内容正文:
专题十三 力学三大观点的综合应用
1
题型一 动力学与动量观点的综合应用
题型二 能量与动量观点的综合应用
题型三 力学三大观点的综合应用
经典习题
◆
◆
考点精讲
课时作业
答案核查【考】
答案核查【作】
2
1.力学三大基本观点
力与运动的观点 运用牛顿运动定律结合运动学知识解题,可处理匀变速运动问题
能量的观点 用动能定理和能量守恒观点解题,可处理非匀变速运动问题
动量的观点 用动量守恒观点解题,可处理非匀变速运动问题
3
2.三大观点的选用原则
力学中首先考虑使用两个守恒定律.两个守恒定律的表达式中多项都是状态量
(如速度、位置),所以守恒定律能解决状态问题,不能解决过程<m></m>如位移<m></m>、时间<m></m>问题,不
能解决力<m></m>的问题.
(1)若是多个物体组成的系统,优先考虑使用两个守恒定律.
(2)若物体(或系统)涉及速度和时间,应考虑使用动量定理.
(3)若物体(或系统)涉及位移和时间,且受到恒力作用,应考虑使用牛顿运动定律.
(4)若物体(或系统)涉及位移和速度,应考虑使用动能定理,系统中摩擦力做功时应用摩擦
力乘以相对路程,动能定理解决曲线运动和变加速运动特别方便.
4
题型一 动力学与动量观点的综合应用
例1 [2025·河南卷] 如图所示,在一段水平光滑直道上每间隔 铺设有宽度为
的防滑带.在最左端防滑带的左边缘静止有质量为的物块 ,另一
质量为的物块以的速度向右运动并与物块 发生正碰,且碰撞
时间极短.已知碰撞后瞬间物块的速度大小为,、 与防滑带间的动摩擦
因数均为,重力加速度大小取 .求:
题
型
一
5
(1) 该碰撞过程中损失的机械能;
[答案]
[解析] 、发生正碰,由动量守恒定律有
由能量守恒定律有
联立解得,
题
型
一
6
例1 [2025·河南卷] 如图所示,在一段水平光滑直道上每间隔 铺设有宽度为
的防滑带.在最左端防滑带的左边缘静止有质量为的物块 ,另一
质量为的物块以的速度向右运动并与物块 发生正碰,且碰撞
时间极短.已知碰撞后瞬间物块的速度大小为,、 与防滑带间的动摩擦
因数均为,重力加速度大小取 .求:
(2) 从开始运动到静止经历的时间.
[答案]
题
型
一
7
[解析] 对物块由牛顿第二定律有
物块在第一个防滑带上运动时,由运动学公式有,
解得
则物块在第一个防滑带上运动的时间为
物块在光滑的直道上做匀速直线运动,则
解得
物块在第二个防滑带上运动时,由运动学公式有,
解得
题
型
一
8
则物块在第二个防滑带上运动的时间为
物块在光滑的直道上做匀速直线运动,则
解得
由以上条件可知,物块最终停在第三个防滑带上,由运动学公式有
可得物块在第三个防滑带上运动的时间为
故物块从开始运动到静止经历的时间为
题
型
一
9
题型二 能量与动量观点的综合应用
例2 (16分)[2025· 陕青宁晋卷] 如图所示,有两个电性相同且质量分别为、 的粒
子、,初始时刻相距,粒子以速度沿两粒子连线向速度为0的粒子 运动,此
时、两粒子系统的电势能等于.经时间粒子到达 点,此时两粒子速度相
同,同时开始给粒子施加一恒力,方向与速度方向相同.当粒子的速度为 时,粒
子恰好运动至点且速度为0,、粒子间距离恢复为 ,这时撤去恒力.己知任意两
带电粒子系统的电势能与其距离成反比,忽略两粒子所受重力.求:、、、 均
为己知量
题
型
二
10
(1) 粒子到达点时的速度大小 ;
[答案]
[解析] 根据动量守恒定律得
(2分)
解得 (1分)
题
型
二
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例2 (16分)[2025· 陕青宁晋卷] 如图所示,有两个电性相同且质量分别为、 的粒
子、,初始时刻相距,粒子以速度沿两粒子连线向速度为0的粒子 运动,此
时、两粒子系统的电势能等于.经时间粒子到达 点,此时两粒子速度相
同,同时开始给粒子施加一恒力,方向与速度方向相同.当粒子的速度为 时,粒
