专题2 加分站 2 力学3大观点的综合应用(专题微讲PPT)-【赢在微点·考前顶层设计】2025年高考物理大二轮专题复习

加分站 2　力学三大观点的综合应用 专题二　能量与动量 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.在力学计算题中会把多过程拆分为多个单过程，并会选择合适的观点进行处理。 2.会应用数学方法解决多次碰撞问题。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 比较力学三大观点，选择合适的规律解题 力学三大观点 对应规律 常用表达式 适用情境 动力 学观点 牛顿第 二定律 F合=ma 物体做匀变速直线运动，涉及运动细节 匀变速 直线运 动规律 v=v0+at x=v0t+at2 v2-=2ax等 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 能量 观点 动能定理 W合=ΔEk 涉及力做功与能量转化的关系，位移或路程的信息明确 功能关系 WG=-ΔEp等 机械能守恒定律 Ek1+Ep1=Ek2+Ep2 涉及能的转化，力做功的信息不突出 能量守恒定律 E1=E2 动量 观点 动量定理 I合=p'-p 涉及初末速度、力、时间而不涉及位移、功 动量守恒定律 p1+p2=p1'+p2' 涉及初末速度，不涉及时间 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度1　应用力学三大观点解决多过程问题 [高考典题剖析]　(2023·浙江卷)为了探究物体间碰撞特性，设计了如图所示的实验装置。水平直轨道AB、CD和水平传送带平滑无缝连接，两半径均为R=0.4 m的四分之一圆周组成的竖直细圆弧管道DEF与轨道CD和足够长的水平直轨道FG平滑相切连接。质量为3m的滑块b与质量为2m的滑块c用劲度系数k=100 N/m的轻质弹簧连接，静置于轨道FG上。现有质量m=0.12 kg的滑块a以初速度v0=2 m/s从 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 D处进入，经DEF管道后，与FG上的滑块b碰撞(时间极短)。已知传送带长L=0.8 m，以v=2 m/s的速率顺时针转动，滑块a与传送带间的动摩擦因数μ=0.5，重力加速度g取10 m/s2，其他摩擦和阻力均不计，各滑块均可视为质点，弹簧的弹性势能Ep=kx2(x为形变量)。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)求滑块a到达圆弧管道DEF最低点F时速度大小vF和所受支持力大小FN； (2)若滑块a碰后返回到B点时速度vB=1 m/s，求滑块a、b碰撞过程中损失的机械能ΔE； (3)若滑块a碰到滑块b立即被粘住，求碰撞后弹簧最大长度与最小长度之差Δx。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 【命题立意】　本题设置的过程较复杂，要求在不同的过程中使用不同的规律解答，主要考查机械能守恒定律、功能关系、牛顿第二定律、运动学规律、动量守恒定律等知识点。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 【关键能力】　本题主要考查理解能力、模型建构能力、推理论证能力。 (1)理解能力。 关键表述 物理量及其关系 其他摩擦和阻力均不计 滑块a沿管道DEF滑动过程中机械能守恒 与FG上的滑块b碰撞(时间极短) a、b碰撞过程中动量守恒 滑块a碰后返回到B点时速度vB=1 m/s a、b碰撞后a的速度反向(即向左) 碰撞后弹簧最大长度与最小长度之差 弹簧具有最大长度和最小长度时，三滑块的速度相等 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)模型建构能力。 研究对象、物理状态、物理过程 物理模型 a、b碰撞 碰撞模型，动量守恒、能量守恒 滑块a在传送带上向左滑动过程 动力学模型、牛顿运动定律、运动学规律 a、b粘合后通过弹簧与C作用的过程 弹簧—滑块模型、动量守恒、系统机械能守恒 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (3)推理论证能力。 第(1)问，滑块a沿DEF管道滑动过程中机械能守恒，求得到达F的速度大小，应用牛顿第二定律求支持力FN。 第(2)问，解题的关键是求得碰撞前后a、b的速度，思路如下： 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 第(3)问，解题的关键是弄清弹簧最长和最短时三滑块的速度均相等，思路如下： 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 【解题过程】　(1)滑块a以初速度v0从D处进入竖直圆弧轨道DEF运动，由动能定理有 mg·2R=m-m， 解得vF=10 m/s， 在最低点F，由牛顿第二定律有 FN-mg=m， 解得FN=31.2 N。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)碰撞后滑块a返回到B点的过程，由动能定理有 -mg·2R-μmgL=m-m， 解得va=5 m/s， 滑块a、b碰撞过程，由动量守恒定律有mvF=-mva+3mvb， 解得vb=5 m/s， 碰撞过程中损失的机械能 ΔE=m-m-×3m=0。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (3)滑块a碰撞b后立即被粘住，由动量守恒定律有 mvF=(m+3m)vab， 解得vab=2.5 m/s， 滑块a、b一起向右运动，压缩弹簧，a、b减速运动，c加速运动，当a、b、c三者速度相等时，弹簧长度最小，由动量守恒定律有 (m+3m)vab=(m+3m+2m)vabc， 解得vabc= m/s。