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/第三課時(shí)力學(xué)多過程問題分析楊維軍【自主探究】考綱要求:高考把對(duì)能力的考查放在首位,考生能否準(zhǔn)確地分清物理過程是解決物理問題的關(guān)鍵,反映出學(xué)生分析、解決物理問題能力的高低。因此,歷屆高考試卷都設(shè)置有一系列物理過程分析的試題。對(duì)物理過程的分析,就是將一個(gè)復(fù)雜的物理過程分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單的有規(guī)律的子過程,并找出幾個(gè)子過程之間的相互聯(lián)系和制約條件。通過這種分析,在頭腦里形成一個(gè)生動(dòng)而清晰的物理情景,找到解決問題的簡(jiǎn)捷辦法。對(duì)物理過程的分析,其本身也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力、分析問題能力的有效途徑。要點(diǎn)梳理問題1:多過程涉及的知識(shí)和方法、能力問題2:分析物理過程的要點(diǎn)問題3:分析物理過程應(yīng)注意幾點(diǎn)事項(xiàng)【典例探究】例1.(力學(xué)多過程)如圖甲所示,一質(zhì)量為2kg的物體靜止在水平面上,物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0。2,從t=0時(shí)刻起,物體受到水平方向的力F的作用而開始運(yùn)動(dòng),8s內(nèi)F隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示。求:(g?。?m/s2)(1)4s末物體速度的大??;(2)在圖丙的坐標(biāo)系中畫出物體在8s內(nèi)的v-t圖象;(要求計(jì)算出相應(yīng)數(shù)值)(3)在8s內(nèi)水平力F所做的功。:變式訓(xùn)練1、(2012山東)如圖所示,一工件置于水平地面上,其AB段為一半徑的光滑圓弧軌道,BC段為一長(zhǎng)度的粗糙水平軌道,二者相切與B點(diǎn),整個(gè)軌道位于同一豎直平面內(nèi),P點(diǎn)為圓弧軌道上的一個(gè)確定點(diǎn)。一可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊,其質(zhì)量,與BC?間的動(dòng)摩擦因數(shù)。工件質(zhì),與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。((1)若工件固定,將物塊由P點(diǎn)無初速度釋放,滑至C點(diǎn)時(shí)恰好靜止,求P、C兩點(diǎn)間的高度差h.(2)若將一水平恒力F作用于工件,使物體在P點(diǎn)與工件保持相對(duì)靜止,一起向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)=1\*GB3①求F的大小=2\*GB3②當(dāng)速度時(shí),使工件立刻停止運(yùn)動(dòng)(即不考慮減速的時(shí)間和位移),物塊飛離圓弧軌道落至BC段,求物塊的落點(diǎn)與B點(diǎn)間的距離.例2、(直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng))(10年山東卷)如圖所示、四分之一圓軌道OA與水平軌道AB相切,它們與另一水平軌道CD在同一豎直面內(nèi),圓軌道OA的半徑R=0.45m,水平軌道AB長(zhǎng)S1=3m,OA與AB均光滑。一滑塊從O點(diǎn)由靜止釋放,當(dāng)滑塊經(jīng)過A點(diǎn)時(shí),靜止在CD上的小車在F=1.6N的水平恒力作用下啟動(dòng),運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后撤去F.當(dāng)小車在CD上運(yùn)動(dòng)了S2=3.28m時(shí)速度v=2.4m/s,此時(shí)滑塊恰好落入小車中。已知小車質(zhì)量M=0.2kg,與CD間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0。4。(取g=10m/)求(1)恒力F的作用時(shí)間t.(2)AB與CD的高度差h。變式訓(xùn)練2、一光滑曲面的末端與一長(zhǎng)L=1m的水平傳送帶相切,傳送帶離地面的高度h=1.25m,傳送帶的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,地面上有一個(gè)直徑D=0.5m的圓形洞,洞口最左端的A點(diǎn)離傳送帶右端的水平距離S=1m,B點(diǎn)在洞口的最右端。傳動(dòng)輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使傳送帶以恒定的速度運(yùn)動(dòng)?,F(xiàn)使某小物體從曲面上距離地面高度H處由靜止開始釋放,到達(dá)傳送帶上后小物體的速度恰好和傳送帶相同,并最終恰好由A點(diǎn)落入洞中。求:(1)傳送帶的運(yùn)動(dòng)速度v是多大.(2)H的大小.ABLhSABLhSDH1例3、(力、電綜合)如圖,ABD為豎直平面內(nèi)的絕緣軌道,其中AB段水平,與支持面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0。1;BD段為半徑R=0。2m的光滑半圓,兩段軌道相切于B點(diǎn),整個(gè)軌道處在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,場(chǎng)強(qiáng)大小E=5.0×103V/m。一不帶電的絕緣小球甲,質(zhì)量均為m=1.0×10—2kg,電荷量q=2。0×10-5C,以初速度υ0沿水平軌道從O點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng),g取10m/s2。(水平軌道足夠長(zhǎng))(1)甲恰能通過軌道的最高點(diǎn)D,求甲在軌道上的落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離;(2)在滿足(1)的條件下,已知OB=2m。