2021新高考物理二輪總復(fù)習(xí)專題分層突破練8應(yīng)用力學(xué)三大觀點(diǎn)解決綜合問(wèn)題

專題分層突破練8應(yīng)用力學(xué)三大觀點(diǎn)解決綜合問(wèn)題A組1.(2020湖北高三月考)如圖甲所示,在光滑水平面上有一小車,其質(zhì)量M=2kg,車上放置有質(zhì)量mA=2kg的木板A,木板上有可視為質(zhì)點(diǎn)的物體B,其質(zhì)量mB=4kg。已知木板A與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ0=0.3。A、B緊靠車廂前壁,A的左端與小車后壁間的距離為x=2m?，F(xiàn)對(duì)小車施加水平方向的恒力F,使小車從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)1s木板A與車廂后壁發(fā)生碰撞,該過(guò)程中A的速度—時(shí)間圖像如圖乙所示,已知重力加速度大小g取10m/s2,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。(1)求A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;(2)求恒力F的大小;(3)木板A與小車后壁碰撞后粘在一起(碰撞時(shí)間極短),碰后立即撤去恒力F,若要使物體B不與小車后壁發(fā)生碰撞,則小車車廂前、后壁間距L至少為多少?2.(2020遼寧高三模擬)跑步健身可以增強(qiáng)體質(zhì),增強(qiáng)人的意志和毅力。跑步涉及很多物理現(xiàn)象,如圖所示,長(zhǎng)L=24m的木板右端固定一立柱,板和立柱的總質(zhì)量M=60kg,木板置于水平地面上,木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.05。質(zhì)量m=60kg的人(視為質(zhì)點(diǎn))立于木板左端,木板與人均靜止。若人以大小為a1=2m/s2的加速度勻加速向右跑至木板的右端,并立即抱住立柱,g取10m/s2,求:(1)從人開始奔跑至到達(dá)木板右端所經(jīng)歷的時(shí)間t;(2)人抱住立柱的瞬間損失的機(jī)械能ΔE;(3)從人開始運(yùn)動(dòng)到最終木板靜止,木板發(fā)生的位移大小x。3.(2020山東高三模擬)若物體做機(jī)械振動(dòng)的回復(fù)力F回與振動(dòng)物體的位移x滿足關(guān)系式F回=kx,那么機(jī)械振動(dòng)的周期為T=2πmk,其中k為常數(shù)。如圖是多米諾骨牌中滾球觸發(fā)機(jī)關(guān)的一段示意圖,輕質(zhì)彈簧一端固定在斜面底端,質(zhì)量為0.2kg的小球放在傾角為60°的光滑斜面最上端B點(diǎn),在彈簧彈力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧的勁度系數(shù)為k0=5π2N/m。長(zhǎng)度l=0.5m的水平軌道CD和光滑圓弧軌道在D點(diǎn)相切,B、C豎直高度差Δh=0.6m,小球在水平軌道上受到恒定阻力f=0.6N?，F(xiàn)用沿斜面向下的推力使小球緩慢移動(dòng)一小段距離到達(dá)A點(diǎn),此時(shí)突然撤去推力,彈簧上端到達(dá)B點(diǎn)時(shí)立即被鎖定,小球從B點(diǎn)彈出后恰好沿水平方向進(jìn)入CD軌道,繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到弧面上的觸發(fā)點(diǎn)E,原速率彈回。重力加速度g取10m/s2。求(1)小球第一次到C點(diǎn)時(shí)的速度大小;(2)小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程中彈簧對(duì)小球的沖量大小;(3)小球最終停止時(shí)離D點(diǎn)的距離。B組4.(2020山東高三二模)足夠長(zhǎng)的木板靜止放置在水平桌面上,木塊A、B靜止放置在長(zhǎng)木板上,木塊C固定在長(zhǎng)木板上。