专题08力学中三大观点的综合应用（讲义）（解析版）_4.2025物理总复习_2024年新高考资料_2.2024二轮复习_2024年高考物理二轮复习讲练测（新教材新高考）

专题 08 力学中三大观点的综合应用 目录 考点一 动量与能量观点的综合应用...........................3 ........3 ...............5 1. 动量与动能的比较.............................................5 2. 冲量与功的比较.................................................6 3. “滑块—木板”模型..........................................6 4. “滑块—斜(曲)面”模型...................................7 5. “滑块—弹簧”模型..........................................7 ...................8 考向一 子弹打木块 滑块与滑板 滑块与弹簧类问题 8 考点二 力学三大观点的综合应用.............................13 ......13 .............15 1.力的三个作用效果与五个规律.........................15 2.解动力学问题的三个基本观点.........................15 3.力学规律的选用原则.........................................15 .................16 考向一 力学三大观点的综合应用...........................16考点要求 考题统计 考向一 子弹打木块 滑块与滑板 滑块与弹簧类问题：2023•浙江•高考真题、 动量与能量观点的综合应用 2023•山东•高考真题、2022•湖北•高考真题、2022•全国•高考真题、2022•福 建•高考真题 考向一 力学三大观点的综合应用： 2023•河北•高考真题、2023•广东•高考真 题、2023•北京•高考真题、2023•江苏•高考真题、2023•浙江•高考真题、2022• 湖北•高考真题、2022•浙江•高考真题、2022•北京•高考真题、2022•天津•高考 力学三大观点的综合应用 真题、2022•海南•高考真题、2022•广东•高考真题、2022•重庆•高考真题、 2021•湖南•高考真题、2021•北京•高考真题、2021•广东•高考真题、2021•河 北•高考真题、2021•湖北•高考真题、2021•浙江•高考真题、2021•全国•高考真 题 【命题规律及方法指导】 1.命题重点：本专题是力学综合性最大的一个专题，这类题需要结合牛顿运动定律、功和 能等物理观念解决问题,考查考生的综合应用能力,难度也比较大 2.常用方法：动力学的方法、能量的方法、动量的方法。 3.常考题型：选择题，计算题． 【命题预测】 考情分析 1.本专题属于重点、难点内容； 2.高考命题考察方向 ①动量与能量观点的综合应用：结合物体的典型运动进行考查；在综合问题的某一过 程中遵守机械能守恒定律时进行考查。 ②力学三大观点的综合应用：牛顿运动定律结合运动学公式处理匀变速直线运动的问 题；动能定理结合能量守恒定律处理变力及曲线运动问题；动量定理结合能量守恒定 律、动量守恒定律处理碰撞、反冲类问题考点一 动量与能量观点的综合应用 1．（2022·全国·高考真题）（多选）质量为 的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直 线运动，F与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为0.2，重力加速度大小取 。则（ ） A． 时物块的动能为零 B． 时物块回到初始位置 C． 时物块的动量为 D． 