第1部分 专题2 关键能力提升一 三大观点在力学问题中的综合应用-【金版教程】2026年高考物理大二轮大考试题精选重组全书word

关键能力提升一　三大观点在力学问题中的综合应用

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1．(2025·陕晋宁青卷，10)(多选)如图，与水平面成53°夹角且固定于O、M两点的硬直杆上套着一质量为1 kg的滑块，弹性轻绳一端固定于O点，另一端跨过固定在Q处的光滑定滑轮与位于直杆上P点的滑块拴接，弹性轻绳原长为OQ，PQ为1.6 m且垂直于OM。现将滑块无初速度释放，假设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。滑块与杆之间的动摩擦因数为0.16，弹性轻绳上弹力F的大小与其伸长量x满足F＝kx，k＝10 N/m，g取10 m/s2，sin53°＝0.8。则滑块(　　)

A．与杆之间的滑动摩擦力大小始终为1.6 N

B．下滑与上滑过程中所受滑动摩擦力的冲量相同

C．从释放到静止的位移大小为0.64 m

D．从释放到静止克服滑动摩擦力做功为2.56 J

答案：AC

解析：当右侧弹性轻绳与P、Q连线的夹角为θ时，弹性轻绳的伸长量为x＝，此时弹性轻绳的拉力大小为F＝kx，受力分析如图1所示，弹性轻绳的拉力在垂直杆方向的分力大小Fx＝Fcosθ，联立得Fx＝kxPQ＝16 N，Fx不变，且Fx>mgcos53°＝6 N，所以杆对滑块的支持力大小始终为FN＝Fx－mgcos53°＝10 N，滑块与杆之间的滑动摩擦力大小始终为f＝μFN＝1.6 N，A正确；下滑过程中滑块所受摩擦力沿杆向上，上滑过程中滑块所受摩擦力沿杆向下，由冲量的定义可知，下滑与上滑过程中所受滑动摩擦力的冲量方向不同，B错误；当右侧弹性轻绳与P、Q连线的夹角为θ时，滑块与P点间的距离为y＝xsinθ，则弹性轻绳的拉力在沿杆方向的分力大小Fy＝kxsinθ＝ky，滑块从P处下滑过程，以沿杆向下为正方向，滑块所受合力F下＝mgsin53°－f－Fy，代入数据得F下＝(6.4－10y) N，作出F下­y图像如图2

所示，图线与y轴所围面积表示合力做的功，结合动能定理可知，滑块下滑到最低点时F下＝－6.4 N，此时y1＝2× m＝1.28 m，滑块从最低点上滑过程，以沿杆向上为正方向，滑块所受合力F上＝Fy－f－mgsin53°，代入数据得F上＝(10y－9.6) N，开始时F上0＝(10y1－9.6) N＝3.2 N，同理，当滑块上滑到最高点时F上＝－3.2 N，代入得此时y2＝0.64 m，因mgsin53°－ky2＝f，则滑块静止在此处，滑块从释放到静止的位移大小为y2＝0.64 m，C正确；从释放到静止滑块运动的路程为s＝y1＋(y1－y2)＝1.92 m，则滑块克服滑动摩擦力做功为W＝fs＝3.072 J，D错误。

2．(2025·海南卷，17)足够长的传送带固定在竖直平面内，半径R＝0.5 m、圆心角θ＝53°的圆弧轨道与平台平滑连接，平台与顺时针匀速转动的水平传送带平滑连接，工件A从圆弧顶点无初速度下滑，在平台上与B碰撞结合成一整体，AB随后滑上传送带，已知mA＝4 kg，mB＝1 kg，A、B可视为质点，AB与传送带间的动摩擦因数恒定，在传送带上运动的过程中，因摩擦生热Q＝2.5 J，忽略轨道及平台的摩擦，重力加速度大小g＝10 m/s2，求：

(1)A滑到圆弧最低点时所受的支持力；

(2)A与B整个碰撞过程中损失的机械能；

(3)传送带的速度大小。

答案：(1)72 N，方向竖直向上　(2)1.6 J (3)0.6 m/s或2.6 m/s

解析：(1)设A滑到圆弧最低点时速度大小为v0，所受支持力为FN，A从圆弧顶点至滑到圆弧最低点的过程，根据机械能守恒定律有mAg(R－Rcosθ)＝mAv

解得v0＝2 m/s

在最低点根据牛顿第二定律有FN－mAg＝mA

解得FN＝72 N，方向竖直向上。

(2)设A、B碰后速度大小为v共，A、B碰撞过程，根据动量守恒定律有mAv0＝(mA＋mB)v共

解得v共＝1.6 m/s

故A与B整个碰撞过程中损失的机械能为ΔE＝mAv－(mA＋mB)v

代入数据解得ΔE＝1.6 J。

(3)设传送带的速度大小为v，AB与传送带间的动摩擦因数为μ，AB的加速度大小为a，对AB根据牛顿第二定律有μ(mA＋mB)g＝(mA＋mB)a

本题需要分情况讨论：

①v<v共，AB滑上传送带后先减速运动后匀速运动，设经过时间t1后AB与传送带共速，可得v＝v共－at1

该段时间内AB运动的位移为x1＝t1

传送带运动的位移为x2＝vt1

故可得Q＝μ(mA＋mB)g·(x1－x2)

联立解得v＝0.6 m/s(另一解大于v共，舍去)；

②v>v共，AB滑上传送带后先加速运动后匀速运动，设经过时间t2后AB与传送带共速，同理可得v＝v共＋at2

该段时间内AB运动的位移为x1′＝t2

传送带运动的位移为x2′＝vt2

故可得Q＝μ(mA＋mB)g·(x2′－x1′)

解得v＝2.6 m/s(另一解小于v共，舍去)。

故传送带的速度大小为0.6 m/s或2.6 m/s。

3．(2025·浙江1月选考，16)一游戏装置的竖直截面如图所示。倾斜直轨道AB、半径为R的竖直螺旋轨道、水平轨道BC和C′E、倾角为37°的倾斜直轨道EF平滑连接成一个抛体装置。该装置除EF段轨道粗糙外，其余各段均光滑，F点与水平高台GHI等高。游戏开始，一质量为m的滑块1从轨道AB上的高度h处静止滑下，与静止在C点、质量也为m的滑块2发