(普查练习)第16课 力学三大观点的综合应用-2023版新高考物理一轮【提分宝典】全考点普查随堂课后练

第16课　　　　　力学三大观点的综合应用 普查与练习16　　　　　力学三大观点的综合应用 1．选择合适的力学观点解决物理问题 a．综合应用动力学观点与能量观点解决问题 (1)(2020.01浙江选考，12分)如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、竖直圆轨道(在最低点E分别与水平轨道EO和EA相连)、高度h可调的斜轨道AB组成。游戏时滑块从O点弹出，经过圆轨道并滑上斜轨道。全程不脱离轨道且恰好停在B端则视为游戏成功。已知圆轨道半径r＝0.1 m，OE长L1＝0.2 m，AC长L2＝0.4 m，圆轨道和AE光滑，滑块与AB、OE之间的动摩擦因数μ＝0.5，滑块质量m＝2 g且可视为质点，弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能。忽略空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，各部分平滑连接。求： ①滑块恰好能过圆轨道最高点F时的速度vF大小； ②当h＝0.1 m且游戏成功时，滑块经过E点对圆轨道的压力FN大小及弹簧的弹性势能Ep0； ③要使游戏成功，弹簧的弹性势能Ep与高度h之间满足的关系。 答案：①1 m/s(2分)　②0.14 N(3分)　 8.0×10－3 J(2分)　③Ep＝2×10－3×(10h＋3) J　(其中0.05 m≤h≤0.2 m)(5分) 解析：①滑块恰好能过最高点F的条件为重力提供向心力，由牛顿第二定律有mg＝m(1分) 代入数据解得vF＝1 m/s(1分) ②滑块从E点到B点，根据动能定理有 －mgh－μmgcos α·＝0－mv(1分) 在E点，由牛顿第二定律有FN′－mg＝m(1分) 代入数据解得FN′＝0.14 N 根据牛顿第三定律可知，滑块经过E点对圆轨道的压力大小为FN＝FN′＝0.14 N(1分) 滑块从O点到E点，根据动能定理有 －μmgL1＝mv－Ep0(1分) 代入数据解得Ep0＝8.0×10－3 J(1分) ③滑块恰好能过F点时，弹簧的弹性势能为 Ep1＝2mgr＋μmgL1＋mv＝7.0×10－3 J(1分) 滑块在B点恰能减速到0，则从O点到B点的过程有 Ep1－mgh1－μmg(L1＋cos α·)＝0 代入数据解得h1＝0.05 m(1分) 滑块能停在B点不下滑，设斜轨道AB的倾角为θ，有μmgcos θ≥mgsin θ(1分) 得tan θ≤0.5，此时h2≤0.2 m(1分) 从O点到B点，根据能量守恒定律有 Ep＝mgh＋μmg(L1＋cos α·)＝2×10－3×(10h＋3) J 其中0.05 m≤h≤0.2 m(1分) b．综合应用动量观点和能量观点解决问题 (2)(2019全国Ⅲ，20分)静止在水平地面上的两小物块A、B，质量分别为mA＝1.0 kg，mB＝4.0 kg；两者之间有一被压缩的微型弹簧，A与其右侧的竖直墙壁距离l＝1.0 m，如图所示。某时刻，将压缩的微型弹簧释放，使A、B 瞬间分离，两物块获得的动能之和为 Ek ＝10.0 J。释放后，A沿着与墙壁垂直的方向向右运动。A、B与地面之间的动摩擦因数均为μ＝0.20。重力加速度取g＝10 m/s2。A、B运动过程中所涉及的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短。 ①求弹簧释放后瞬间A、B速度的大小； ②物块A、B中的哪一个先停止？该物块刚停止时A与B之间的距离是多少？ ③A和B都停止后，A与B之间的距离是多少？ 答案：①4.0 m/s　1.0 m/s(4分) ②物块B先停止　0.50 m(7分)　③0.91 m(9分) 解析：①设弹簧释放瞬间A和B的速度大小分别为vA、vB，以向右为正，由动量守恒定律和题给条件有 0＝mAvA－mBvB①(1分) Ek＝mAv＋mBv②(1分) 联立①②式并代入题给数据得 vA＝4.0 m/s，vB＝1.0 m/s③(2分) ②A、B两物块与地面间的动摩擦因数相等，因而两者滑动时加速度大小相等，设为a。假设A和B发生碰撞前，已经有一个物块停止，此物块应为弹簧释放后速度较小的B。设从弹簧释放到B停止所需时间为t，B向左运动的路程为sB，则有mBa＝μmBg④(1分) sB＝vBt－at2⑤(1分) vB－at＝0⑥(1分) 在时间t内，A可能与墙发生弹性碰撞，碰撞后A将向左运动，碰撞并不改变A的速度大小，所以无论此碰撞是否发生，A在时间t内的路程sA都可表示为 sA＝vAt－at2⑦(1分) 联立③④⑤⑥⑦式并代入题给数据得 sA＝1.75 m，sB＝0.25 m⑧(2分) 这表明在时间t内A已与墙壁发生碰撞，但没有与B发生碰撞，此时A位于出发点右边0.25 m处。B位于出发点左边0.25 m处，两物块之间的距离为 s＝0.25 m＋0.25 m＝0.50 m⑨(1分) ③t时刻后A将继续向左运动，假设它能与静止的B碰撞，碰撞时速度的大小为v′A，由