时间内F对物块所做的功为 【考向】动量与能量观点的综合应用 【答案】AD 【详解】物块与地面间的摩擦力为 ，AC．对物块从 s内由动量定理可知 ， 即 ，得 ，3s时物块的动量为 ，设3s后经过时间t物块的速度减 为0，由动量定理可得 ，即 ，解得 ，所以物块在4s时速度减为 0，则此时物块的动能也为0，故A正确，C错误；B． s物块发生的位移为x1，由动能定理可得 ，即 ，得 ， 过程中，对物块由动能定理可得 ，即 ，得 ， 物块开始反向运动，物块的加速度 大小为 ，发生的位移为 ，即6s时物块没有回到初始位置，故 B错误；D．物块在6s时的速度大小为 ， 拉力所做的功为 ，故D正确。 故选AD。 2.（2023·浙江·高考真题）为了探究物体间碰撞特性，设计了如图所示的实验装置。水平直轨道AB、CD和 水平传送带平滑无缝连接，两半径均为 的四分之一圆周组成的竖直细圆弧管道DEF与轨道CD和 足够长的水平直轨道FG平滑相切连接。质量为3m的滑块b与质量为2m的滑块c用劲度系数 的轻质弹簧连接，静置于轨道FG上。现有质量 的滑块a以初速度 从D处进入， 经DEF管道后，与FG上的滑块b碰撞（时间极短）。已知传送带长 ，以 的速率顺时针转动，滑块a与传送带间的动摩擦因数 ，其它摩擦和阻力均不计，各滑块均可视为质点，弹簧的弹 性势能 （x为形变量）。 （1）求滑块a到达圆弧管道DEF最低点F时速度大小v 和所受支持力大小F ； F N （2）若滑块a碰后返回到B点时速度 ，求滑块a、b碰撞过程中损失的机械能 ； （3）若滑块a碰到滑块b立即被粘住，求碰撞后弹簧最大长度与最小长度之差 。 【考向】“滑块—弹簧”模型 【答案】（1）10m/s；31.2；（2）0；（3）0.2m 【详解】（1）滑块a从D到F，由能量关系 在F点 解得 F =31.2N N （2）滑块a返回B点时的速度v =1m/s，滑块a一直在传送带上减速，加速度大小为 B 根据 可得在C点的速度v =3m/s C 则滑块a从碰撞后到到达C点 解得v=5m/s 1 因ab碰撞动量守恒，则 解得碰后b的速度v=5m/s 2 则碰撞损失的能量 （3）若滑块a碰到滑块b立即被粘住，则ab碰后的共同速度 解得v=2.5m/s 当弹簧被压缩到最短或者伸长到最长时有共同速度 则 当弹簧被压缩到最短时压缩量为x1，由能量关系 解得同理当弹簧被拉到最长时伸长量为x=x 2 1 则弹簧最大长度与最小长度之差 3.（2022·福建·高考真题）如图，L形滑板A静置在粗糙水平面上，滑板右端固定一劲度系数为 的轻质弹 簧，弹簧左端与一小物块B相连，弹簧处于原长状态。一小物块C以初速度 从滑板最左端滑入，滑行 后与B发生完全非弹性碰撞（碰撞时间极短），然后一起向右运动；一段时间后，滑板A也开始运动．已 知A、B、C的质量均为 ，滑板与小物块、滑板与地面之间的动摩擦因数均为 ，重力加速度大小为 ； 最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，弹簧始终处于弹性限度内。求： （1）C在碰撞前瞬间的速度大小； （2）C与B碰撞过程中损失的机械能； （3）从C与B相碰后到A开始运动的过程中，C和B克服摩擦力所做的功。 【考向】.“滑块—木板”模型、“滑块—弹簧”模型 【答案】（1） ；（2） ；（3） 【详解】（1）小物块C运动至刚要与物块B相碰过程，根据动能定理可得 解得C在碰撞前瞬间的速度大小为 （2）物块B、C碰撞过程，根据动量守恒可得 解得物块B与物块C碰后一起运动的速度大小为 故C与B碰撞过程中损失的机械能为 （3）滑板A刚要滑动时，对滑板A，由受力平衡可得 解得弹簧的压缩量，即滑板A开始运动前物块B和物块C一起运动的位移大小为 从C与B相碰后到A开始运动的过程中，C和B克服摩擦力所做的功为 1. 