木塊A和B的質(zhì)量mA=mB=m,木塊C的質(zhì)量為mC=2m,長(zhǎng)木板的質(zhì)量為m,木塊A、B與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ5,木塊間的距離均為d,給木塊A一個(gè)水平向右的初速度v0=14μgd,已知木塊碰撞后均粘在一起以共同速度運(yùn)動(dòng),且碰撞時(shí)間極短,木塊可看作質(zhì)點(diǎn),最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度為g(1)A與B碰撞后瞬間的速度大小;(2)A、B與C碰撞后瞬間A、B、C共同的速度大小。5.(2020天津高三模擬)如圖所示,在豎直平面內(nèi)的光滑水平坑道的左側(cè)有一直角三角形光滑斜面AC,坑道右側(cè)接一半徑為R的半圓形光滑軌道DE,且C與D等高。坑道內(nèi)有一上表面粗糙、與DC水平線等高、質(zhì)量為2m的平板車。平板車開始在坑道的左側(cè)。已知斜面AC高為10R、長(zhǎng)為25R,一質(zhì)量為m可看成質(zhì)點(diǎn)的滑塊由靜止從A點(diǎn)滑下(重力加速度為g),求:(1)滑塊滑到C時(shí)的速度大小;(2)若滑塊滑上車的瞬間(拐角處)無(wú)機(jī)械能損失,且小車到達(dá)D點(diǎn)的瞬間滑塊恰滑到車的右端,繼續(xù)滑上半圓形軌道,且它滑到最高點(diǎn)E時(shí)對(duì)軌道的壓力恰好為零,則滑塊在平板車上滑行時(shí)產(chǎn)生了多少內(nèi)能;(3)若平板車的長(zhǎng)度為10R,則滑塊與平板車之間的滑動(dòng)摩擦力大小為多少。6.(2020廣西高三二模)如圖所示,木槽A質(zhì)量為m,置于水平桌面上,木槽上底面光滑,下底面與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,槽內(nèi)放有兩個(gè)滑塊B和C(兩滑塊都可看作質(zhì)點(diǎn)),B、C的質(zhì)量分別為m和2m,現(xiàn)用這兩個(gè)滑塊將很短的輕質(zhì)彈簧壓緊(兩滑塊與彈簧均不連接,彈簧長(zhǎng)度忽略不計(jì)),此時(shí)B到木槽左端、C到木槽右端的距離均為L(zhǎng),彈簧的彈性勢(shì)能為Ep=μmgL?，F(xiàn)同時(shí)釋放B、C兩滑塊,B與A的豎直內(nèi)壁的碰撞為彈性碰撞,C與A的豎直內(nèi)壁碰撞后粘在一起不再分離,且碰撞時(shí)間極短。求:(1)B、C兩滑塊離開彈簧時(shí)的速度vB、vC的大小;(2)滑塊與槽壁第一次碰撞后A的速度v1的大小;(3)木槽A在與滑塊第一次碰撞后到第二次碰撞前的過(guò)程中,木槽A對(duì)地位移x的大小。參考答案專題分層突破練8應(yīng)用力學(xué)三大觀點(diǎn)解決綜合問(wèn)題1.答案(1)0.25(2)34N(3)3.975m解析(1)若A、B間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),則A、B整體的加速度a'=μ0g=3m/s2由乙圖可知,A的加速度aA=ΔvΔt即A、B間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),對(duì)A有μ0(mA+mB)gμmBg=mAaA可得μ=0.25(2)對(duì)小車,在該過(guò)程中,Fμ0(mA+mB)g=Ma且x=12at212aA可得a=8m/s2,F=34N(3)知當(dāng)A與小車碰撞時(shí)vA=4m/svB=μgt=2.5m/sv車=at=8m/s該過(guò)程中B相對(duì)于A滑動(dòng)距離為L(zhǎng)1=12aAt212aBt2=0A與小車在碰撞中動(dòng)量守恒,可知Mv車+mAvA=(M+mA)v可得v=6m/s由動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律有(M+mA)v+mBvB=(M+mA+mB)v共且12(M+mA)v2+12mBvB2-12(M+mA+mB)可得L2=1.225m故前、后壁間距L≥x+L1+L2=3.975m2.