《(全國(guó)I卷)2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能 能力課時(shí)7 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn) 突破多過(guò)程綜合問(wèn)題》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(全國(guó)I卷)2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能 能力課時(shí)7 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn) 突破多過(guò)程綜合問(wèn)題(7頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、能力課時(shí)7 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)
突破多過(guò)程綜合問(wèn)題
1.如圖1所示,在光滑水平地面上放置質(zhì)量M=2 kg的長(zhǎng)木板,木板上表面與固定的豎直弧形軌道相切。一質(zhì)量m=1 kg的小滑塊自A點(diǎn)沿弧面由靜止滑下,A點(diǎn)距離長(zhǎng)木板上表面高度h=0.6 m?;瑝K在木板上滑行t=1 s后,和木板以共同速度v=1 m/s勻速運(yùn)動(dòng),取g=10 m/s2。求:
圖1
(1)滑塊與木板間的摩擦力大??;
(2)滑塊沿弧面下滑過(guò)程中克服摩擦力做的功;
(3)滑塊相對(duì)木板滑行的距離。
解析 (1)對(duì)木板Ff=Ma1,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v=a1t
解得a1=1 m/s2,F(xiàn)f=2 N
(2)對(duì)滑塊有-F
2、f=ma2
設(shè)滑塊滑上木板時(shí)的初速度為v0,由公式v-v0=a2t
解得a2=-2 m/s2,v0=3 m/s
滑塊沿弧面下滑的過(guò)程中,由動(dòng)能定理得
mgh-Wf=mv
可得滑塊克服摩擦力做的功為Wf=mgh-mv=1.5 J
(3)t=1 s內(nèi)木板的位移x1=a1t2=0.5 m
此過(guò)程中滑塊的位移x2=v0t+a2t2=2 m
故滑塊相對(duì)木板滑行距離L=x2-x1=1.5 m
答案 (1)2 N (2)1.5 J (3)1.5 m
2.如圖2所示,上表面光滑,長(zhǎng)度為3 m、質(zhì)量M=10 kg的木板,在F=50 N的水平拉力作用下,以v0=5 m/s的速度沿水平地面向右勻
3、速運(yùn)動(dòng)?,F(xiàn)將一個(gè)質(zhì)量為m=3 kg的小鐵塊(可視為質(zhì)點(diǎn))無(wú)初速度地放在木板最右端,當(dāng)木板運(yùn)動(dòng)了L=1 m時(shí),又將第二個(gè)同樣的小鐵塊無(wú)初速度地放在木板最右端,以后木板每運(yùn)動(dòng)1 m就在其最右端無(wú)初速度地放上一個(gè)同樣的小鐵塊。(g取10 m/s2)求:
圖2
(1)木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù);
(2)剛放第三個(gè)鐵塊時(shí)木板的速度大?。?
(3)從放第三個(gè)鐵塊開始以后(以后停止放鐵塊)到木板停下的過(guò)程,木板運(yùn)動(dòng)的距離。
解析 (1)木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),受到地面的摩擦力為Ff
由平衡條件得F=Ff①
Ff=μMg②
聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得μ=0.5③
(2)每放一個(gè)小鐵塊,木板所受的摩擦力增
4、加μmg,令剛放第三個(gè)鐵塊時(shí)木板速度為v1,對(duì)木板從放第一個(gè)鐵塊到剛放第三個(gè)鐵塊的過(guò)程,由動(dòng)能定理得
-μmgL-2μmgL=Mv-Mv④
聯(lián)立代入數(shù)據(jù)得v1=4 m/s⑤
(3)從放第三個(gè)鐵塊開始到木板停下之前,木板所受的摩擦力恒為μ(3m+M)g
從放第三個(gè)鐵塊開始到木板停下的過(guò)程,木板運(yùn)動(dòng)的距離為x,對(duì)木板由動(dòng)能定理得
-3μmgx=0-Mv⑥
聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得x= m=1.78 m
答案 (1)0.5 (2)4 m/s (3)1.78 m
3.如圖3所示,AB段為一半徑R=0.2 m的光滑圓弧軌道,EF是一傾角為30°的足夠長(zhǎng)的光滑固定斜面,斜面上有一質(zhì)量為0.1 kg
5、的薄木板CD,開始時(shí)薄木板被鎖定.一質(zhì)量也為0.1 kg的物塊(圖中未畫出)從A點(diǎn)由靜止開始下滑,通過(guò)B點(diǎn)后水平拋出,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后恰好以平行于薄木板的方向滑上薄木板,在物塊滑上薄木板的同時(shí)薄木板解除鎖定,下滑過(guò)程中某時(shí)刻物塊和薄木板能達(dá)到共同速度。已知物塊與薄木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=。(g=10 m/s2,結(jié)果可保留根號(hào))求:
圖3
(1)物塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力;