动量与动能的比较 动量 动能 物理意义 描述机械运动状态的物理量1 定义式 p=mv E = mv2 k 2 标矢性 矢量 标量 变化因素 合外力的冲量 合外力所做的功 p2 大小关系 p=√2mE E = k k 2m 变化量 Δp=Ft ΔE =Fl k (1)都是相对量，与参考系的选取有关，通常选取地面为参考系 联系 (2)若物体的动能发生变化，则动量一定也发生变化；但动量发生变 化时动能不一定发生变化 2. 冲量与功的比较 冲量 功 定义 作用在物体上的力和力作用时 作用在物体上的力和物体在力的方 间的乘积 向上的位移的乘积 单位 N·s J 公式 I=Ft (F为恒力) W=Flcosθ (F为恒力) 矢标性 矢量 标量 意义 (1)表示力对时间的累积 (1)表示力对空间的累积 (2)是动量变化的量度 (2)是能量变化的量度 联系 都是过程量,都与力的作用过程相联系 3. “滑块—木板”模型 1）模型图示 2）模型特点 ①系统的动量守恒，但机械能不守恒，摩擦力与两者相对位移的乘积等于系统减少的机械能． ②若滑块未从木板上滑下，当两者速度相同时，木板速度最大，相对位移最大． 3）求解方法 ①求速度：根据动量守恒定律求解，研究对象为一个系统； ②求时间：根据动量定理求解，研究对象为一个物体； Q=F Δx Q=E −E ③求系统产生的内能或相对位移：根据能量守恒定律 f 或 初 末，研究对象为一 个系统．4. “滑块—斜(曲)面”模型 1）模型图示 2）模型特点 v v =0 ①上升到最大高度：m与M具有共同水平速度 共，此时m的竖直速度 y .系统水平方向动量 1 1 mv =(M+m)v 2 mv 0 2 = 2 (M+m)v 共 2 +mgh 守恒， 0 共；系统机械能守恒， ，其中h为滑块上升的最大高 度，不一定等于弧形轨道的高度(相当于完全非弹性碰撞，系统减少的动能转化为m的重力势能)． mv =Mv +mv ② 返回最低点：m 与 M 分离点．水平方向动量守恒， 0 1 2；系统机械能守恒 1 1 1 mv2 = Mv2 + mv2 2 0 2 1 2 2 相当于完成了弹性碰撞)． 5. “滑块—弹簧”模型 1）模型图示 2）模型特点 ①动量守恒：两个物体与弹簧相互作用的过程中，若系统所受外力的矢量和为零，则系统动量守 恒； ① 机械能守恒：系统所受的外力为零或除弹簧弹力以外的内力不做功，系统机械能守恒； ③弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等，弹性势能最大，系统动能通常最小(完全非弹性碰 撞拓展模型)； ② 弹簧恢复原长时，弹性势能为零，系统动能最大(完全弹性碰撞拓展模型，相当于碰撞结束时)．考向一 子弹打木块 滑块与滑板 滑块与弹簧类问题 1．（2024·河南·校联考模拟预测）（多选）如图所示，质量M=3kg表面粗糙的长木板静止在光滑的水平 面上，t=0时质量m=3kg表面粗糙的物块（可视为质点）以初速度 滑上长木板，物块做匀减速运 动，长木板做匀加速运动，经过时间Δt=2s物块和长木板以共同速度做匀速运动，重力加速度g=10m/s²， 则下列说法正确的是（ ） A．长木板做匀加速运动的加速度大小为1m/s² B．物块与长木板之间的动摩擦因数为0.15 C．长木板的长度至少为6m D．物块与长木板组成的系统损失的机械能为12J 【答案】AD 【详解】A.对系统由动量守恒定律得 ，解得 ，长木板做匀加速运动的加速度大小 ，故A正确；B.根据牛顿第二定律，对长木板有 ，解得物块与长木板之 间的动摩擦因数为 ，故B错误；C.前 内长木板的位移 ，物块的位 移 ，所以长木板最小长度 ，故C错误；D.物块与长木板组 成的系统损失的机械能 ，故D正确。 故选AD。 2．（2023·重庆·一模）如图所示，光滑水平面上质量为2M的物体A以速度v向右匀速滑动，质量为M的 B物体左端与轻质弹簧连接并静止在光滑水平面上，在物体A与弹簧接触后，以下判断正确的是（ ） A．在物体A与弹簧接触过程中，弹簧对A的弹力冲量大小为 B．在物体A与弹簧接触过程中，弹簧对B的弹力做功的功率一直增大 C．从A与弹簧接触到A、B相距最近的过程中，弹簧对A、B做功的代数和为0 D．