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抢分秘籍06动力学和能量观点的综合应用(传送带模型和滑块--木板模型)(三大题型)(教师版)_04-物理-高考总复习_专项复习_2025年_2025年高考物理抢押秘籍(黑吉辽蒙专用)

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秘籍06 动力学和能量观点的综合应用(传送带模型和滑块--
木板模型)
【解密高考】
【题型一】传送带模型
【题型二】 滑块--木板模型
 
 :功和能的关系一直是高考的“重中之重”,是高考的热点、重点、难点。其中传送带模
型与滑块--木板模型是功和能与动力学综合应用的载体,涉及这部分内容的考题不但题型全、分值重,而
且经常有压轴题出现;高考题注重与生产、生活、科技相结合,将对相关知识的考查放在一些与实际问题
相结合的情景中去,能力要求不会降低,只会更高。
:传送带模型与滑块--木板模型是动力学和能量综合应用的常见问题,处理该类问题时需要
对研究对象进行正确受力分析,结合研究对象的受力特点分析其运动过程,找出研究对象运动过程中的
位移关系,能量转化情况,由牛顿运动定律、运动学规律、动能定理和能量守恒进行分析处理。处理该
问题时可利用“置换参考系”,v-t 图像等方法可更快、更准。
【题型一】传送带模型
1.传送带问题的分析方法
(1)动力学角度:首先要正确分析物体的运动过程,做好受力分析,然后利用运动学公式结合牛顿第二定
律求物体及传送带在相应时间内的位移,找出物体和传送带之间的位移关系。
(2)能量角度:求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电
动机多消耗的电能等,常依据功能关系或能量守恒定律求解。
2.功能关系分析
(1)传送带克服摩擦力做的功:W=Ffx 传。
(2)系统产生的内能:Q=Ffs 相对,s 相对表示相对路程。
(3)功能关系分析:W 电=ΔEk+ΔEp+Q。
【例1】如图所示,足够长水平传送带以恒定速率运动。把不同小物体轻放在传送带左端物体都会经历两
个阶段的运动。用v 表示传送带速度,用μ 表示物体与传送带间的动摩擦因数,则(  )
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A.前阶段,物体可能向传送方向的相反方向运动
B.后阶段,物体受到摩擦力的方向跟传送方向相同
C.v 相同时,μ 不同的等质量物体与传送带摩擦产生的热量相同
D.μ 相同时,v 增大为原来的2 倍,前阶段物体的位移也增大为原来的2 倍
【答案】C
【详解】A.物品轻放在传送带上,前阶段,物品受到向前的滑动摩擦力,所以物品的运动方向一定与传
送带的运动方向相同,故A 错误;
B.后阶段,物品与传送带一起做匀速运动,不受到摩擦力,故B 错误;
C.设物品匀加速运动的加速度为a,由牛顿第二定律得
物品的加速度大小为
匀加速的时间为
位移为
传送带匀速的位移为
物品相对传送带滑行的距离为
物品与传送带摩擦产生的热量为
则知相同时,
不同的等质量物品与传送带摩擦产生的热量相同,故C 正确;
D.前阶段物品的位移为
则知
相同时,增大为原来的2 倍,前阶段物品的位移也增大为原来的4 倍,故D 错误。
故选C。
 
