2019-2020年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí) 專題一力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用教案 人教版.doc

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2019-2020年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí) 專題一力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用教案 人教版 【考點(diǎn)透視】 解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有三個(gè)基本觀點(diǎn)，即是力的觀點(diǎn)、動(dòng)量的觀點(diǎn)、能量的觀點(diǎn)。 一、知識(shí)回顧 1．力的觀點(diǎn) ⑴．勻變速直線運(yùn)動(dòng)中常見的公式（或規(guī)律）： 牛頓第二定律： 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：，，，， ⑵．圓周運(yùn)動(dòng)的主要公式： 2．動(dòng)量觀點(diǎn) ⑴．恒力的沖量： ⑵．動(dòng)量：，動(dòng)量的變化 ⑶．動(dòng)量大小與動(dòng)能的關(guān)系 ⑷．動(dòng)量定理：，對(duì)于恒力，通常研究的對(duì)象是一個(gè)物體。 ⑸．動(dòng)量守恒定律： 條件：系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)所受外力的合力為零；或系統(tǒng)所受外力的合力雖不為零，但比系統(tǒng)內(nèi)力小得多，（如碰撞問(wèn)題中的摩擦力、爆炸問(wèn)題中的重力等外力比起相互作用的內(nèi)力來(lái)小得多，可以忽略不計(jì)）；或系統(tǒng)所受外力的合力雖不為零，但在某個(gè)方向上的分量為零（在該方向上系統(tǒng)的總動(dòng)量的分量保持不變）。 表達(dá)式：對(duì)于兩個(gè)物體有，研究的對(duì)象是一個(gè)系統(tǒng)（含兩個(gè)或兩個(gè)以上相互作用的物體）。 3．用能量觀點(diǎn)解題的基本概念及主要關(guān)系 ⑴．恒力做功：，， ⑵．重力勢(shì)能，動(dòng)能，動(dòng)能變化 ⑶．動(dòng)能定理：力對(duì)物體所做的總功等于物體動(dòng)能變化，表達(dá)式 ⑷．常見的功能關(guān)系 重力做功等于重力勢(shì)能增量的負(fù)值 彈簧彈力做功等于彈性勢(shì)能增量的負(fù)值 有相對(duì)時(shí)，系統(tǒng)克服滑動(dòng)摩擦力做功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能，即 ⑸．機(jī)械能守恒：只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功系統(tǒng)的總的機(jī)械能保持不變。表達(dá)式有、、 ⑹．能量守恒：能量守恒定律是自然界中普遍適用的基本規(guī)律。 二、力學(xué)規(guī)律的選用原則： 1．研究某一物體所受力的瞬時(shí)作用與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系時(shí)，一般用力的觀點(diǎn)解題。 2．研究某一個(gè)物體受到力的持續(xù)作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，如果涉及時(shí)間的問(wèn)題一般用動(dòng)量定理，如果涉及位移問(wèn)題往往用動(dòng)能定理。 3．若研究的對(duì)象為多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，且它們之間有相互作用，一般用動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律去解決問(wèn)題。 提示：在涉及有碰撞、爆炸、打擊、繩繃緊等物理現(xiàn)象時(shí)，由于它們作用時(shí)間都極短，故動(dòng)量守恒定律一般能派上大用場(chǎng)，但須注意到這些過(guò)程—般均隱含有系統(tǒng)機(jī)械能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化。在涉及相對(duì)位移問(wèn)題時(shí)，優(yōu)先考慮能量守恒定律，即用系統(tǒng)克服摩擦力所做的總功等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量，也等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能。 