子恰好运动至点且速度为0,、粒子间距离恢复为 ,这时撤去恒力.己知任意两
带电粒子系统的电势能与其距离成反比,忽略两粒子所受重力.求:、、、 均
为己知量
(2) 时间内粒子的位移大小 ;
[答案]
题
型
二
12
[解析] 两者共速时设间距为 ,根据能量守恒定律可知,此时电势能为
(2分)
根据题意电荷间的电势能与它们之间的距离成反比,则 (1分)
两者共速前的过程系统始终动量守恒,则有 (2分)
即 (1分)
根据位移关系可知 (1分)
联立解得 (1分)
题
型
二
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例2 (16分)[2025· 陕青宁晋卷] 如图所示,有两个电性相同且质量分别为、 的粒
子、,初始时刻相距,粒子以速度沿两粒子连线向速度为0的粒子 运动,此
时、两粒子系统的电势能等于.经时间粒子到达 点,此时两粒子速度相
同,同时开始给粒子施加一恒力,方向与速度方向相同.当粒子的速度为 时,粒
子恰好运动至点且速度为0,、粒子间距离恢复为 ,这时撤去恒力.己知任意两
带电粒子系统的电势能与其距离成反比,忽略两粒子所受重力.求:、、、 均
为己知量
(3) 恒力作用的时间 .
[答案]
题
型
二
14
[解析] 全过程中对系统根据动能定理得
(2分)
全过程中对系统根据动量定理得
(2分)
联立解得 (1分)
题
型
二
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题型三 力学三大观点的综合应用
例3 [2025·海南卷] 足够长的传送带固定在竖直平面内,半径为 、圆心角为
的圆弧轨道与平台平滑连接,平台与沿顺时针方向匀速转动的水平传送带平
滑连接,工件从圆弧轨道顶点无初速度下滑,在平台与 碰后粘连,随后一起滑上传
送带,已知,,、可视为质点, 整体与传送带间的动摩擦
因数恒定,在传送带上运动的过程中,因摩擦产生的热量为 ,忽略轨道及平
台的摩擦,传送带足够长,取.求:
题
型
三
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(1) 滑到圆弧最低点时受到的支持力;
[答案] ,方向竖直向上
[解析] 从开始到滑到圆弧轨道最低点,根据机械能守恒定律有
解得
在最低点根据牛顿第二定律有
解得 ,方向竖直向上
题
型
三
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例3 [2025·海南卷] 足够长的传送带固定在竖直平面内,半径为 、圆心角为
的圆弧轨道与平台平滑连接,平台与沿顺时针方向匀速转动的水平传送带平
滑连接,工件从圆弧轨道顶点无初速度下滑,在平台与 碰后粘连,随后一起滑上传
送带,已知,,、可视为质点, 整体与传送带间的动摩擦
因数恒定,在传送带上运动的过程中,因摩擦产生的热量为 ,忽略轨道及平
台的摩擦,传送带足够长,取.求:
(2) 与 整个碰撞过程中损失的机械能;
[答案]
题
型
三
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[解析] 对、碰撞过程,根据动量守恒定律有
解得
故与整个碰撞过程中损失的机械能为
题
型
三
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例3 [2025·海南卷] 足够长的传送带固定在竖直平面内,半径为 、圆心角为
的圆弧轨道与平台平滑连接,平台与沿顺时针方向匀速转动的水平传送带平
滑连接,工件从圆弧轨道顶点无初速度下滑,在平台与 碰后粘连,随后一起滑上传
送带,已知,,、可视为质点, 整体与传送带间的动摩擦
因数恒定,在传送带上运动的过程中,因摩擦产生的热量为 ,忽略轨道及平
台的摩擦,传送带足够长,取.求:
(3) 传送带的速度大小.
