高中物理常见物理模型:详细答案解析.doc
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1、高中物理力学常见物理模型参考答案解析7 / 7例1答案:提示:系统动量守恒和能量守恒变式练习1 答案:BC 提示:作运动图像变式练习2解析:(1)木块A先做匀减速直线运动,后做匀加速直线运动,木块B一直做匀减速直线运动,木块C做两段加速度不同的匀加速直线运动,直到A、B、C三者速度相同为止。对A、B、C组成的系统,动量守恒:解之对木块运用动能定理,有解得对(2)问,可采用以下几种方法求解:方法一、用牛顿第二定律求解 设木块A在整个过程中的最小速度为,所用时间为t(指达到最小速度的时间),由牛顿第二定律:对木块A:a1=mg/m=g对木块C:a2=2mg/3m=2g/3当木块A与C速度相等时,A
2、的速度最小,因此有:0-gt=2gt/3得t=30/5g木块A的最小速度=0-a1t=20/5此法涉及了受力分析,牛顿第二定律等知识,过程非常清楚,知道每一个木块的具体运动情况,有利于培养学生的分析物理过程的能力。方法二、用动量守恒定律求解当木块A减速到与木板C速度刚好相等时,A的速度最小。设最小速度为,则B的速度为+0由动量守恒定律有:3m0=m+3m+m(+0)得=20/5此方法只考虑初始状态和A的速度最小这一末状态,不涉及中间的具体细节体现动量守恒定律解题的优越性。方法三、用动量定理求解设木块A在整个过程中的最小速度为达到时的时间为t,对A:mgt=m0-m 对C:2mgt=3m 由/得
3、=20/5此方法用了动量定理,涉及了力的时间累积效果,即冲量与动量变化的关系,虽然涉及了过程,但相对较简单。例2 解析:(1)假设B刚从A上滑落时,A、B的速度分别为v1、v2,A的加速度B的加速度由位移关系有代入数值解得:或当时 不合题意舍去 (2)当B经过时间t运动至A的最右端时,若A、B具有共同速度v,则此时所施加的恒力F有最小值. 此过程中A做匀加速运动的位移B做匀减速运动的位移A、B的加速度分别为又联立,代入数据解得以A为研究对象,根据牛顿第二定律有解得 设物块B与A一起运动不能从左端滑落时,恒力F有最大值.系统一起运动速度加速度amgFmax=m(m1+m2)g解得Fmax=3N故
4、 1NF3N例3 答案C【解析】木块和射出后的左右两子弹组成的系统水平方向不受外力作用,设子弹的质量为m,由动量守恒定律得:mv0mv0(M2m)v解得:v0,即最终木块静止设左侧子弹射入木块后的共同速度为v1,有:mv0(mM)v1Q1fd1mv02(mM)v12解得:d1对右侧子弹射入的过程,由功能原理得:Q2fd2mv02(mM)v120解得:d2即d1d2【点评】摩擦生热公式可称之为“功能关系”或“功能原理”的公式,但不能称之为“动能定理”的公式,它是由动能定理的关系式推导得出的二级结论例4【答案】【解析】木板第一次与墙碰撞后,向左匀减速直线运动,直到静止,再反向向右匀加速直线运动直到
5、与重物有共同速度,再往后是匀速直线运动,直到第二次撞墙。木板第一次与墙碰撞后,重物与木板相互作用直到有共同速度,动量守恒,有:,解得:木板在第一个过程中,用动量定理,有:用动能定理,有:木板在第二个过程中,匀速直线运动,有:木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间t=t1+t2=+=例5【思路剖析】本题属于特殊连接体,在感应区只有A受作用力,AB相对运动时有摩擦力.解析:过程1:(1)A在“相互作用区域”中运动时,取方向向下为正方向,A受到方向竖直向下的重力mg、滑动摩擦力f和竖直向上的恒力F的作用.设加速度为aA1、末速度为vA 、运动时间为t1 ,根据牛顿第二定律有:aA1 根据运动学公
6、式有:vAv0aA1t1,d 代入数据解出:t10.2 s,vA1.0 m/s B受到竖直向下的重力mg 和竖直向上滑动摩擦力f的作用.同理有:aB1 ,vBv0aB1t1代入数据解出:vB3m/s 过程2:A离开“相互作用区域”后,因为vAvB,A受到竖直向下滑动摩擦力f、竖直向下的重力mg作用,B受到竖直向上滑动摩擦力f和竖直向下的重力mg作用.设加速度分别为aA2、aB2,共同速度为v ,运动时间为t2. 同理有:aA2=,aB2=vvAaA2t2 vvBaB2t2由上述四式代入数据解得:v4 m/s例6答案D解析取A、B以及它们之间的弹簧组成的整体为研究对象,则当下面的弹簧对地面的压力
