高考物理一輪復習 考點規(guī)范練21 力學三大觀點的綜合應用（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

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1、考點規(guī)范練21力學三大觀點的綜合應用1.如圖所示,一質量為m=1 kg、長為l=1 m的直棒上附有倒刺,物體順著直棒倒刺下滑,所受阻力為物體重力的15,逆倒刺而上時,將立即被倒刺卡住?，F(xiàn)該直棒豎直靜止在地面上,一彈性環(huán)自直棒的頂端由靜止開始下滑,設彈性環(huán)與地面碰撞過程不損失機械能,彈性環(huán)的質量m環(huán)=3 kg,重力加速度g取10 m/s2,求直棒在之后的運動過程中底部離開地面的最大高度。答案:0.45 m解析:設彈性環(huán)下落到地面時,速度大小為v1,由動能定理得m環(huán)gl-Ffl=12m環(huán)v12,且有Ff=15m環(huán)g,解得v1=4m/s,彈性環(huán)反彈后被直棒倒刺卡住,與直棒速度相同,設為v2,由動量守

2、恒定律得m環(huán)v1=(m環(huán)+m)v2,解得v2=3m/s,故直棒能上升的最大高度為H=v222g=0.45m。2.(2019廣東揭陽期末)如圖所示,半徑為R=0.4 m的光滑圓弧軌道DE固定在豎直平面內,軌道的上端點D和圓心的連線與水平方向的夾角=30,軌道最低點E與水平面相切且安裝有一壓力傳感器。同一豎直平面內右上方光滑水平軌道兩側各有一質量均為m=0.1 kg的小物塊A和B,A以v0=4 m/s的速度向左運動與B碰撞并粘成一體C(可看成質點),恰好從D點沿軌道切線方向進入軌道(重力加速度g取10 m/s2,3=1.732)。計算結果要求保留2位有效數(shù)字。求:(1)小物塊A和B碰撞后C的速度v

3、1;(2)C在空中的飛行時間;(3)壓力傳感器的示數(shù)。答案:(1)2 m/s(2)0.35 s(3)16 N解析:(1)A、B碰撞過程系統(tǒng)動量守恒,以向左為正方向由動量守恒定律得:mv0=(m+m)v1,代入數(shù)據解得:v1=2m/s。(2)畫出質點C在D點的速度分解圖由分解圖得:tan=v1gt代入數(shù)據解得:t=0.35s。(3)在D點:sin=v1vD,解得:vD=4m/s,從D點到E點過程,由動能定理得:2mgR(1+sin)=122mvE2122mvD2,在E點由牛頓第二定律得:F-2mg=2mvE2R,代入數(shù)據解得:F=16N,由牛頓第三定律可知,傳感器示數(shù):F=F=16N。3.某校物

4、理興趣小組制作了一個游戲裝置,其簡化模型如圖所示,在A點用一彈射裝置可將靜止的小滑塊以水平速度v0彈射出去,沿水平直線軌道運動到B點后,進入半徑R=0.3 m的光滑豎直圓形軌道,運行一周后自B點向C點運動,C點右側有一陷阱,C、D兩點的豎直高度差h=0.2 m,水平距離s=0.6 m,水平軌道AB長為l1=1 m,BC長為l2=2.6 m,小滑塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)=0.5,重力加速度g取10 m/s2。(1)若小滑塊恰能通過圓形軌道的最高點,求小滑塊在A點彈射出的速度大小。(2)若游戲規(guī)則為小滑塊沿著圓形軌道運行一周離開圓形軌道后只要不掉進陷阱即為勝出,求小滑塊在A點彈射出的速度大小的范

5、圍。答案:(1)5 m/s(2)5 m/svA6 m/s和vA35 m/s解析:(1)小滑塊恰能通過圓軌道最高點的速度為v,由牛頓第二定律得mg=mv2R從B到最高點小滑塊機械能守恒,有12mvB2=2mgR+12mv2從A到B由動能定理得-mgl1=12mvB212mv12由以上三式解得A點的速度v1=5m/s。(2)若小滑塊剛好停在C處,從A到C由動能定理得-mg(l1+l2)=0-12mv22解得A點的速度為v2=6m/s,若小滑塊停在BC段,應滿足5m/svA6m/s。若小滑塊能通過C點并恰好越過陷阱,利用平拋運動,豎直方向h=12gt2,水平方向s=vCt。從A到C由動能定理得-mg