[答案] 或
题
型
三
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[解析] 第一种情况,当传送带速度小于时, 滑上传送带后先减速后匀速运动,
设与传送带间的动摩擦因数为 ,对 根据牛顿第二定律有
设经过时间后与传送带共速,可得
该段时间内运动的位移大小为
传送带运动的位移为
故可得
联立解得
题
型
三
21
第二种情况,当传送带速度大于时, 滑上传送带后先加速后匀速运动,设经过
时间后与传送带共速,同理可得
该段时间内运动的位移为
传送带运动的位移为
故可得
解得
题
型
三
22
1.如图所示,一滑雪道由和两段滑道组成,其中段倾角为 ,段水平.
段和段由一小段光滑圆弧连接.一个质量为的背包在滑道顶端 处由静止滑下,
若后质量为的滑雪者从顶端以的初速度、 的加速度匀加速追赶,
恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起.背包与滑道的动摩擦因数为
,重力加速度取,, ,忽略空气阻力及拎包过程中
滑雪者与背包的重心变化.求:
经 典 习 题
23
(1) 滑道 段的长度;
[答案]
[解析] 对背包受力分析,由牛顿第二定律有
解得
滑雪者在坡底追上背包,所以
对背包有
对滑雪者有
解得,
经 典 习 题
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1.如图所示,一滑雪道由和两段滑道组成,其中段倾角为 ,段水平.
段和段由一小段光滑圆弧连接.一个质量为的背包在滑道顶端 处由静止滑下,
若后质量为的滑雪者从顶端以的初速度、 的加速度匀加速追赶,
恰好在坡底光滑圆弧的水平处追上背包并立即将其拎起.背包与滑道的动摩擦因数为
,重力加速度取,, ,忽略空气阻力及拎包过程中
滑雪者与背包的重心变化.求:
(2) 滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度大小.
[答案]
经 典 习 题
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[解析] 滑雪者拎起背包前一瞬间的速度为
背包此时的速度为
拎起背包前、后瞬间,滑雪者与背包组成的系统动量守恒,有
得
即滑雪者拎起背包时这一瞬间的速度大小为
经 典 习 题
26
2.某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图所示,皮带在电动机的带动下保持
的恒定速度顺时针运动,现将一质量为 的邮件轻放在皮带上,邮件
和皮带间的动摩擦因数为设皮带足够长,取 ,在邮件与皮带发生相
对滑动的过程中,求:
(1) 邮件滑动的时间 ;
[答案]
[解析] 设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为 ,则
取向右为正方向,对邮件应用动量定理,有
代入数据得
经 典 习 题
27
2.某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图所示,皮带在电动机的带动下保持
的恒定速度顺时针运动,现将一质量为 的邮件轻放在皮带上,邮件
和皮带间的动摩擦因数为设皮带足够长,取 ,在邮件与皮带发生相
对滑动的过程中,求:
(2) 邮件对地的位移大小 ;
[答案]
[解析] 邮件与皮带发生相对滑动的过程中,对邮件应用动能定理,有
代入数据得
经 典 习 题
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2.某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图所示,皮带在电动机的带动下保持
的恒定速度顺时针运动,现将一质量为 的邮件轻放在皮带上,邮件
和皮带间的动摩擦因数为设皮带足够长,取 ,在邮件与皮带发生相
对滑动的过程中,求:
(3) 邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功 .
[答案]
[解析] 邮件与皮带发生相对滑动的过程中,设皮带相对地面的位移为 ,则
摩擦力对皮带做的功为
代入数据得
经 典 习 题
29
3.如图甲所示,在同一竖直面内,光滑水平面与倾角为 的传送带通过一段半径
的光滑圆轨道连接,圆轨道两端分别与水平面及传送带相切于、 点,开
始时滑块静止,滑块以速度向运动,与发生弹性碰撞, 通过圆轨道滑上顺
时针匀速转动的传送带.已知滑块滑上传送带后的图像如图乙所示,时
离开传送带的上端点,滑块的质量为,滑块的质量为 ,重力加
速度取,, .
