下方.現(xiàn)拉動小球使細線水平伸直，小球由靜止釋放，運動到最低點時與物塊B發(fā)生正碰(碰撞時間極短)，反彈后上升到最高點時到水平面的距離為 .小球與物塊均視為質點，不計空氣阻力，重力加速度為g，求碰撞過程中B物塊受到的沖量大小及碰后輕彈簧獲得的最大彈性勢能.圖4解析答案返回解析解析設小球運動到最低點與物塊B碰撞前的速度大小為v1，取小球運動到最低點時的重力勢能為零，根據(jù)機械能守恒定律有：設碰撞后小球反彈的速度大小為v1，同理有：解析答案設碰撞后物塊B的速度大小為v2，取水平向右為正方向，由動量守恒定律有：mv1mv15mv2碰撞后當B物塊與C物塊速度相等時輕彈簧的彈性勢能最大，據(jù)動量守恒定律有5mv28mv3解析答案返回高考題型3力學三大觀點的應用解題方略解題方略力學規(guī)律選用的一般原則力學中首先考慮使用兩個守恒定律，從兩個守恒定律的表達式看出多項都是狀態(tài)量(速度、位置)，所以守恒定律能解決狀態(tài)問題，不能解決過程(位移x，時間t)問題，不能解決力(F)的問題.(1)若是多個物體組成的系統(tǒng)，優(yōu)先考慮使用兩個守恒定律.(2)若物體(或系統(tǒng))涉及到速度和時間，應考慮使用動量定理.(3)若物體(或系統(tǒng))涉及到位移和時間，且受到恒力作用，應考慮使用牛頓運動定律.(4)若物體(或系統(tǒng))涉及到位移和速度，應考慮使用動能定理，系統(tǒng)中摩擦力做功時應用摩擦力乘以相對路程，運用動能定理解決曲線運動和變加速運動問題特別方便.例3(2015廣東理綜36)如圖4所示，一條帶有圓軌道的長軌道水平固定，圓軌道豎直，底端分別與兩側的直軌道相切，半徑R0.5 m，物塊A以v06 m/s的速度滑入圓軌道，滑過最高點Q，再沿圓軌道滑出后，與直軌上P處靜止的物塊B碰撞，碰后粘在一起運動，P點左側軌道光滑，右側軌道呈粗糙段、光滑段交替排列，每段長度都為L0.1 m，物塊與各粗糙段間的動摩擦因數(shù)都為0.1，A、B的質量均為m1 kg(重力加速度g取10 m/s2；A、B視為質點，碰撞時間極短).圖4解析答案(1)求A滑過Q點時的速度大小v和受到的彈力大小F；解析解析從AQ由動能定理得答答案案 4 m/s22 N在Q點，由牛頓第二定律得解得FN22 N.解析答案(2)若碰后AB最終停止在第k個粗糙段上，求k的數(shù)值；解析解析A撞B，由動量守恒得mv02mv答答案案 45設摩擦距離為x，則解析答案(3)求碰后AB滑至第n個(nk)光滑段上的速度vn與n的關系式.解析解析AB滑至第n個光滑段上，由動能定理得預測3如圖5所示，內壁粗糙、半徑R0.4 m的四分之一圓弧軌道AB在最低點B與光滑水平軌道BC相切.質量m20.2 kg的小球b左端連接一輕質彈簧，靜止在光滑水平軌道上，另一質量m10.2 kg的小球a自圓弧軌道頂端由靜止釋放，運動到圓弧軌道最低點B時對軌道的壓力為小球a重力的2倍.忽略空氣阻力，重力加速度g10 m/s2.求：圖5解析答案(1)小球a由A點運動到B點的過程中，摩擦力做的功Wf；解析解析小球由靜止釋放到最低點B的過程中，根據(jù)動能定理得：聯(lián)立可得：Wf0.4 J.答案答案 0.4 J解析答案(2)小球a通過彈簧與小球b相互作用的過程中，彈簧的最大彈性勢能Ep；解析解析小球a與小球b通過彈簧相互作用，達到共同速度v2時彈簧具有最大彈性勢能，此過程中，由動量守恒定律：m1v1(m1m2)v2，答答案案0.2 J聯(lián)立可得：Ep0.2 J.解析答案(3)小球a通過彈簧與小球b相互作用的整個過程中，彈簧對小球b的沖量I的大小.解析解析小球a與小球b通過彈簧相互作用的整個過程中，a球最終速度為v3，b球最終速度為v4，由動量守恒定律：m1v1m1v3m2v4，答答案案0.4 Ns根據(jù)動量定理有：Im2v4，聯(lián)立可得：I0.4 Ns.返回