6、(l1+l2)=12mvC212mv32解得v3=35m/s。所以初速度的范圍為5m/svA6m/s和vA35m/s。4.如圖所示,一輛質量為m0=3 kg的平板小車A?？吭谪Q直光滑墻壁處,地面水平且光滑,一質量為m=1 kg的小鐵塊B(可視為質點)放在平板小車A最右端,平板小車A上表面水平且與小鐵塊B之間的動摩擦因數(shù)=0.5,平板小車A的長度l=0.9 m?，F(xiàn)給小鐵塊B一個v0=5 m/s的初速度使之向左運動,與豎直墻壁發(fā)生彈性碰撞后向右運動,求小鐵塊B在平板小車A上運動的整個過程中系統(tǒng)損失的機械能(重力加速度g取10 m/s2)。答案:9 J解析:設小鐵塊B向左運動到達豎直墻壁時的速度為v

7、1,根據動能定理得-mgl=12mv1212mv02,解得v1=4m/s。假設發(fā)生彈性碰撞后小鐵塊B最終和平板小車A達到的共同速度為v2,根據動量守恒定律得mv1=(m0+m)v2,解得v2=1m/s。設小鐵塊B在平板小車A上相對滑動的位移為x時與平板小車A達到共同速度v2,則根據功能關系得:-mgx=12(m0+m)v2212mv12,解得x=1.2m。由于xl,說明小鐵塊B在沒有與平板小車A達到共同速度時就滑出平板小車A,所以小鐵塊B在平板小車上運動的整個過程中系統(tǒng)損失的機械能為E=2mgl=9J。5.(2019全國卷)靜止在水平地面上的兩小物塊A、B,質量分別為mA=1.0 kg,mB=

8、4.0 kg;兩者之間有一被壓縮的微型彈簧,A與其右側的豎直墻壁距離l=1.0 m,如圖所示。某時刻,將壓縮的微型彈簧釋放,使A、B瞬間分離,兩物塊獲得的動能之和為Ek=10.0 J。釋放后,A沿著與墻壁垂直的方向向右運動。A、B與地面之間的動摩擦因數(shù)均為=0.20。重力加速度g取10 m/s2。A、B運動過程中所涉及的碰撞均為彈性碰撞且碰撞時間極短。(1)求彈簧釋放后瞬間A、B速度的大小;(2)物塊A、B中的哪一個先停止?該物塊剛停止時A與B之間的距離是多少?(3)A和B都停止后,A與B之間的距離是多少?答案:(1)vA=4.0 m/s,vB=1.0 m/s(2)B先停止0.50 m(3)0

9、.91 m解析:(1)設彈簧釋放瞬間A和B的速度大小分別為vA、vB,以向右為正方向,由動量守恒定律和題給條件有0=mAvA-mBvBEk=12mAvA2+12mBvB2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據得vA=4.0m/s,vB=1.0m/s。(2)A、B兩物塊與地面間的動摩擦因數(shù)相等,因而兩者滑動時加速度大小相等,設為a。假設A和B發(fā)生碰撞前,已經有一個物塊停止,此物塊應為彈簧釋放后速度較小的B。設從彈簧釋放到B停止所需時間為t,B向左運動的路程為sB,則有mBa=mBgsB=vBt-12at2vB-at=0在時間t內,A可能與墻發(fā)生彈性碰撞,碰撞后A將向左運動,碰撞并不改變A的速度大小,所以無論此碰撞

10、是否發(fā)生,A在時間t內的路程sA都可表示為sA=vAt-12at2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據得sA=1.75m,sB=0.25m這表明在時間t內A已與墻壁發(fā)生碰撞,但沒有與B發(fā)生碰撞,此時A位于出發(fā)點右邊0.25m處。B位于出發(fā)點左邊0.25m處,兩物塊之間的距離s為s=0.25m+0.25m=0.50m。(3)t時刻后A將繼續(xù)向左運動,假設它能與靜止的B碰撞,碰撞時速度的大小為vA,由動能定理有12mAvA2-12mAvA2=-mAg(2l+sB)聯(lián)立式并代入題給數(shù)據得vA=7m/s故A與B將發(fā)生碰撞。設碰撞后A、B的速度分別為vA和vB,由動量守恒定律與機械能守恒定律有mA(-vA)=mAvA+mBvB12mAvA2=12mAvA2+12mBvB2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據得vA=375m/s,vB=-275m/s這表明碰撞后A將向右運動,B繼續(xù)向左運動。設碰撞后A向右運動距離為sA時停止,B向左運動距離為sB時停止,由運動學公式有2asA=vA2,2asB=vB2由式及題給數(shù)據得sA=0.63m,sB=0.28msA小于碰撞處到墻壁的距離。由上式可得兩物塊停止后的距離s=sA+sB=0.91m。