经 典 习 题
30
(1) 求碰撞后滑块 的速度大小;
[答案]
[解析] 设、碰撞后的速度为,到达点时速度为,由图像可得
在 过程由动能定理有
解得
经 典 习 题
31
3.如图甲所示,在同一竖直面内,光滑水平面与倾角为 的传送带通过一段半径
的光滑圆轨道连接,圆轨道两端分别与水平面及传送带相切于、 点,开
始时滑块静止,滑块以速度向运动,与发生弹性碰撞, 通过圆轨道滑上顺
时针匀速转动的传送带.已知滑块滑上传送带后的图像如图乙所示,时
离开传送带的上端点,滑块的质量为,滑块的质量为 ,重力加
速度取,, .
(2) 求滑块经 点时对圆轨道的压力大小
(结果保留1位小数);
[答案]
经 典 习 题
32
[解析] 在 点时,由牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律得经点时对轨道的压力大小为
经 典 习 题
33
3.如图甲所示,在同一竖直面内,光滑水平面与倾角为 的传送带通过一段半径
的光滑圆轨道连接,圆轨道两端分别与水平面及传送带相切于、 点,开
始时滑块静止,滑块以速度向运动,与发生弹性碰撞, 通过圆轨道滑上顺
时针匀速转动的传送带.已知滑块滑上传送带后的图像如图乙所示,时
离开传送带的上端点,滑块的质量为,滑块的质量为 ,重力加
速度取,, .
(3) 求滑块的速度 的大小;
[答案]
经 典 习 题
34
[解析] 设、碰后的速度为,由动量守恒定律有
由机械能守恒定律有
解得
经 典 习 题
35
3.如图甲所示,在同一竖直面内,光滑水平面与倾角为 的传送带通过一段半径
的光滑圆轨道连接,圆轨道两端分别与水平面及传送带相切于、 点,开
始时滑块静止,滑块以速度向运动,与发生弹性碰撞, 通过圆轨道滑上顺
时针匀速转动的传送带.已知滑块滑上传送带后的图像如图乙所示,时
离开传送带的上端点,滑块的质量为,滑块的质量为 ,重力加
速度取,, .
(4) 若传送带的动力系统机械效率为,则求因运送滑块 需要多消耗的能量.
[答案]
经 典 习 题
36
[解析] 由图像可得,传送带的速度为
传送带从到的长度为
滑块在传送带上滑动的相对距离为
设滑块在传送带上的加速度为,设传送带的动摩擦因数为 ,则由牛顿第二定律有
由能量守恒定律有
解得
经 典 习 题
37
课时作业
38
(限时40分钟)
1.[2024·天津卷] 如图所示,光滑半圆轨道直径沿竖直方向,最低点与水平面相切.对静
置于轨道最低点的小球施加水平向左的瞬时冲量, 沿轨道运动到最高点时,与用
轻绳悬挂的静止小球正碰并粘在一起.已知,、 的质量分别为
、,轨道半径和绳长均为 ,两球
均视为质点,轻绳不可伸长,重力加速度取 ,不计空气阻
力.求:
课 时 作 业
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(1) 与碰前瞬间 的速度大小;
[答案]
[解析] 根据题意,设小球从最低点开始运动时的速度为 ,由动量定理有
设与碰前瞬间的速度大小为 ,从最低点到最高点,由动能定理有
联立代入数据解得
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1.[2024·天津卷] 如图所示,光滑半圆轨道直径沿竖直方向,最低点与水平面相切.对静
置于轨道最低点的小球施加水平向左的瞬时冲量, 沿轨道运动到最高点时,与用
轻绳悬挂的静止小球正碰并粘在一起.已知,、 的质量分别为
、,轨道半径和绳长均为 ,两球均视为质点,轻绳
不可伸长,重力加速度取 ,不计空气阻力.求:
(2) 、 碰后瞬间轻绳的拉力大小.
[答案]
课 时 作 业
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[解析] 与用轻绳悬挂的静止小球 正碰并粘在一起,由动量守恒定律有
设、碰后瞬间轻绳的拉力大小为 ,由牛顿第二定律有
联立代入数据解得
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2.[2024·辽宁卷] 如图所示,高度的水平桌面上放置两个相同物块、 ,质
量,、间夹一压缩量的轻弹簧,弹簧与、 不拴接.