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当物体与传送带速度相等时,分析物体的摩擦力可利用“转换参考系”进行,即以传送带为参考系,相
当于物体轻放在静止的斜面上,当重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力时,物体与传送带出现滑动
摩擦力,当重力沿斜面向下的分力小于或等于最大静摩擦力时,物体与传送带间出现静摩擦力即物体相
对静止。
同时处理划痕和摩擦产生热问题时,可利用v-t 图像,即画出传送带与物体的速度时间图像,两图像所围
面积即为相对位移。
【例2】如图所示,某机场行李传输系统可简化为倾斜传送带以恒定速率
顺时针转动,
时刻从传送
带底端无初速地释放一行李(图中用方块表示,视为质点),
时刻行李通过传送带中间某位置时的速率
达到
。在行李从传送带底端运动到顶端的过程中,行李的位移
随时间变化的关系图像可能正确的是( 
)
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【详解】在
时间内,行李受到重力、支持力与滑动摩擦力,因为滑动摩擦力大于行李所受重力沿传送
带向下的分力,所以行李做匀加速直线运动,
图像为开口向上的抛物线,在
时刻,行李的速度与传
送带的速度相同,行李受到的摩擦力为静摩擦力,且静摩擦力与行李所受重力沿传送带向下的分力大小相
等,行李的加速度突变为零,此后行李做匀速直线运动,
图像为向上倾斜的直线。
故选A。
【变式1】(多选)如图所示,与水平地面成
角的传送带,以恒定速率v 顺时针转动。现将一质量为m
的小物体(视为质点)无初速度放在传送带的底端M 处,小物体到达传动带最高点N 处时恰好达到传送带
的速率v,已知MN 间的高度差为H,则在小物体从M 到N 的过程中(  )
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A.传送带对小物体做功为
B.将小物体由底端传送到N 处过程中,该系统多消耗的电能为
C.将小物体传送到N 处,系统因摩擦而产生的热量为
D.改变传送带与小物体之间的动摩擦因数,物体到达N 点前速度达到v,则系统因摩擦产生的热量将
减少
【答案】AD
【详解】A.根据功能关系知传送带对小物体做功等于物体机械能的增加量,为
,故A 正确;
B.根据能量守恒定律,电动机消耗的电能E 电等于摩擦产生的热量Q 与物块增加机械能的和,为
,故B 错误;
C.小物体到达传动带最高点N 处时恰好达到传送带的速率v,设时间为,根据牛顿第二定律
故
由摩擦生热
 
故C 错误;
D.改变传送带与小物体之间的动摩擦因数,物体到达N 点前速度达到v,根据
知
减小,
增大,又根据C 项分析知
增大,
减小,即系统因摩擦产生的热量将减少,故D 正确。
故选AD。
【变式2】(多选)如图甲所示,弯曲轨道与水平地面平滑连接,右侧有一与地面等高的传送带,传送带
始终以速度
顺时针匀速转动。将一滑块从轨道上高h 处无初速度释放,当
时,滑块离
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开传送带时的速度不变,当滑块从其他高度释放后,离开传送带时的速度大小 v 与高度h 的图像为如图乙
所示的曲线。已知滑块与传送带间的动摩擦因数
,弯曲轨道与水平地面均光滑,取重力加速度大小
,下列说法正确的是(  )
A.传送带的长度L 为1m
B.传送带运行的速度
为
 
C.该滑块从
和
释放,摩擦力对滑块做功的大小相等
D.该滑块从
释放,滑块在传送带上运动的时间为
【答案】ABD
【详解】AB.根据题意,结合图乙可知,当 
 时,滑块始终在传送带上加速,当 
 
