第3课时 动力学两类基本问题 板块模型和传送带模型中的动力学问题-（配套课件）2022新高考物理【步步高】大二轮专题复习与增分策略（津鲁琼辽鄂）

专题一　力与运动 第3课时　动力学两类基本问题　板块模型和 传送带模型中的动力学问题 命题规律 1.命题角度：(1)动力学的两类基本问题； (2)板块模型中的动力学问题； (3)传送带模型中的动力学问题. 2.常考题型：计算题. 内容索引 NEIRONGSUOYIN 高考题型1　动力学两类基本问题 高考题型2　板块模型中的动力学问题 专题强化练 高考预测 高考题型3　传送带模型中的动力学问题 3 动力学两类基本问题的解题思路 高考题型1 动力学两类基本问题 例1　(2021·安徽合肥市高三上第一次教学质量调研)如图1所示，一质量为m＝1 kg的木块在水平推力F作用下沿倾角θ＝37°的固定斜面向上做匀速直线运动，已知木块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求： 图1 答案　20 N (1)水平推力F的大小； 解析　木块做匀速直线运动时，对木块受力分析如图 垂直斜面方向FN＝mgcos θ＋Fsin θ 平行斜面方向Fcos θ＝Ff＋mgsin θ 又Ff＝μFN (2)当F＝30 N时，木块从斜面底端由静止开始向上做加速运动，2 s末撤去F，之后木块恰好到达斜面顶端，求撤去F时木块的速度及斜面的长度. 答案　10 m/s，方向平行斜面向上　15 m 解析　木块从斜面底端向上做加速运动过程：设加速度为a1，受力如图 垂直斜面方向FN＝mgcos θ＋Fsin θ 平行斜面方向Fcos θ－mgsin θ－Ff＝ma1 又Ff＝μFN 解得 2 s末木块的速度为v＝a1t＝5×2 m/s＝10 m/s，方向平行斜面向上， 撤去F后：设木块的加速度大小为a2，受力如图 垂直斜面方向FN′＝mgcos θ 平行斜面方向mgsin θ＋Ff′＝ma2 又Ff′＝μFN′ 解得a2＝gsin θ＋μgcos θ＝10 m/s2 所以斜面的长度为x1＋x2＝15 m. 动力学解决板块模型问题的思路 高考题型2 板块模型中的动力学问题 例2　如图2，两个滑块A和B的质量分别为mA＝1 kg和mB＝5 kg，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为μ1＝0.5；木板的质量为m＝4 kg，与地面间的动摩擦因数为μ2＝0.1.某时刻A、B两滑块开始相向滑动，初速度大小均为v0＝3 m/s.A、B相遇时，A与木板恰好相对静止.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g＝10 m/s2.求： 图2 答案　1 m/s，方向与B的初速度方向相同 (1)B与木板相对静止时，木板的速度； 解析　滑块A和B在木板上滑动时，木板也在地面上滑动.设A、B和木板所受的摩擦力大小分别为Ff1、Ff2和Ff3，A和B相对于地面的加速度大小分别为aA和aB，木板相对于地面的加速度大 小为a1.在滑块B与木板达到共同速度前有 Ff1＝μ1mAg ① Ff2＝μ1mBg ② Ff3＝μ2(m＋mA＋mB)g ③ 由牛顿第二定律得 Ff1＝mAaA ④ Ff2＝mBaB ⑤ Ff2－Ff1－Ff3＝ma1 ⑥ 设在t1时刻，B与木板达到共同速度，其大小为v1，由运动学公式有 v1＝v0－aBt1 ⑦ v1＝a1t1 ⑧ 联立①②③④⑤⑥⑦⑧式，代入已知数据得 v1＝1 m/s，方向与B的初速度方向相同 ⑨ (2)A、B开始运动时，两者之间的距离. 答案　1.9 m 设在B与木板达到共同速度v1后，木板的加速度大小为a2.对于B与木板组成的系统，由牛顿第二定律有 Ff1＋Ff3＝(mB＋m)a2 ⑪ 由①②④⑤式知，aA＝aB；再由⑦⑧式知，B与木板达到共同速度时，A的速度大小也为v1，但运动方向与木板相反.由题意知，A和B相遇时，A与木板的速度相同，设其大小为v2，设A的速度大小从v1变到v2所用的时间为t2，则由运动学公式，对木板有 v2＝v1－a2t2 ⑫ 解析　在t1时间内，B相对于地面移动的距离为 ⑩ A和B相遇时，A与木板的速度也恰好相同.因此A和B开始运动时，两者之间的距离为 x0＝xA＋x1＋xB ⑯ 联立以上各式，并代入数据得x0＝1.9 m 在(t1＋t2)时间内，A相对地面移动的距离为 对A有：v2＝－v1＋aAt2 ⑬ 在t2时间内，B(以及木板)相对地面移动的距离为 ⑭ ⑮ 1.模型特点 传送带问题的实质是相对运动问题，这样的相对运动将直接影响摩擦力的方向. 2.解题关键 (1)理清物体与传送带间的相对运动方向及摩擦力方向是解决传送带问题的关键. (2)物体与传送带达到相同速度时往往出现摩擦力突变的临界状态，对这一临界状态进行分析往往是解题的突破口. 高考题型3