應用動力學觀點和能量觀點 突破多過程綜合問題課件

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能力課時7應用動力學觀點和能量觀點突破多過程綜合問題 突破一應用動力學和能量觀點分析直線 平拋和圓周運動組合問題 這類模型一般各階段的運動過程具有獨立性 只要對不同過程分別選用相應規(guī)律即可 兩個相鄰的過程連接點的速度是聯(lián)系兩過程的紐帶 很多情況下平拋運動末速度的方向是解決問題的重要突破口 例1 滑板運動是極限運動的鼻祖 許多極限運動項目均由滑板項目延伸而來 如圖1所示是滑板運動的軌道 BC和DE是兩段光滑圓弧形軌道 BC段的圓心為O點 圓心角為60 半徑OC與水平軌道CD垂直 水平軌道CD段粗糙且長8m 一運動員從軌道上的A點以3m s的速度水平滑出 在B點剛好沿軌道的切線方向滑入圓弧形軌道BC 經(jīng)CD軌道后沖上DE軌道 到達E點時速度減為零 然后返回 已知運動員和滑板的總質量為60kg B E兩點與水平面CD的豎直高度分別為h和H 且h 2m H 2 8m g取10m s2 求 圖1 1 運動員從A運動到達B點時的速度大小vB 2 軌道CD段的動摩擦因數(shù) 3 通過計算說明 第一次返回時 運動員能否回到B點 如能 請求出回到B點時的速度的大小 如不能 則最后停在何處 答案 1 6m s 2 0 125 3 不能最后停在D點左側6 4m處 或C點右側1 6m處 方法提煉力學綜合題中多過程問題的分析思路 1 對力學綜合題中的多過程問題 關鍵是抓住物理情境中出現(xiàn)的運動狀態(tài)與運動過程 將物理過程分解成幾個簡單的子過程 2 找出各階段是由什么物理量聯(lián)系起來的 然后對于每一個子過程分別進行受力分析 過程分析和能量分析 選擇合適的規(guī)律列出相應的方程求解 圖2 突破二應用動力學和能量觀點分析傳送帶 滑塊 木板模型 1 方法技巧傳送帶 滑塊 木板的問題是和實際聯(lián)系較緊密且較難的物理模型 是高中階段必須掌握的重要內容 解決此類問題的關鍵是對物體進行動態(tài)分析和終態(tài)推斷 靈活巧妙地從能量的觀點和力的觀點來揭示其本質 特征 列方程聯(lián)立求解 2 解題模板 例2 如圖3所示 質量為M 8kg的長木板放在光滑水平面上 在木板左端施加F 12N的水平推力 當木板向右運動的速度達到v0 1 5m s時 在其右端輕輕放上一個大小不計 質量為m 2kg的鐵塊 鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù) 0 2 木板足夠長 取g 10m s2 求 圖3 1 當二者達到相同速度時 木板對鐵塊以及鐵塊對木板所做的功 2 當二者達到相同速度時 木板和鐵塊之間因摩擦所產(chǎn)生的熱量 第一步 讀題 建模 滑塊 木板模型 第二步 分析 將解題過程問題化 大題小做 放上鐵塊后 鐵塊 木板的加速度分別為多少 對鐵塊 mg ma1 a1 g 2 m s2對木板 F mg Ma2 a2 1 m s2 二者何時達到共同速度 共同速度為多少 v v0 a2t v a1t v 3 m s t 1 5 s 從放上鐵塊到二者速度相同 鐵塊 木板的位移分別為多少 木板對鐵塊及鐵塊對木板所做的功分別為多少 W1 mgx1 9 J W2 mgx2 13 5 J 木板和鐵塊之間因摩擦所產(chǎn)生的熱量為多少 Q mg x2 x1 4 5 J解析 1 放上鐵塊后 鐵塊加速度a1 g 2m s2 方向向右 答案 1 9J 13 5J 2 4 5J 拓展延伸 在 例2 中 若木板與水平面間的動摩擦因數(shù) 0 1 當鐵塊與木板達相同速度時 木板 鐵塊以及水平面組成的系統(tǒng)因摩擦所產(chǎn)生的熱量是多少 解析鐵塊加速度不變 仍為a1 g 2m s2 方向向右 圖4 