同时由静止释放、,弹簧恢复原长时 恰好从桌面左端沿水平方向飞出,水平射程
;脱离弹簧后沿桌面滑行一段距离后停止.、 均视为质点,
重力加速度取 .求:
(1) 脱离弹簧时、的速度大小和 ;
[答案]
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[解析] 弹簧恢复原长时恰好从桌面左端沿水平方向飞出,说明 脱离弹簧时的速度为
平抛运动的初速度,对 做平抛运动过程, 有
联立解得脱离弹簧时的速度大小
对、 整体,由动量守恒定律得
解得脱离弹簧时的速度大小
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2.[2024·辽宁卷] 如图所示,高度的水平桌面上放置两个相同物块、 ,质
量,、间夹一压缩量的轻弹簧,弹簧与、 不拴接.
同时由静止释放、,弹簧恢复原长时 恰好从桌面左端沿水平方向飞出,水平射程
;脱离弹簧后沿桌面滑行一段距离后停止.、 均视为质点,
重力加速度取 .求:
(2) 物块与桌面间的动摩擦因数 ;
[答案] 0.2
[解析] 对 脱离弹簧后运动过程,由动能定理得
解得物块与桌面间的动摩擦因数
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2.[2024·辽宁卷] 如图所示,高度的水平桌面上放置两个相同物块、 ,质
量,、间夹一压缩量的轻弹簧,弹簧与、 不拴接.
同时由静止释放、,弹簧恢复原长时 恰好从桌面左端沿水平方向飞出,水平射程
;脱离弹簧后沿桌面滑行一段距离后停止.、 均视为质点,
重力加速度取 .求:
(3) 整个过程中,弹簧释放的弹性势能 .
[答案]
[解析] 整个过程中,由能量守恒定律有
其中,
解得弹簧释放的弹性势能
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3.[2024·湖北卷] 如图所示,水平传送带以 的速度顺时针匀速转动,传送带左右
两端的距离为.传送带右端的正上方有一悬点,用长为 、不可伸长的轻绳
悬挂一质量为的小球,小球与传送带上表面平齐但不接触.在点右侧的 点固定
一钉子,点与点等高.将质量为 的小物块无初速度轻放在传送带左端,小物块
运动到右端与小球正碰,碰撞时间极短,碰后瞬间小物块的速度大小为 、方向水
平向左.小球碰后绕点做圆周运动,当轻绳被钉子挡住后,小球继续绕 点向上运动.
已知小物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度大小取 .
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(1) 求小物块与小球碰撞前瞬间,小物块的速度大小.
[答案]
[解析] 小物块刚放在传送带上时,由牛顿第二定律有
解得
假设小物块运动到传送带右端前已与传送带共速,则此过程有
解得小物块运动的位移为
由于 ,所以假设成立,即小物块运动到传送带
右端前已与传送带共速,因此小物块与小球碰撞前瞬间,小物
块的速度大小等于传送带的速度大小,为
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3.[2024·湖北卷] 如图所示,水平传送带以 的速度顺时针匀速转动,传送带左右
两端的距离为.传送带右端的正上方有一悬点,用长为 、不可伸长的轻绳
悬挂一质量为的小球,小球与传送带上表面平齐但不接触.在点右侧的 点固定
一钉子,点与点等高.将质量为 的小物块无初速度轻放在传送带左端,小物块
运动到右端与小球正碰,碰撞时间极短,碰后瞬间小物块的速度大小为 、方向水
平向左.小球碰后绕点做圆周运动,当轻绳被钉子挡住后,小球继续绕 点向上运动.
已知小物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度大小取 .
(2) 求小物块与小球碰撞过程中,两者构成的系统损失的总动能.
[答案]
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[解析] 小物块运动到右端与小球正碰,碰撞时间极短,小物块与小球组成的系统动量
守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律有
其中,
解得
小物块与小球碰撞过程中,两者构成的系统损失的总动能为
解得
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3.[2024·湖北卷] 如图所示,水平传送带以 的速度顺时针匀速转动,传送带左右
两端的距离为.传送带右端的正上方有一悬点,用长为 、不可伸长的轻绳
悬挂一质量为的小球,小球与传送带上表面平齐但不接触.在点右侧的 点固定
一钉子,点与点等高.将质量为 的小物块无初速度轻放在传送带左端,小物块
运动到右端与小球正碰,碰撞时间极短,碰后瞬间小物块的速度大小为 、方向水
平向左.小球碰后绕点做圆周运动,当轻绳被钉子挡住后,小球继续绕 点向上运动.