时,滑块始终在传送带上减速。
设滑块滑上传送带前的速度为v,  
 
传送带上由运动学公式有 
 , 
 
其中 
 , 
 ,解得 
 , 
 
故AB 正确;
C.
,设滑块和传送带共速前的位移为
,
可得
摩擦力做功为
此后滑块与传送带共速,摩擦力不做功。
,设滑块和传送带共速前的位移为
,
可得
摩擦力做功为
此后滑块与传送带共速,摩擦力不做功,故C 错误;
D.
,滑块滑上传送带的速度 
 ,由图乙知末速度为 
 , 
故D 正确。
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故选ABD。
【变式3】某机场的货物传送装置简化图如图甲所示,该装置由速度大小为
的传送带及固定挡板
组成,挡板与传送带上表面
垂直,传送带上表面与水平地面的夹角为
,传送带
边与水
平面平行。工作人员将质量分布均匀的正方体货物由
点无初速度释放,货物运动
后被取走,货物在
传送带上运动时的剖面图如图乙所示。已知货物质量为
,货物与传送带间的动摩擦因数为0.40,与挡
板的动摩擦因数为0.25,重力加速度
取
,不计空气阻力。求:
(1)货物在传送带上经历的时间;
(2)因运送货物传送装置多消耗的电能。
【答案】(1)
;(2)
【详解】(1)对货物受力分析,如图所示
则
,
设货物与传送带间的动摩擦因数为
,货物与挡板的动摩擦因数为
,根据牛顿第二定律可得
解得
货物加速至与传送带共速过程,所用时间为
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货物的位移大小为
然后货物将匀速运动,匀速位移大小为
匀速运动的时间为
所以,运动的总时间为
(2)共速前传送带与货物间的相对位移大小为
由能量守恒可得传送带多做的功为
【变式2】 
【题型二】 滑块--木板模型
1.动力学分析:分别对滑块和木板进行受力分析,根据牛顿第二定律求出各自的加速度;从放上滑块到
二者速度相等,所用时间相等,由t==,可求出共同速度v 和所用时间t,然后由位移公式可分别求出二
者的位移。
2.功和能分析:对滑块和木板分别应用动能定理,或者对系统应用能量守恒定律。如图所示,要注意区
分三个位移:
(1)求摩擦力对滑块做的功时,用滑块相对地面的位移x 滑。
(2)求摩擦力对木板做的功时,用木板相对地面的位移x 板。
(3)求摩擦生热时用相对位移Δx。
【例1】图甲为老师办公桌的抽屉柜。已知抽屉的质量
,长度
,其中放有质量
,长
的书本,书本的四边与抽屉的四边均平行,书本的右端与抽屉的右端相距也为s,
如图乙所示。不计柜体和抽屉的厚度以及抽屉与柜体间的摩擦,书本与抽屉间的动摩擦因数
。现用
水平力恒力
将抽屉完全抽出,抽屉遇到柜体的挡板时立即锁定不动,重力加速度
。下
列说法正确的是(  )
A.抽屉遇到柜体挡板前,抽屉的加速度为
B.抽屉遇到柜体挡板前,书本受到的摩擦力大小为0.2N
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C.书本运动的全过程,摩擦力对书本先做正功后做负功
D.书本可能与抽屉左侧发生磕碰
【答案】C
【详解】A.抽屉遇到柜体挡板前,假设能一起加速,对书本和抽屉由牛顿第二定律可得
解得
则能一起加速,抽屉的加速度为
,故A 错误;
B.抽屉遇到柜体挡板前,书本受到的摩擦力大小为
故B 错误;
C.抽屉遇到柜体挡板前,摩擦力向右,书本位移向右则摩擦力先做正功;当抽屉遇到柜体挡板后,摩擦
力向左,书本位移向右,摩擦力对书本后做负功,故C 正确;
D.抽屉遇到柜体挡板时,书本的速度
抽屉遇到柜体挡板后书本的加速度
此后书本相对抽屉的位移
书本不能与抽屉左侧发生磕碰,故D 错误。
故选C。 
【例2】(多选)如图甲所示,一长木板P 静止于水平地面上,t=0 时小物块Q 以4m/s 的初速度从左端滑
上长木板,二者的速度随时间的变化情况如图乙所示,运动过程中,小物块始终未离开长木板。已知长木
板P 质量为1kg,小物块Q 质量为3kg,重力加速度g 取10m/s2,在运动的全过程中(  )
A.小物块与长木板之间的动摩擦因数为0.2
B.长木板与地面之间的动摩擦因数为0.05
C.小物块与长木板之间因摩擦产生的热量为6J
D.小物块对长木板所做的功为12J
【答案】AD
【详解】A.由图乙所示图像可知
对Q 由牛顿第二定律得
代入数据解得小物块与长木板间的动摩擦因数
故A 正确;
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B.由图乙所示图像可知,P、Q 相对运动时P 的加速度为
对P 由牛顿第二定律得
代入数据解得长木板与地面间的动摩擦因数
故B 错误;
C.小物块相对于长木板的位移
其中
,
代入数据解得
小物块与长木板间因摩擦产生的热量
代入数据解得
故C 错误;
D.小物块与长木板相对滑动过程,长木板的位移
对长木板由动能定理得
其中
代入数据解得此过程小物块对长木板做的功
滑块与长木板共速到静止过程滑行的距离
减速过程由动能定理得
代入数据解得
小物块对长木板做的功
故D 正确。
故选AD。 
【变式1】如图所示,足够长的水平传送带MN 以速度
自西向东匀速运动,某时刻将一质量
的小物块轻放在传送带上,离放置小物块的位置足够远的地方固定有南北方向的竖直挡板
ABCD,当小物块运动到此处时,挡板可阻止小物块继续向东运动。已知小物块与传送带之间的动摩擦因数
,与挡板之间的动摩擦因数
,重力加速度g 取
。求:
(1)在小物块到达挡板之前,物块与传送带间因摩擦产生的热量Q;
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(2)小物块被挡板阻止后,对小物块施加一水平向南的拉力F,使小物块相对地面以
的速度向南匀
速滑动,该拉力F 的大小。
【答案】(1)
;(2)
【详解】(1)设小物块的加速度大小为
,则有
设小物块与传送带共速所需的时间为
小物块的位移大小为
传送带的位移大小为
故系统产生的热量
以上各式联立可解得
(2)设与
之间的夹角为
,则有
而
小物块相对于传送带和挡板的运动情况与受力情况如图所示
传送带对小物块的摩擦力大小为
挡板对小物块的摩擦力大小为
故拉力
的大小为
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又因为
以上各式联立可解得
 