【例題解析】 一、力的觀點(diǎn)與動(dòng)量觀點(diǎn)結(jié)合 例1　如圖所示，長(zhǎng)12 m，質(zhì)量為50 kg的木板右端有一立柱，木板置于水平地面上，木板與地面間的動(dòng)摩因數(shù)為0.1，質(zhì)量為50 kg的人立于木板左端，木板與均靜止，當(dāng)人以4m/s2的加速度勻加速向右奔跑至板右端時(shí)立即抱住木柱，試求：（g取10m/s2） （1）人在奔跑過(guò)程中受到的摩擦力的大小。 （2）人從開始奔跑至到達(dá)木板右端所經(jīng)歷的時(shí)間。 （3）人抱住木柱后，木板向什么方向滑動(dòng)?還能滑行多遠(yuǎn)的距離? 解析：人相對(duì)木板奔跑時(shí)，設(shè)人的質(zhì)量為，加速度為，木板的質(zhì)量為M，加速度大小為，人與木板間的摩擦力為，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)人有：； （2）設(shè)人從木板左端開始距到右端的時(shí)間為，對(duì)木板受力分析可知：故，方向向左； 由幾何關(guān)系得：，代入數(shù)據(jù)得： （3）當(dāng)人奔跑至右端時(shí)，人的速度，木板的速度；人抱住木柱的過(guò)程中，系統(tǒng)所受的合外力遠(yuǎn)小于相互作用的內(nèi)力，滿足動(dòng)量守恒條件，有： ?。ㄆ渲袨槎吖餐俣龋? 代入數(shù)據(jù)得，方向與人原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向一致； 以后二者以為初速度向右作減速滑動(dòng)，其加速度大小為，故木板滑行的距離為。 點(diǎn)撥：用力的觀點(diǎn)解題時(shí)，要認(rèn)真分析物體受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，關(guān)鍵是求出加速度。 二、動(dòng)量觀點(diǎn)與能量觀點(diǎn)綜合 例2　如圖所示，坡道頂端距水平面高度為，質(zhì)量為的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下，在進(jìn)入水平面上的滑道時(shí)無(wú)機(jī)械能損失，為使A制動(dòng)，將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長(zhǎng)線M處的墻上，另一端與質(zhì)量為m2的擋板B相連，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，B恰位于滑道的末端O點(diǎn)。A與B碰撞時(shí)間極短，碰后結(jié)合在一起共同壓縮彈簧，已知在OM段A、B與水平面間動(dòng)摩擦因數(shù)均為，其余各處的摩擦不計(jì)，重力加速度為，求： （1）物塊A在與擋板B碰撞前瞬間速度的大小。 （2）彈簧最大壓縮量為d時(shí)的彈性勢(shì)能 （設(shè)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)彈性勢(shì)能為零）。 解析：（1） 物塊A在坡道上滑行時(shí)只有重力做功，滿足機(jī)械能守恒的條件，有，故。 （2） A、B在水平道上碰撞時(shí)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有 接著A、B一起壓縮彈簧到最短，在此過(guò)程中A、B克服摩擦力所做的功由能量守恒定律可得，所以。 點(diǎn)撥：有關(guān)彈簧的彈性勢(shì)能，由于教材中沒有給出公式，因此一般只能通過(guò)能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律來(lái)計(jì)算。能量守恒是自然界普遍遵守的規(guī)律，用此觀點(diǎn)求解的力學(xué)問(wèn)題可以收到事半功倍的效果，認(rèn)真分析題中事實(shí)實(shí)現(xiàn)了哪些能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，否則可能會(huì)前功盡棄。 例3　如圖所示，在光滑的水平面上有一質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為的小車，小車左端有一質(zhì)量也是m可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊，車子的右壁固定有一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的壓縮輕彈簧（彈簧長(zhǎng)度與車長(zhǎng)相比可忽略），物塊與小車間滑動(dòng)摩擦因數(shù)為，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)在給物塊一個(gè)水平向右的初速度，物塊剛好能與小車右壁的彈簧接觸，此時(shí)彈簧鎖定瞬間解除，當(dāng)物塊再回到左端時(shí)，恰與小車相對(duì)靜止。