已知小物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度大小取 .
(3) 若小球运动到点正上方,绳子不松弛,求点到 点的最小
距离.
[答案]
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[解析] 若小球运动到点正上方,绳子不松弛,设点到点的距离为,小球在 点正
上方的速度为,在 点正上方,由牛顿第二定律有
小球从点正下方到 点正上方过程中,由机械能守恒定律有
联立解得
即点到点的最小距离为
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4.[2024·浙江6月选考] 一弹射游戏装置竖直截面如图所示,固定的光滑水平直轨道 、
半径为的光滑螺旋圆形轨道、光滑水平直轨道平滑连接.长为、质量为 的
平板紧靠长为的固定凹槽侧壁放置,平板上表面与齐平.将一质量为
的小滑块从端弹射,经过轨道后滑上平板并带动平板一起运动,平板到达 即
被锁定.已知,,, ,平板与滑块间的动摩擦因
数、与凹槽水平底面间的动摩擦因数为 .滑块视为质点,不计空气阻力,
最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取 .
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(1) 滑块恰好能通过圆形轨道最高点时,求滑块离开弹簧时速度 的大小;
[答案]
[解析] 滑块离开弹簧后运动到圆形轨道最高点 的过程中,由动能定理得
滑块恰好能通过圆形轨道最高点 ,有
联立解得
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4.[2024·浙江6月选考] 一弹射游戏装置竖直截面如图所示,固定的光滑水平直轨道 、
半径为的光滑螺旋圆形轨道、光滑水平直轨道平滑连接.长为、质量为 的
平板紧靠长为的固定凹槽侧壁放置,平板上表面与齐平.将一质量为
的小滑块从端弹射,经过轨道后滑上平板并带动平板一起运动,平板到达 即
被锁定.已知,, , ,平板与滑块间的动摩擦因
数、与凹槽水平底面间的动摩擦因数为 .滑块视为质点,不计空气阻力,
最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取 .
(2) 若,滑块恰好过 点后,求平板加
速至与滑块共速时系统损耗的机械能;
[答案]
课 时 作 业
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[解析] 滑块滑上平板后,平板加速至与滑块共速过程中,根据动量守恒定律有
系统损失的机械能
联立解得
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4.[2024·浙江6月选考] 一弹射游戏装置竖直截面如图所示,固定的光滑水平直轨道 、
半径为的光滑螺旋圆形轨道、光滑水平直轨道平滑连接.长为、质量为 的
平板紧靠长为的固定凹槽侧壁放置,平板上表面与齐平.将一质量为
的小滑块从端弹射,经过轨道后滑上平板并带动平板一起运动,平板到达 即
被锁定.已知,, , ,平板与滑块间的动摩擦因
数、与凹槽水平底面间的动摩擦因数为 .滑块视为质点,不计空气阻力,
最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取 .
(3) 若,滑块能到达 点,求其离开
弹簧时的最大速度 .
[答案]
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[解析] 滑块滑上平板,运动到平板最右端恰好不滑下,之后与平板一起匀减速运动到
点时,滑块离开弹簧时的速度最大
滑块的加速度大小满足
解得
平板的加速度大小 满足
解得
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作出 图像,如图所示
由 图像可知
联立解得
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例1 (1)<m></m> (2)<m></m>
例2 (1)<m></m> (2)<m></m> (3)<m></m>
例3 (1)<m></m>,方向竖直向上 (2)<m></m> (3)<m></m>或<m></m>
答 案 核 查
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课时作业
1.(1)<m></m> (2)<m></m>
2.(1)<m></m> (2)0.2 (3)<m></m>
3.(1)<m></m> (2)<m></m> (3)<m></m>
4.(1)<m></m> (2)<m></m> (3)<m></m>
答 案 核 查
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