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 由机械能守恒定律有 Ep1=×4m-×6m， 解得Ep1=0.5 J， 由Ep1=k， 解得最大压缩量x1=0.1 m， 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 滑块a、b一起继续向右运动，弹簧弹力使c继续加速，使a、b继续减速，当弹簧弹力减小到零时，c速度最大，a、b速度最小；滑块a、b一起再继续向右运动，弹簧弹力使c减速，a、b加速，当a、b、c三者速度相等时，弹簧长度最大，其对应的弹性势能与弹簧长度最小时弹性势能相等，由弹簧的弹性势能公式可知最大伸长量x2=0.1 m， 所以碰撞后弹簧最大长度与最小长度之差 Δx=x1+x2=0.2 m。 【答案】　(1)10 m/s　31.2 N　(2)0　(3)0.2 m 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 【失分剖析】　(1)未能理解“滑块a碰后返回到B点时速度vB=1 m/s”导致无法求碰撞后a的速度。 (2)对滑块a从C到B过程的传送带模型认识不到位导致碰撞后a的速度求解错误。 (3)对弹簧—滑块模型认识不清，不能判断出弹簧最长和最短时三滑块的速度应相等，导致无法求解或求解错误。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度2　多物体多次碰撞问题 [例]　如图所示，质量均为m的n个 物块等间距地静止在粗糙水平面上， 间距为L。物块与水平面之间的动摩擦因数为μ，现给物块1一个瞬时冲量，使其获得一定初速度v0(未知)，运动L后物块1与物块2碰撞并粘在一起，运动L后再与物块3发生完全非弹性碰撞，依次最终n个物块粘在一起继续运动L后恰好静止。已知所有碰撞时间极短，物块均可看成质点，忽略空气阻力，重力加速度为g。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)求物块1与物块2碰撞过程中损失的机械能与碰撞前瞬间物块1的动能之比； (2)自物块1获得瞬时冲量后至全部物块停止运动的过程中，求因摩擦损失的机械能。 (1)　(2)μmgL 答案 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)设物块1与物块2碰撞前的速度为v，则物块1与物块2碰撞过程，根据动量守恒定律有mv=2mv1， 根据能量守恒定律可得，物块1与物块2碰撞过程中损失的机械能为ΔE=mv2-×2m=mv2， 故物块1与物块2碰撞过程中损失的机械能与碰撞前瞬间物块1的动能之比为==。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)第一次碰撞前，因摩擦损失的机械能为ΔE1=μmgL， 第一次碰撞后到第二次碰撞前，因摩擦损失的机械能为ΔE2=μ×2mgL， 第二次碰撞后到第三次碰撞前，因摩擦损失的机械能为ΔE3=μ×3mgL， 第n-2次碰撞后到第n-1次碰撞前，因摩擦损失的机械能为 ΔEn-1=μ(n-1)mgL， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 n个物块粘在一起后到全部物块停止，因摩擦损失的机械能为ΔEn=μnmgL， 则自物块1获得瞬时冲量后至全部物块停止运动的过程中，因摩擦损失的机械能为ΔE总=ΔE1+ΔE2+ΔE3+……+ΔEn=μmgL。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 如图所示，左、右两平台等高，在两平台中间有一个顺时针匀速转动的水平传送带，传送带的速度大小v=6 m/s、长度L=27 m。t=0时刻将一质量mA=1 kg的物体A无初速度地放在传送带左端，t=6 s时与静止在传送带右端的质量mB=1 kg的物体B发生弹性碰撞，一段时间后B又与质量mC=3 kg的物体C发生弹性碰撞。已知开始时C与传送带右端相距L1=3 m，A与传送带的动摩擦因数和C与平台的动摩擦因数均为 μ，B与传送带和平台均无摩擦，所有碰撞时间均很短，物体均可看作质点，重力加速度g取10 m/s2。求： 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)动摩擦因数μ； (2)从A与B第1次碰撞后瞬间至A与B第3次碰撞前瞬间的过程中，A与传送带间因摩擦产生的热量。 (1)0.2　(2)36 J 答案 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (1)假设物体A一直加速，则有L=t， 解得v末===9 m/s>v， 假设不成立；所以A先加速后匀速。设物体A的加速度大小为aA，加速运动的时间为t1，则有μmAg=mAaA，v=aAt1， L=aA+v·(t-t1)， 联立解得μ=0.2。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 (2)A与B碰撞过程满足动量守恒定律和机械能守恒定律，则有 mAv=mAvA1+mBvB1， mAv2=mA+mB， 联立解得vA1=0，vB1=6 m/s， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 可知A与B碰后交换速度；以水平向右为正方向，B与C碰撞的过程，由动量守恒定律和机械能守恒定律得 mBvB1=mBvB1'+mCvC1， mB=mBvB1'2+mC， 解得vB1'=-3 m/s，vC1=3 m/s， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 可知碰后B以3 m/s的速度向左运动，与A发生第2次碰撞，碰后A、B再次交换速度，A以vA2=3 m/s的速度向左冲上传送带先减速到0后，再向右加速到达传送带右端与B第3次碰撞，则有x相对=vt'， t'=， 解得t'=3 s，x相对=18 m， 则A与传送带之间的摩擦热为Q=μmAg·x相对=36 J。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 本部分内容讲解结束 把握高考微点，实现素能提升，完成加分练2 $$