(2)物塊滑上薄木板時(shí)的速度大??;
(3)達(dá)到共同速度前物塊下滑的加速度大小及從物塊滑上薄木板至達(dá)到共同速度所用的時(shí)間。
解析 (1)物塊從A到B的過(guò)程,由動(dòng)能定理得:
mgR=mv
解得:vB=2 m/
6、s
在B點(diǎn)由牛頓第二定律得:FN-mg=m
解得:FN=3 N
由牛頓第三定律得物塊對(duì)軌道的壓力大小為3 N,方向豎直向下
(2)設(shè)物塊滑上薄木板的速度為v,則:cos 30°=
解得:v= m/s
(3)物塊和薄木板下滑過(guò)程中,由牛頓第二定律得:
對(duì)物塊:mgsin 30°-μmgcos 30°=ma1
對(duì)薄木板:mgsin 30°+μmgcos 30°=ma2
設(shè)物塊和薄木板達(dá)到的共同速度為v′,則:
v′=v+a1t=a2t
解得:a1=2.5 m/s2,t= s
答案 (1)3 N,方向豎直向下 (2) m/s
(3)2.5 m/s2 s
4.(2020
7、·樂(lè)山市三診)利用彈簧彈射和皮帶傳動(dòng)裝置可以將工件運(yùn)送至高處。如圖4所示,已知傳送軌道平面與水平方向成37°角,傾角也是37°的光滑斜面軌道固定于地面且與傳送軌道良好對(duì)接,彈簧下端固定在斜面底端,工件與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25。皮帶傳動(dòng)裝置順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的速度v=4 m/s,兩輪軸心相距L=5 m,B、C分別是傳送帶與兩輪的切點(diǎn),輪緣與傳送帶之間不打滑?,F(xiàn)將質(zhì)量m=1 kg的工件放在彈簧上,用力將彈簧壓縮至A點(diǎn)后由靜止釋放,工件離開斜面頂端滑到皮帶上的B點(diǎn)時(shí)速度v0=8 m/s,A、B間的距離x=1 m。工件可視為質(zhì)點(diǎn),g取10 m/s2。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8
8、)求:
圖4
(1)彈簧的最大彈性勢(shì)能;
(2)工件沿傳送帶上滑的時(shí)間。
解析 (1)彈簧的最大彈性勢(shì)能
Ep=mgxsin 37°+mv
得Ep=38 J。
(2)工件沿傳送軌道減速向上滑動(dòng)過(guò)程
mgsin 37°+μmgcos 37°=ma1
與傳送帶共速需要時(shí)間t1==0.5 s
工件滑行位移大小x1==3 m<L
因?yàn)棣蹋紅an 37°,所以工件將沿傳送帶繼續(xù)減速上滑mgsin 37°-μmgcos 37°=ma2
假設(shè)工件速度減為0時(shí),工件未從傳送帶上滑落。則
t2==1 s
工件滑行位移大小x2==2 m=L-x1
故假設(shè)成立,工件沿傳送帶上滑的時(shí)
9、間為
t=t1+t2=1.5 s。
答案 (1)38 J (2)1.5 s
5.如圖5所示,有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m=1 kg的小物塊,從光滑平臺(tái)上的A點(diǎn)以v0=1.8 m/s的初速度水平拋出,到達(dá)C點(diǎn)時(shí),恰好沿C點(diǎn)的切線方向進(jìn)入固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道,最后小物塊無(wú)碰撞地滑上緊靠軌道末端D點(diǎn)的足夠長(zhǎng)的水平傳送帶。已知傳送帶上表面與圓弧軌道末端切線相平,傳送帶沿順時(shí)針?lè)较騽蛩龠\(yùn)行的速度為v=3 m/s,小物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,圓弧軌道的半徑為R=2 m,C點(diǎn)和圓弧的圓心O點(diǎn)連線與豎直方向的夾角θ=53°,不計(jì)空氣阻力,重力加速度g=10 m/s2,sin 53°=0
10、.8,cos 53°=0.6。求:
圖5
(1)小物塊到達(dá)圓弧軌道末端D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力;
(2)小物塊從滑上傳送帶到第一次離開傳送帶的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。
解析 (1)設(shè)小物塊在C點(diǎn)的速度為vC,在C點(diǎn)由vC=,解得vC=3 m/s
設(shè)小物塊在D的速度為vD。從C到D,由動(dòng)能定理得mgR(1-cos θ)=mv-mv,解得vD=5 m/s
設(shè)在D點(diǎn)軌道對(duì)小物塊的作用力為FN:FN-mg=m
解得FN=22.5 N,
由牛頓第三定律,小物塊對(duì)軌道的壓力大小為22.5 N,方向豎直向下。
(2)設(shè)小物塊在傳送帶上的加速度為a,則
μmg=ma a=μg=5 m/s2
設(shè)小物塊由D點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)至速度為零,所用時(shí)間為t1,位移為x1,則
vD=at1
x1=t1
設(shè)t1時(shí)間內(nèi)傳送帶向右的位移為x2,則x2=vt1
小物塊速度由零增加到與傳送帶速度相等的過(guò)程,所用時(shí)間為t2,t2=
通過(guò)的位移x3,x3=t2
傳送帶的位移為x4=vt2
小物塊相對(duì)傳送帶移動(dòng)的位移為
x=x1+x2+x4-x3
Q=μmgx,解得Q=32 J。
答案 (1)22.5 N,方向豎直向下 (2)32 J