从A与弹簧接触到A、B相距最近的过程中，最大弹性势能为 【答案】A 【详解】A．在物体A与弹簧接触过程中，根据动量守恒定律得 ，根据机械能守恒定律得 ，解得 , ，根据动量定理得弹簧对A的弹力冲量大小 ，解得 ，A正确；B．在物体A与弹簧接触到弹簧最短的过程中，弹簧的弹力和B 的速度都增大，弹簧对B的弹力做功的功率增大；在弹簧接近原长时，B的速度接近 ，而弹簧的弹力 几乎等于零，弹簧对B的弹力做功的功率几乎等于零，所以在物体A与弹簧接触过程中，弹簧对B的弹力 做功的功率先增大后减小，B错误；CD．从A与弹簧接触到A、B相距最近的过程中，根据动量守恒定律 得 ，解得 ，弹簧对A、B做功分别为 , ，弹簧对A、B做功的代数和为 ，最大弹性势能为 ，CD错误。 故选A。 3．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）如图所示，长木板C放在光滑水平地面上，木板左端和正中央分别放 有两滑块A、B，已知A、B、C的质量分别为 、 、 ，滑块A与C间的动摩擦因 数为 ，B与C间的动摩擦因数为 ，木板长度 ，开始整个系统静止，某时刻敲击滑块 A，使其立即获得 的初速度。已知滑块间的碰撞为弹性正碰，滑块大小忽略不计，取 求： （1）经多长时间滑块A、B发生碰撞； （2）木板C运动的最大速度； （3）碰后滑块A、B间的最大距离。 【答案】（1） ；（2） ；（3） 【详解】（1）当A向右运动时，受到向左的摩擦力 加速度为 而B与C之间的滑动摩擦力 故C和B不会相对滑动，BC的加速度为 A向右做匀减速直线运动，BC向右做匀加速直线运动，设A的位移为 ，BC的位移为 ，则有 解得 或 （舍） 故时间为 ； （2）当A、B两物块碰撞时，设A的速度为 ，BC的速度为 ，则有 ,碰撞瞬间 , 解得 ， 而此时C的速度 ，故C相对于A向右运动，相对于B向左运动，故此时C受到A向左的滑动摩 擦力和B向右的滑动摩擦力，所受合力向右，C向右做匀加速运动，由牛顿第二定律 则 B做匀减速运动，加速度为 当BC共速时有 解得 而此时 , 则 故B未出C板右侧，之后C做减速运动，此时C的速度为 （3）A做匀加速运动，当 时 , 之后BC共速，一起做匀减速运动，A和BC速度相等时 解得 B的位移为 A的位移为 故A、B最远距离为 4．（2024·山东·模拟预测）如图所示，水平传送带AB长L=4.5 m，质量为M=1 kg的木块随传送带一起以 v1=1 m/s的速度向右匀速运动（传送带的传送速度恒定），木块与传送带间的动摩擦因数 μ=0.5.当木块运 动到传送带的最右端A点时，一颗质量为m=20 g的子弹以v0=300 m/s水平向左的速度正好射入木块并穿 出，穿出速度u=50 m/s，以后每隔1 s就有一颗子弹射穿木块，设子弹穿出木块的时间极短，且每次射入 点各不相同，g取10 m/s2，求： （1）第一个子弹击中后木块的速度大小为多少； （2）第二颗子弹击中前木块向右运动到离A点多远处； （3）木块在传送带上最多能被多少颗子弹击中； （4）从第一颗子弹射穿木块后到木块滑离传送带的过程中，木块和传送带摩擦时产生的热能是多少。 【答案】（1）v2=4 m/s；（2）1.5 m处；（3）3颗；（4）35.5 J【详解】（1）第一颗子弹击中木块过程中，设子弹射穿木块后木块的速度为v2，子弹射穿木块的过程中 由动量守恒定律得 解得v=4m/s 2 （2）假设第二颗子弹击中前，木块已经与传送带共速，设此过程中木块运动的时间为t，对地的位移为 x1，以水平向右为正方向，由牛顿第二定律得μMg=Ma 由运动学公式得 联立解得t=1s 假设成立，说明以上过程第二颗子弹还没有射入木块；由动能定理得 解得x=1.5m 1 故在被第二颗子弹击中前木块向右运动到离A点1.5m处。 （3）同（2）问规律，第二颗子弹射入后木块相对地面运动的距离仍为1.5 m，假设木块向左运动能减速 到零，则设此过程木块对地的位移为x，由动能定理得 2 解得x=1.6m 2 因L-2x