答案(1)4s(2)2160J(3)4m解析(1)人向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受到摩擦力大小f1=ma1=60×2N=120N木板向左加速運(yùn)動(dòng)f1μ(M+m)g=Ma2解得a2=f1120-0.1m/s2人運(yùn)動(dòng)的位移x1=12a1t木板運(yùn)動(dòng)的位移x2=12a2t二者反向運(yùn)動(dòng),位移滿足L=x1+x2解得t=4s(2)人抱住立柱瞬間前,人的速度大小為v1=a1t=2×4m/s=8m/s此時(shí)立柱的速度大小為v2=a2t=1×4m/s=4m/s人抱住立柱瞬間,人和立柱共速,選擇水平向右為正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv1Mv2=(M+m)v解得v=mv1根據(jù)能量守恒定律有ΔE=12mv12解得ΔE=2160J(3)根據(jù)(1)可知x2=12a2t2=12×1×16m人抱住立柱后,共同減速的加速度a3=μ(M+m)gM共減速的位移x3=v22a則木板移動(dòng)的位移x=x2x3=4m3.答案(1)2m/s(2)0.973N·s(3)0.17m解析(1)小球從B點(diǎn)到C點(diǎn)過(guò)程0(vBsinθ)2=2gΔh得vB=4m/s到達(dá)C點(diǎn)只有水平速度,根據(jù)速度的合成與分解可得vC=vBcosθ=2m/s(2)小球在B點(diǎn)時(shí)mgsinθk0x0=0設(shè)小球發(fā)生位移x,則F=k0(x0+x)mgsinθ=k0x因?yàn)镕回與x方向相反,所以F回=kx,其中k=k0因此小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),周期為T=2πmk=0.小球從A→B所用時(shí)間為t1=14T=0.由動(dòng)量定理Imgsinθ·t1=mvB0彈簧對(duì)小球沖量大小為I=0.973N·s(3)設(shè)小球在水平軌道CD上經(jīng)x0停止運(yùn)動(dòng),有fx0=01得x0=0.67m>0.5m則x=x00.5m=0.17m即小球停在離D點(diǎn)0.17m的位置4.答案(1)3μgd(2)解析(1)對(duì)木塊A,根據(jù)牛頓第二定律可得μmAg=mAa1解得a1=μg木塊A對(duì)木板的摩擦力為f1=μmAg=μmg地面對(duì)木板的滑動(dòng)摩擦力為f2=μ5(mA+mB+m+mC)g=μ由于f1=f2,所以木塊A滑動(dòng)時(shí)木板靜止不動(dòng),對(duì)木塊A根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得v12-v0解得v1=23木塊A與木塊B碰撞,木塊A與木塊B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,則有mAv1=(mA+mB)v2解得v2=3(2)對(duì)木塊A、B,根據(jù)牛頓第二定律可得μ(mA+mB)g=(mA+mB)a2解得a2=μg木塊A、B對(duì)木板的摩擦力為f3=μ(mA+mB)g=2μmg>f2根據(jù)牛頓第二定律可得木板的加速度為f3f2=(m+mC)a3解得a3=13μ根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得xAB=v2t12a2tx木板=12a3txABx木板=d聯(lián)立解得t=123dμg,或t=木塊A、B的速度為v3=v2a1t=3木板的速度為v4=a3t=3木塊A、B與木塊C碰撞,木塊A、B、C和木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,則有(mA+mB)v3+(m+mC)v4=(mA+mB+mC+m)v5解得A、B與C碰撞后瞬間A、B、C共同的速度v5=35.答案(1)25gR(2)254mgR(3)解析(1)由A到C由動(dòng)能定理有mgh=1解得vC=25gR(2)在E點(diǎn),由牛頓第二定律有mg=mv解得vE=gR;由機(jī)械能守恒定律有12mvE解得vD=5gR由滑塊與小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒有mvC=mvD+2mv解得v=5gR由滑塊與小車組成的系統(tǒng)能量守恒有Q=12mvC212解得Q=254mgR(3)由功能關(guān)系有Q=fl解得f=58mg6.答案(1)vB=43μgLvC=13μgL(2)v1=4解析(1)彈簧彈開B、C兩滑塊的過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律,有0=2mvCmvBEp=12mvB解得vB=4vC=1(2)由題意得B與A先碰撞且B與A為彈性碰撞,則mvB