【变式2】如图所示,两个滑块A 和B 的质量分别为mA=1kg 和mB=5kg,放在静止于光滑水平地面上的木板
的两端,两者与木板间的动摩擦因数均为μ=0.5,木板的质量m=10kg,某时刻A、B 两滑块开始相向滑动,
初速度大小均为v0=3.5m/s,A、B 始终未相遇,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,两滑块均可视为质点,
重力加速度大小g=10m/s2,求:
(1)A、B 两滑块开始相向滑动时,木板相对于地面的加速度;
(2)B 与木板刚好相对静止时,木板的速度;
(3)全过程三者间因摩擦产生的总热量。
【答案】(1)2m/s2,方向水平向右;(2)1m/s,方向水平向右;(3)30.625J
【详解】(1)A 对木板的摩擦力水平向左,大小为
B 对木板的摩擦力水平向右,大小为
对木板,由牛顿第二定律得
解得
方向水平向右;
(2)木板向右做匀加速直线运动,B 向右做匀减速直线运动,经过时间t 二者共速,则
B 与木板相对静止时,木板的速度为
解得
,
木板速度方向水平向右;
(3)从开始运动到B 与木板相对静止,B 相对木板的位移为
从开始运动到B 与木板相对静止,A 相对木板的位移为
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B 与木板共速后一起做匀加速直线运动,A 减速到零后,向右做匀加速直线运动,直到A 与木板共速,设
再经过时间t′A 与木板共速,则
这段时间内A 相对木板的位移为
所以全过程三者间因摩擦产生的总热量为
【变式3】如图所示,固定在水平面上的光滑斜面,倾角
,底端固定弹性挡板,长木板B 放在斜面
上,小物块A 放在B 的上端沿斜面向上敲击B,使B 立即获得初速度
,此后B 和挡板发生碰撞,
碰撞前后速度大小不变,方向相反,A 始终不脱离B 且与挡板不发生碰撞。已知A、B 的质量均为
,A、B 间的动摩擦因数
,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度
。求:
(1)敲击B 后的瞬间,A、B 的加速度大小
、
;
(2)B 上升的最大距离s;
(3)B 的最小长度L。
【答案】(1)
,
;(2)
;(3)
【详解】(1)敲击B 后的瞬间,A 受到向上的滑动摩擦力,
对A 由牛顿第二定律
解得
对B 由牛顿第二定律
解得
(2)设A、B 向上运动,经过时间t 后共速
共速后A、B 一起以加速度a 向上减速,对A、B 分析,有
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解得
(3)最终A、B 均停在挡板处,此时B 的长度最小,由能量守恒
解得
  
