【专项题库+高考领航】2022届高考物理大一轮复习-热点集训(五)-动力学和能量观点解决力学综合问题.docx

力学综合问题是高考必考的计算题，一般以物体参与多个运动过程为背景，题目的综合性强，难度较大，分析时要关注物体的运动过程，有的过程只涉及运动和力的问题或只要求分析物体的动力学特点，则要用动力学方法求解；若某过程涉及到做功和能量转化问题，则要考虑应用动能定理或机械能守恒定律求解1(2021高考浙江卷)山谷中有3块石头和1根不行伸长的轻质青藤，其示意图如图所示图中A、B、C、D均为石头的边缘点，O为青藤的固定点，h11.8 m，h24.0 m，x14.8 m，x28.0 m开头时，质量分别为M10 kg和m2 kg的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上，当大猴发觉小猴将受到损害时，快速从左边石头的A点水平跳至中间石头大猴抱起小猴跑到C点，抓住青藤下端，荡到右边石头上的D点，此时速度恰好为零运动过程中猴子均可看成质点，空气阻力不计，重力加速度g10 m/s2.求：(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值；(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小；(3)猴子荡起时，青藤对猴子的拉力大小解析：(1)设猴子从A点水平跳离时速度的最小值为vmin，依据平抛运动规律，有h1gt2x1vmint联立式，得vmin8 m/s(2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒，设荡起时速度为vC，有(Mm)gh2(Mm)v得vC9 m/s(3)设拉力为FT，青藤的长度为L，对最低点，由牛顿其次定律得FT(Mm)g(Mm)由几何关系(Lh2)2xL2得L10 m联立式并代入数据解得FT(Mm)g(Mm)216 N答案：(1)8 m/s(2)9 m/s(3)216 N2(2021咸阳高三联考)如图是翻滚过山车的模型，光滑的竖直圆轨道半径R2 m，入口的平直轨道AC和出口的平直轨道CD均是粗糙的，质量m2 kg的小车与水平轨道之间的动摩擦因数均为0.5，加速阶段AB的长度l3 m，小车从A点由静止开头受到水平拉力F60 N的作用，在B点撤去拉力，试问：(1)要使小车恰好通过圆轨道的最高点，小车在C点的速度为多少？(2)满足第(1)的条件下，小车能沿着出口平直轨道CD滑行多远的距离？(3)要使小车不脱离轨道，平直轨道BC段的长度范围？解析：(1)设小车恰好通过最高点的速度为v0，则有mg由C点到最高点满足机械能守恒定律，有mvmg2Rmv解得vC10 m/s(2)小车由最高点滑下到最终停止在轨道CD上，由动能定理有mg2RmgxCD0mv联立解得xCD10 m(3)小车经过C点的速度vC10 m/s就能做完整圆周运动小车由A到C由动能定理得Flmg(lxBC)mv解得xBC5 m小车进入圆轨道时，上升的高度hR2 m时，小车返回而不会脱离轨道，由动能定理有Flmg(lxBC)mgh0解得xBC11 m综上可得，xBC5 m或者xBC11 m小车不脱离轨道答案：(1)10 m/s(2)10 m(3)xBC5 m或者xBC11 m3(2021江西南昌高校附中检测)如图所示，AB为粗糙水平面，长度AB5R，其右端与光滑、半径为R的圆弧BC平滑相接，C点的切线沿竖直方向，在C点的正上方有一离C点高度也为R的旋转平台，沿平台直径方向开有两个离轴心距离相等的小孔P、Q，旋转时两孔均能达到C点的正上方某时刻，质量为m可视为质点的滑块，与水平地面间的动摩擦因数0.1，当它以v03的速度由A点开头向B点滑行时：(1)求滑块通过C点的速度大小；(2)若滑块滑过C点后能通过P孔，又恰能从Q孔落下，则平台转动的角速度应满足什么条件？解析：(1)设滑块至C点时速度为vC，由A点到C点由动能定理有mg5RmgRmvmv代入数据解得vC(2)设滑块到达P处时速度为vP，则由动能定理有mg5Rmg2Rmvmv滑块穿过P孔后再回到平台的时间t要想使滑块从Q孔穿过，需满足t(2n1)(n0，1，2，)联立解得(n0，1，2，)答案：(1)(2)(n0，1，2，)4(2021湖南十校联考)质量为m1 kg的小物块轻轻地放在水平匀速运动的传送带上的P点，随传送带运动到A点后水平抛出，小物块恰好无碰撞地沿圆弧切线从B点进入竖直光滑的圆弧轨道B、C为圆弧轨道的两端点，其连线水平，已知圆弧轨道的半径R1.0 m，圆弧轨道对应的圆心角106，轨道最低点为O，A点距水平面的高度h0.8 m，小物块离开C点后恰能无碰撞地沿固定斜面对上运动，0.8 s后经过D点，小物块与斜面间的动摩擦因数为1.(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)(1)求小物块离开A点时的水平初速度v1；(2)求小物块经过O点时对轨道的压力大小；(3)假设小物块与传送带间的动摩擦因数为20.3，传送带的速度为5 m/s，求P、A间的距离；(4)求斜面上C、D间的距离解析：(1)对于小物块，由A点到B点有v2gh在B点有tan 所以v13 m/s(2)对于小物块，由B点到O点有mgR(1cos)mvmv其中vB m/s5 m/s在O点Nmgm，所以N43 N由牛顿第三定律知小物块对轨道的压力为N43 N(3)小物块在传送带上加速的过程有2mgma3P、A间的距离xPA1.5 m(4)小物块沿斜面上滑时有mgsin 1mgcos ma1解得a110 m/s2小物块沿斜面下滑时有mgsin 1mgcos ma2解得a26 m/s2由机械能守恒定律可知vCvB5 m/s小物块由C点上升到最高点历时t10.5 s小物块由最高点回到D点历时t20.8 s0.5 s0.3 s故xCDt1a2t即xCD0.98 m.答案：(1)3 m/s(2)43 N(3)1.5 m(4)0.98 m5(2022高考江苏卷)如图所示，生产车间有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙，甲的速度为v0.小工件离开甲前与甲的速度相同，并平稳地传到乙上，工件与乙之间的动摩擦因数为.乙的宽度足够大，重力加速度为g.(1)若乙的速度为v0，求工件在乙上侧向(垂直于乙的运动方向)滑过的距离s；(2)若乙的速度为2v0，求工件在乙上刚停止侧向滑动时的速度大小v；(3)保持乙的速度2v0不变，当工件在乙上刚停止滑动时，下一只工件恰好传到乙上，如此反复若每个工件的质量均为m，除工件与传送带之间摩擦外，其他能量损耗均不计，求驱动乙的电动机的平均输出功率.解析：(1)摩擦力与侧向的夹角为45侧向加速度大小axgcos 45匀变速直线运动2axs0v解得s.(2)设t0时刻摩擦力与侧向的夹角为，侧向、纵向加速度的大小分别为ax、ay，则tan 很小的t时间内，侧向、纵向的速度增量vxaxt，vyayt解得tan 且由题意知tan 则tan 所以摩擦力方向保持不变则当vx0时，vy0，即v2v0.(3)工件在乙上滑动时侧向位移为x，沿乙速度方向的位移为y，由题意知axgcos ，aygsin 在侧向上2axx0v在纵向上2ayy(2v0)20工件滑动时间t乙前进的距离y12v0t工件相对乙的位移L则系统摩擦生热QmgL电动机做功Wm(2v0)2mvQ由，解得.答案：(1)(2)2v0(3)