7、为零时,向上提A的力F恰好为:F(m1m2)g设这一过程中上面和下面的弹簧分别伸长x1、x2,如图所示,由胡克定律得:x1,x2故A、B增加的重力势能共为:Epm1g(x1x2)m2gx2【点评】计算上面弹簧的伸长量时,较多同学会先计算原来的压缩量,然后计算后来的伸长量,再将两者相加,但不如上面解析中直接运用x进行计算更快捷方便通过比较可知,重力势能的增加并不等于向上提的力所做的功Wx总 例7答案B 提示:弹簧弹力不能突变,先求系统加速度。例8答案A例9答案:C解析:在施加外力F前,对AB整体受力分析可得:2mgkx1,A、B两物体分离时,B物体受力平衡,两者加速度恰好为零,选项A、B错误;对
8、物体A:mgkx2,由于x1x2h,所以弹簧的劲度系数为kmg/h,选项C正确;在 B与A分离之前,由于弹簧弹力逐渐减小,加速度逐渐减小,选项D错误 例10解析:设物体与平板一起向下运动的距离为x时,物体受重力mg,弹簧的弹力F=kx和平板的支持力N作用。据牛顿第二定律有:mg-kx-N=ma得N=mg-kx-ma当N=0时,物体与平板分离,所以此时因为,所以。例11答案:BC解析:由题意“在C点处小球速度达到最大”,可知C点是平衡位置,小球受到的重力与弹力平衡,该位置与h无关,B项正确;根据动能定理有mg(hx0)EpmvEk,其中x0与弹性势能Ep为常数,可判断出C项正确例12分析:此题一
9、看上去似乎很繁,涉及到重力、弹力摩擦力做功的问题。其实认真分析一下就会发现,在物体从BC又返回到B时,弹簧先做负功,又做了相等数量的正功。总功为零,即弹力功为零;而重力做功根据其特点,只考虑由A到D的高度差即可;摩擦力做功由于与路径有关,须认真计算物体在全程中的位移。可见,对不同性质的力做功要具体分析,才会既简化问题又避免发生错误。解析:(1)利用动能定理对ABCD全过程列式:例13答案0.5 m解析设A物块落地时,B物块的速度为v1,则有:mv12mgh1设A刚好离地时,弹簧的形变量为x,对A物块有:mgkx从A落地后到A刚好离开地面的过程中,对于A、B及弹簧组成的系统机械能守恒,则有:mv
10、12mgxEp换成C后,设A落地时,C的速度为v2,则有:2mv222mgh2从A落地后到A刚好离开地面的过程中,A、C及弹簧组成的系统机械能守恒,则有:2mv222mgxEp联立解得:h20.5 m【点评】由于高中物理对弹性势能的表达式不作要求,所以在高考中几次考查弹簧问题时都要用到结论“”例14答案(1)3 m/s(2)12 J(3)不可能,理由略【解析】(1)当A、B、C三者的速度相等(设为vA)时弹簧的弹性势能最大,由于A、B、C三者组成的系统动量守恒,则有:(mAmB)v(mAmBmC)vA解得:vA m/s3 m/s(2)B、C发生碰撞时,B、C组成的系统动量守恒,设碰后瞬间B、C
11、两者的速度为v,则有:mBv(mBmC)v解得:v2 m/sA的速度为vA时弹簧的弹性势能最大,设其值为Ep,根据能量守恒定律得:Ep(mBmC)v2mAv2(mAmBmC)vA212 J(3)方法一A不可能向左运动根据系统动量守恒有:(mAmB)vmAvA(mBmC)vB设A向左,则vA0,vB4 m/s则B、C发生碰撞后,A、B、C三者的动能之和为:EmAv(mBmC)v(mBmC)v48 J实际上系统的机械能为:EEp(mAmBmC)vA212 J36 J48 J根据能量守恒定律可知,EE是不可能的,所以A不可能向左运动方法二B、C碰撞后系统的运动可以看做整体向右匀速运动与A、B和C相对
12、振动的合成(即相当于在匀速运动的车厢中两物块相对振动)由(1)知整体匀速运动的速度v0vA3 m/s取以v03 m/s匀速运动的物体为参考系,可知弹簧处于原长时,A、B和C相对振动的速率最大,分别为:vAOvv03 m/svBO|vv0|1 m/s由此可画出A、B、C的速度随时间变化的图象如图所示,故A不可能有向左运动的时刻【点评】要清晰地想象、理解研究对象的运动过程:相当于在以3 m/s匀速行驶的车厢内,A、B和C做相对弹簧上某点的简谐振动,振动的最大速率分别为3 m/s、1 m/s当弹簧由压缩恢复至原长时,A最有可能向左运动,但此时A的速度为零例15解答:(1)设将圆筒下移h0,设其底部与
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