求： （1）物塊的初速度及解除鎖定前小車相對(duì)地運(yùn)動(dòng)的位移。 （2）求彈簧解除鎖定瞬間物塊和小車的速度分別為多少? 解析：（1）物塊在小車上運(yùn)動(dòng)到右壁時(shí)，設(shè)小車與物塊的共同速度為，由動(dòng)量守恒定律得，由能量關(guān)系有，故，在物塊相對(duì)小車向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，小車向右作勻加速運(yùn)動(dòng)加速度為，速度由0增加到，小車位移為，則； （2）彈簧解除鎖定的瞬間，設(shè)小車的速度為，物塊速度為，最終速度與小車靜止時(shí)，共同速度為，由動(dòng)量守恒定律得，由能量關(guān)系有， 聯(lián)立四式解得： 和（舍去），所以，。 點(diǎn)撥：彈簧鎖定意味著儲(chǔ)存彈性勢(shì)能能量，解出鎖定意味著釋放彈性勢(shì)能能量。求解物理問(wèn)題，有時(shí)需要根據(jù)結(jié)果和物理事實(shí)，作出正確判斷，確定取舍。 例4　一輛質(zhì)量為＝2 kg的平板車，左端放有質(zhì)量M＝3 kg的小滑塊，滑塊與平板車之間的動(dòng)摩擦因數(shù)＝0.4，如圖所示，開始時(shí)平板車和滑塊共同以＝2 m/s的速度在光滑水平面上向右運(yùn)動(dòng)，并與豎直墻壁發(fā)生碰撞，設(shè)碰撞時(shí)間極短，且碰撞后平板車速度大小保持不變，但方向與原來(lái)相反。設(shè)平板車足夠長(zhǎng)，以至滑塊不會(huì)滑到平板車右端（取g＝1.0 m/s2），求： （1）平板車第—次與墻壁碰撞后向左運(yùn)動(dòng)的最大距離。 （2）平板車第二次與墻壁碰撞前瞬間的速度。 （3）為使滑塊始終不會(huì)滑到平板車右端，平板車至少多長(zhǎng)? 解析：（1） 平板車第—次與墻壁碰撞后因受滑塊對(duì)它的摩擦力作用而向左作勻減速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)向左運(yùn)動(dòng)的最大距離為，由動(dòng)能定理得 所以有； （2）假設(shè)平板車第二次與墻壁碰撞前和物塊已經(jīng)達(dá)到共同速度，由于系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有，即 設(shè)平板車從第—次與墻壁碰撞后向左運(yùn)動(dòng)的最大距離處到再加速到速度所發(fā)生的位移大小為，由動(dòng)能定理得有，顯然，表明平板車第二次與墻壁碰撞前已經(jīng)達(dá)到了共同速度，這一速度也是平板車第二次與墻壁碰撞前瞬間的速度； （3）平板車與墻壁多次碰撞，使與之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。由于摩擦生熱，系統(tǒng)的動(dòng)能逐漸減少，直到最終停止在墻角邊，設(shè)整個(gè)過(guò)程中物塊與平板車的相對(duì)位移為，由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得，所以； 點(diǎn)撥：用數(shù)學(xué)知識(shí)求解物理問(wèn)題是考生應(yīng)當(dāng)具有的一項(xiàng)能力。在求解一些物理問(wèn)題時(shí)往往要用到有關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，如：數(shù)列求和、不等式求解、極值討論等等，正確求解這類問(wèn)題必須以較好的數(shù)學(xué)知識(shí)為前提。 C A B v0 2 v 0 例5　如圖所示，C是放在光滑水平面上的一塊木板，木板質(zhì)量為3m，在木板的上面有兩塊質(zhì)量均為m的小木塊A和B，它們與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。最初木板靜止，A、B兩木塊同時(shí)以方向水平向右的初速度v0和2v0在木板上滑動(dòng)，木板足夠長(zhǎng)， A、B始終未滑離木板。求： （1）木塊B從剛開始運(yùn)動(dòng)到與木板C速度剛好相等的過(guò)程中，木塊B所發(fā)生的位移； （2）木塊A在整個(gè)過(guò)程中的最小速度。 解析：（1）木塊A先做勻減速直線運(yùn)動(dòng)至與C速度相同，后與一道做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；木塊B一直做勻減速直線運(yùn)動(dòng)；木板C做兩段加速度不同的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，直到A、B、C三者的速度相等（設(shè)為v1）為止， A、B、C三者組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒故：，v1=0.6v0；對(duì)木塊B運(yùn)用動(dòng)能定理，有，所以。 （2）設(shè)木塊A在整個(gè)過(guò)程中的最小速度為v′（此時(shí)A、C共速），由動(dòng)量定理知，至此，A、B的動(dòng)量變化都相同，都為，因A、B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有，所以木塊A在整個(gè)過(guò)程中的最小速度。 點(diǎn)撥：對(duì)于多物體系統(tǒng)只要認(rèn)真分析每一個(gè)物體受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，抓住相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，問(wèn)題仍然很容易解決。 三、三種觀點(diǎn)綜合應(yīng)用 例6　對(duì)于兩物體碰撞前后速度在同一直線上，且無(wú)機(jī)械能損失的碰撞過(guò)程，可以簡(jiǎn)化為如下模型：A、B兩物體位于光滑水平面上，僅限于沿同一直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它們之間的距離大于等于某一定值d時(shí)，相互作用力為零，當(dāng)它們之間的距離小于d時(shí)，存在大小恒為F的斥力。設(shè)A物體質(zhì)量m1＝l.0kg，開始時(shí)靜止在直線上某點(diǎn)；B物體質(zhì)量m2＝3.0 kg，以速度從遠(yuǎn)處沿直線向A運(yùn)動(dòng)，如圖所示。若d＝0.10 m，F(xiàn)＝0.60 N，＝0.20m/s，求： （1）相互作用過(guò)程中A、B加速度的大小； （2）從開始相互作用到A、B間的距離最小時(shí)，系統(tǒng)（物體組）動(dòng)能的減少量； （3） A、B間的最小距離。 解析：（1）由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知，相互作用過(guò)程中A、B加速度的大小分別為，； （2）A、B間距離最小時(shí)，兩者速度相同，全過(guò)程滿足由動(dòng)量守恒的條件，故有，所以 系統(tǒng)（物體組）動(dòng)能的減少量為； （3）根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律得，，而距離最小時(shí)有v1=v2 ，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得兩物體位移分別為，，由幾何關(guān)系可知，解以上各式得A、B間的最小距離。 點(diǎn)撥：理論聯(lián)系實(shí)際，用物理知識(shí)綜合解決所遇問(wèn)題是高考的一種追求。在處理有關(guān)問(wèn)題時(shí)，為了方便需要忽略問(wèn)題中的次要因素，突出主要因素，作恰當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，建立與所學(xué)知識(shí)間的聯(lián)系，最終達(dá)到解決問(wèn)題的目的。本題對(duì)實(shí)際問(wèn)題的處理有較好的示范作用。 例7　如題右圖，半徑為R的光滑圓形軌道固定在豎直面內(nèi)。小球A、B質(zhì)量分別為m、βm（β為待定系數(shù)）。A球從左邊與圓心等高處由靜止開始沿軌道下滑，與靜止于軌道最低點(diǎn)的B球相撞，碰撞后A、B球能達(dá)到的最大高度均為,碰撞中無(wú)機(jī)械能損失。重力加速度為g。試求： （1）待定系數(shù)β。 （2）第一次碰撞剛結(jié)束時(shí)小球A、B各自的速度和B球?qū)壍赖膲毫Α? （3）小球A、B在軌道最低處第二次碰撞剛結(jié)束時(shí)各自的速度，并討論小球A、B在軌道最低處第n次碰撞剛結(jié)束時(shí)各自的速度。 解析：（1）由機(jī)械能守恒定律得 故； （2）設(shè)A、B第一次碰撞后的速度大小分別為、，則，，故，向左；向右； 設(shè)軌道對(duì)B球的支持力為，B球?qū)壍赖膲毫椋?，由牛頓第三定律知，方向豎直向下。 （3） 由機(jī)械能守恒定律知，第一次碰撞前A的速度為。 設(shè)A、B球第二次碰撞剛結(jié)束時(shí)的速度分別為、，則解得， （另一組解：，不合題意，舍去）。 由此可得：當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，小球A、B在第n次碰撞剛結(jié)束時(shí)的速度分別與其第一次碰撞剛結(jié)束時(shí)相同；當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，小球A、B在第n次碰撞剛結(jié)束時(shí)的速度分別與其第二次碰撞剛結(jié)束時(shí)相同。 點(diǎn)撥：對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行邏輯推理得出正確結(jié)論和作出正確判斷，并把推導(dǎo)過(guò)程正確地表達(dá)出來(lái)，體現(xiàn)了對(duì)推理能力的考查，希望考生注意這方面的訓(xùn)練。