 
分析滑块--木板问题时一定要注意对滑块和木板正确受力分析,根据受力情况判断滑块与木板的运动状
态,特别木板的运动,不能思维定势,木板一定是运动的或静止的。
滑块—木板问题最好利用v-t 图像进行分析处理,即分别画出滑块和木板的速度时间图像,特别对多过程
问题尤其关键。
【题型三】 多物体、多过程问题
分析思路
(1)受力与运动分析:根据物体的运动过程分析物体的受力情况,以及不同运动过程中力的变化情况。
(2)做功分析:根据各种力做功的不同特点,分析各种力在不同运动过程中的做功情况。
(3)功能关系分析:运用动能定理、机械能守恒定律或能量守恒定律进行分析,选择合适的规律求解。
【例1】(多选)传送带是建筑工地常见的运输装置,如图所示为传送带AB 的简易图,传送带的倾角为
,以v0=8m/s 的速度顺时针匀速转动,工人将质量m=200kg 的工料(可视为质点)轻轻地放到传送
带的底端A,并用平行于传送带的轻绳拴接在工料上,启动电动机,电动机对工料提供的牵引力恒为
F=2000N,经过t0=2s 关闭电动机,一段时间后工件刚好到达传送带的最高点B。已知工料与传送带之间的
动摩擦因数为
,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。则(  )
A.经过时间t=2s 时,工料的速度大小为v=6m/s
B.传送带的长度LAB=31.25m
C.工料在传送带上产生的热量为12750J
D.工料上升过程中,机械能先减小后增加
【答案】BC
【详解】A.工料放上传送带后,对工料受力分析,如图所示
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由牛顿第二定律得
又
解得
工料向上加速运动,经时间
与传送带共速,则有
此后摩擦力突变为沿传送带向下,由牛顿第二定律得
解得
方向沿传送带向上。再经
的时间关闭发动机,此时工料的速度为
故A 错误;
B.关闭发动机后,由于工料的速度大于传送带的速度,摩擦力方向仍沿传送带向下,由牛顿第二定律得
解得
方向沿传送带向下。工料在
时间内通过的位移为
工料在
时间内的位移为
关闭发动机后,工料向上做减速运动,经时间
工料与传送带共速,则
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该时间内工料的位移为
工料与传送带再次共速后,工料所受的摩擦力沿传送带向上,则由牛顿第二定律得
解得
方向沿传送带向下。此后工料一直减速到0 刚好运动到最高点,工料经时间
速度减为零,则有
该时间内工料的位移为
则传送带的A、B 两端间的距离为
故B 正确;
C.根据前面选项分析可知,工料在传送带上经历了四个阶段,第一阶段:静止开始的加速度大小为
时
间为的匀加速直线运动,有
第二阶段:初速度为
,加速度大小为
时间为
的匀加速直线运动,有
第三阶段:初速度为,加速度大小为
时间为
的匀减速直线运动,有
第四阶段:初速度为
,加速度大小为
时间为
的匀减速直线运动,有
综上所述,工料在传送带上产生的热量为
故C 正确;
D.由前面分析可知工料上升过程中,第一阶段摩擦力做正功,第二、三阶段做负功,第四阶段做正功,
根据
可得机械能先增加之后减小最后又增加。故D 错误。
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故选BC。 
【例2】(多选)许多工厂的流水线上安装有传送带,如图所示传送带由驱动电机带动,传送带的速率恒
定
,运送质量为
的工件,将工件轻放到传送带上的A 端,每当前一个工件在传送带上停
止滑动时,后一个工件立即轻放到传送带上。工件与传送带之间的动摩擦因数
,传送带与水平方
向夹角
,工件从A 端传送到B 端所需要的时间为
。取
,工件可视作质点。关于工件在
传送带上的运动,下列说法正确的是(  )
A.加速过程的加速度大小为
B.加速运动的距离为
C.两个相对静止的相邻工件间的距离为
D.A、B 两端的距离为
【答案】AC
【详解】A.工件加速过程,根据牛顿第二定律有
解得
故A 正确;
B.加速过程,根据速度与位移的关系有
解得
故B 错误;
C.工件加速经历时间
根据先加速后匀速,由于每当前一个工件在传送带上停止滑动时,后一个工件立即轻放到传送带上,则两
个相对静止的相邻工件间的距离为
故C 正确;