求摩擦力對滑塊做功時用滑塊對地的位移x滑 求摩擦力對木板做功時用木板對地的位移x板 求摩擦生熱時用相對滑動的位移x相 變式訓練 2 滑塊 木板模型 多選 2016 江西九江一模 將一長木板靜止放在光滑的水平面上 如圖5甲所示 一個小鉛塊 可視為質點 以水平初速度v0由木板左端向右滑動 到達右端時恰能與木板保持相對靜止 現(xiàn)將木板分成A和B兩段 使B的長度和質量均為A的2倍 并緊挨著放在原水平面上 讓小鉛塊仍以初速度v0由木板A的左端開始向右滑動 如圖乙所示 若小鉛塊相對滑動過程中所受的摩擦力始終不變 則下列有關說法正確的是 圖5 A 小鉛塊將從木板B的右端飛離木板B 小鉛塊滑到木板B的右端前就與木板B保持相對靜止C 甲 乙兩圖所示的過程中產(chǎn)生的熱量相等D 圖甲所示的過程產(chǎn)生的熱量大于圖乙所示的過程產(chǎn)生的熱量解析在第一次小鉛塊運動過程中 小鉛塊與木板之間的摩擦力使整個木板一直加速 第二次小鉛塊先使整個木板加速 運動到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對應過程 故第二次小鉛塊與B木板將更早達到速度相等 所以小鉛塊還沒有運動到B的右端 兩者速度就已經(jīng)相同 選項A錯誤 B正確 根據(jù)摩擦力乘相對路程等于產(chǎn)生的熱量 第一次的相對路程大小大于第二次的相對路程大小 則圖甲所示的過程產(chǎn)生的熱量大于圖乙所示的過程產(chǎn)生的熱量 選項C錯誤 D正確 答案BD 圖6 1 物體從A運動到B共需多少時間 2 電動機因傳送該物體多消耗的電能 答案 1 2 4s 2 28J 1 如圖7所示 半徑R 0 4m的光滑圓弧軌道BC固定在豎直平面內 軌道的上端點B和圓心O的連線與水平方向的夾角 30 下端點C為軌道的最低點且與粗糙水平面相切 一根輕質彈簧的右端固定在豎直擋板上 質量m 0 1kg的小物塊 可視為質點 從空中A點以v0 2m s的速度被水平拋出 恰好從B點沿軌道切線方向進入軌道 經(jīng)過C點后沿水平面向右運動至D點時 彈簧被壓縮至最短 C D兩點間的水平距離L 1 2m 小物塊與水平面間的動摩擦因數(shù) 0 5 g取10m s2 求 圖7 1 小物塊經(jīng)過圓弧軌道上B點時速度vB的大小 2 小物塊經(jīng)過圓弧軌道上C點時對軌道的壓力大小 3 彈簧的彈性勢能的最大值Epm 答案 1 4m s 2 8N 3 0 8J 2 如圖8所示 一質量為m 1kg的可視為質點的滑塊 放在光滑的水平平臺上 平臺的左端與水平傳送帶相接 傳送帶以v 2m s的速度沿順時針方向勻速轉動 傳送帶不打滑 現(xiàn)將滑塊緩慢向右壓縮輕彈簧 輕彈簧的原長小于平臺的長度 滑塊靜止時彈簧的彈性勢能為Ep 4 5J 若突然釋放滑塊 滑塊向左滑上傳送帶 已知滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 0 2 傳送帶足夠長 取g 10m s2 求 圖8 1 滑塊第一次滑上傳送帶到離開傳送帶所經(jīng)歷的時間 2 滑塊第一次滑上傳送帶到離開傳送帶由于摩擦產(chǎn)生的熱量 2 滑塊向左運動x1的位移時 傳送帶向右的位移為x1 vt1 3m則 x1 x1 x1 5 25m滑塊向右運動x2時 傳送帶向右位移為x2 vt2 2m則 x2 x2 x2 1m x x1 x2 6 25m則產(chǎn)生的熱量為Q mg x 12 5J 答案 1 3 125s 2 12 5J 3 2015 福建理綜 21 如圖9 質量為M的小車靜止在光滑水平面上 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 一質量為m的滑塊在小車上從A點由靜止開始沿軌道滑下 重力加速度為g 圖9 1 若固定小車 求滑塊運動過程中對小車的最大壓力大小