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若一个物体参与了多个运动过程,有的过程只涉及运动和力的问题或只要求分析物体的动力学特点,则要用动力学方法求解;若某过程涉及到做功和能量转化问题,则要考虑应用动能定理或机械能守恒定律求解。
一、应用动力学和能量观点分析直线、平抛和圆周运动组合问题
这类模型一般各阶段的运动过程具有独立性,只要对不同过程分别选用相应规律即可,两个相邻的过程连接点的速度是联系两过程的纽带。很多情况下平抛运动末速度的方向是解决问题的重要突破口。
力学综合题中多过程问题的分析思路[来源:学科网ZXXK]
(1) 对力学综合题中的多过程问题,关键是抓住物理情境中出现的运动状态与运动过程,将物理过程分解成几个简单的子过程。
(2) 找出各阶段是由什么物理量联系起来的,然后对于每一个子过程分别进行受力分析、过程分析和能量分析,选择合适的规律列出相应的方程求解。
【典例1】质量为m = 1 kg 的小物块轻轻地放在水平匀速运动的传送带上的P 点,随传送带运动到A点后水平抛出,小物块恰好无碰撞地沿圆弧切线从B点进入竖直光滑的圆弧轨道。B、C 为圆弧轨道的两端点,其连线水平。已知圆弧轨道的半径R =1.0 m,圆弧轨道对应的圆心角θ=106°,轨道最低点为O,A点距水平面的高度h =0.8 m,小物块离开C点后恰能无碰撞地沿固定斜面向上运动,0.8 s后经过D点,小物块与斜面间的动摩擦因数为μ1=。(g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1) 求小物块离开A点时的水平初速度v1;
(2) 求小物块经过O点时对轨道的压力;
(3) 假设小物块与传送带间的动摩擦因数为μ2 = 0.3,传送带的速度为5 m/s,求P、A 间的距离是多少;
(4) 求斜面上C、D间的距离。
【解析】 (1)对于小物块,由A点到B点有v=2gh
在B点有tan=
所以v1=3 m/s
(2)对于小物块,由B点到O点有 mgR(1-cosmv-mv)=
【答案】 (1)3 m/s (2)43 N (3)1.5 m (4)0.98 m
【典例2】 一轻质细绳一端系一质量为m = kg的小球A,另一端挂在光滑水平轴O上,O 到小球的距离为L = 0.1 m,小球跟水平面接触,但无相互作用,在球的两侧等距离处分别固定一个光滑的斜面和一个挡板,如图所示,水平距离s为2 m,动摩擦因数为0.25。现有一小滑