D.工件从A 端传送到B 端所需要的时间为
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则工件匀速的位移为
A、B 两端的距离
故D 错误。
故选AC。
【变式1】如图所示,长L=1.5m、质量M=2kg 的木板静止放在光滑的水平地面上,木板左端距障碍物的距
离
,障碍物恰好与木板等高。质量m=1kg 的滑块(可视为质点)静止放在木板右端,木板与滑块
之间的动摩擦因数为0.8,滑块在9N 的水平力F 作用下从静止开始向左运动。木板与障碍物碰撞后以原速
率反弹,经过一段时间滑块恰在障碍物处脱离木板。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
(1)求木板第一次与障碍物碰撞前,木板的加速度a;
(2)求滑块与木板间因摩擦产生的总热量Q;
(3)求木板与障碍物碰撞的次数。
【答案】(1)
;(2)
;(3)3 次
【详解】(1)木板在摩擦力作用下加速度可达到的最大值为
木板与滑块保持相对静止时拉力的最大值为
由于
,所以施加拉力后滑块与木板相对静止,一起向左加速,根据牛顿第二定律可得
(2)木板第一次与障碍物碰撞后,做往复运动,其向左最大速度不可能再等于滑块速度,故滑块一直向
左做匀加速运动,木板先向右减速,速度为零后向左加速,然后再次与障碍物碰撞,之后重复上述过程,
即滑块相对于木板始终向左运动,相对位移为木板的长度;所以因摩擦产生的总热量为
(3)木板第一次与障碍物碰撞时的速率为
木板第一次与障碍物碰撞反弹后,滑块加速度大小为
木板加速度大小为
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木板碰撞障碍物的周期为
由
可得
所以第一次碰撞后还会再碰撞的次数
故最终会碰撞3 次。 
【变式2】如图所示,倾角为
的斜面C 固定在水平面上,质量为m、长度为
的木板B 恰能静止在斜面
顶端,木板B 与斜面底端固定平台D 的厚度相同,其下端到固定平台D 的距离为s。一质量为
的物块A
(可视为质点)以方向平行斜面向下、大小
的初速度从上端滑上木板B,木板B 与平台D 碰
撞后立即停止运动。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块A 与木板B 间的动摩擦因数是木板B 与斜面
C 间的动摩擦因数的2 倍,重力加速度为g。
(1)求物块A 与木板B 间的动摩擦因数;
(2)若
,求物块A 与木板B 速度相同时,木板B 前进的距离;
(3)若
,求物块A 从滑上木板B 到离开木板B 的过程中,物块A 克服摩擦力做的功。
【答案】(1)
;(2)
;
(3)①若
物块A 克服摩擦力做的功
,②若
物块A 克服摩擦力做的功
【详解】(1)设物块A 与木板B 间的动摩擦因数为
,木板B 与斜面C 间的动摩擦因数为
木板B 恰好静止在斜面顶端有
其中
解得
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(2)物块A 与木板B 整体所受外力的矢量和为0,所以系统动量守恒,以沿斜面向下为正方向,根据动量
守恒定律得
对物块A 根据牛顿第二定律可得
根据运动学
对木板B 根据牛顿第二定律可得
根据运动学
联立,解得
,
(3)①若
,物块A 与木板B 整体沿斜面向下运动的过程中,物块A 与木板B 没有共速时木板B
就与平台D 碰撞而停止,则物块A 克服摩擦力做的功
②若
,物块A 与木板B 整体沿斜面向下运动的过程中,物块A 与木板B 共速时木板B 还未与平台
D 碰撞,则此过程物体A 克服摩擦力做功为
物块A 与木板B 共速时物块A 相对木板B 滑动
物块A 与木板B 共速后共同沿斜面匀速运动,共同运动的距离
此过程物体A 克服摩擦力做功为
木板B 与平台D 碰撞而停止,物块A 在木
板B 上继续滑动
到达平台D 上。此过程物体A 克服摩擦力做功为
物块A 克服摩擦力做的功
 
 
(1)“合”——整体上把握全过程,构建大致的运动情境。
(2)“分”——将全过程进行分解,分析每个子过程对应的基本规律。
(3)“合”——找出各子过程之间的联系,以衔接点为突破口,寻求解题最优方案。
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