求甲的初速度υ0;例4、(電、磁綜合)如圖所示,直線形擋板p1p2p3與半徑為r的圓弧形擋板p3p4p5平滑連接并安裝在水平臺(tái)面b1b2b3b4上,擋板與臺(tái)面均固定不動(dòng)。線圈c1c2c3的匝數(shù)為n,其端點(diǎn)c1、c3通過導(dǎo)線分別與電阻R1和平行板電容器相連,電容器兩極板間的距離為d,電阻R1的阻值是線圈c1c2c3阻值的2倍,其余電阻不計(jì),線圈c1c2c3內(nèi)有一面積為S、方向垂直于線圈平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大.質(zhì)量為m的小滑塊帶正電,電荷量始終保持為q,在水平臺(tái)面上以初速度v0從p1位置出發(fā),沿?fù)醢暹\(yùn)動(dòng)并通過p5位置。若電容器兩板間的電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),p1、p2在電場(chǎng)外,間距為L(zhǎng),其間小滑塊與臺(tái)面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,其余部分的摩擦不計(jì),重力加速度為g.求:(1)小滑塊通過p2位置時(shí)的速度大小。(2)電容器兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的取值范圍。(3)經(jīng)過時(shí)間t,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量的取值范圍??碱}重現(xiàn)1、(10年新課標(biāo)全國卷24.)短跑名將博爾特在北京奧運(yùn)會(huì)上創(chuàng)造了100m和200m短跑項(xiàng)目的新世界紀(jì)錄,他的成績(jī)分別是9。69s和19。30s。假定他在100m比賽時(shí)從發(fā)令到起跑的反應(yīng)時(shí)間是0.15s,起跑后做勻加速運(yùn)動(dòng),達(dá)到最大速率后做勻速運(yùn)動(dòng)。200m比賽時(shí),反應(yīng)時(shí)間及起跑后加速階段的加速度和加速時(shí)間與100m比賽時(shí)相同,但由于彎道和體力等因素的影響,以后的平均速率只有跑100m時(shí)最大速度的98%,求:(1)加速所用時(shí)間和達(dá)到的最大速度。(2)起跑后做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度。(結(jié)果保留兩位小數(shù))2、(11年新課標(biāo)全國卷24.)甲、乙兩輛汽車都從靜止出發(fā)做加速直線運(yùn)動(dòng),加速度方向一直不變.在第一段時(shí)間間隔內(nèi),兩輛汽車的加速度大小不變,汽車乙的加速度大小是甲的兩倍;在接下來的相同時(shí)間間隔內(nèi),汽車甲的加速度大小增加為原來的兩倍,汽車乙的加速度大小減小為原來的一半.求甲乙兩車各自在這兩段時(shí)間間隔內(nèi)走過的總路程之比。3、(11年山東卷24.)如圖所示,在高出水平地面的光滑平臺(tái)上放置一質(zhì)量、由兩種不同材料連接成一體的薄板A,其右段長(zhǎng)度且表面光滑,左段表面粗糙。在A最右端放有可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊B,其質(zhì)量。B與A左段間動(dòng)摩擦因數(shù)。開始時(shí)二者均靜止,現(xiàn)對(duì)A施加水平向右的恒力,待B脫離A(A尚未露出平臺(tái))后,將A取走.B離開平臺(tái)后的落地點(diǎn)與平臺(tái)右邊緣的水平距離。(?。┣螅海?)B離開平臺(tái)時(shí)的速度。(2)B從開始運(yùn)動(dòng)到剛脫離A時(shí),B運(yùn)動(dòng)的時(shí)間ts和位移xB(3)A左端的長(zhǎng)度l2課后鞏固1.一輛質(zhì)量為5×103kg的汽車從靜止開始啟動(dòng)、保持發(fā)動(dòng)機(jī)功率恒定在平直公路中行駛.汽車所受阻力恒為車重的0.1倍,現(xiàn)先后測(cè)出了某幾個(gè)時(shí)刻汽車的速度(見表格),g=10m/s2,另已知汽車從啟動(dòng)到速度達(dá)到最大過程中行駛的路程為128m。求⑴汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率;⑵t3時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)的加速度;⑶汽車從啟動(dòng)到速度達(dá)到最大經(jīng)歷的時(shí)間.時(shí)刻t1t2t3t4t5t6速度3m/s6m/s10m/s14m/s16m/s16m/s2。物體A的質(zhì)量m1=1kg,靜止在光滑水平面上的木板B的質(zhì)量為m2=0.5kg、長(zhǎng)L=1m,某時(shí)刻A以v0=4m/s的初速度滑上木板B的上表面,為使A不致于從B上滑落,在A滑上B的同時(shí),給B施加一個(gè)水平向右的拉力F,若A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0。2,試求拉力F應(yīng)滿足的條件。(忽略物體A的大小,取g=10m/s2)FvFv0AB3.在一次“模擬微重力環(huán)境"的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)人員乘座實(shí)驗(yàn)飛艇到達(dá)6000m的高空,然后讓其由靜止下落,下落過程中飛艇所受空氣阻力為其重力的0.04倍,實(shí)驗(yàn)人員可以在飛艇內(nèi)進(jìn)行微重力影響的實(shí)驗(yàn),當(dāng)飛船下落到距地面的高度為3000m時(shí),開始做勻減速運(yùn)動(dòng),以保證飛艇離地面的高度不得低于500m,重力加速度g恒取10m/s2.試計(jì)算:(1)飛艇加速下落的時(shí)間(2)飛艇勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度不得小于多少?4。一物塊在粗糙水平面上,受到的水平拉力F隨時(shí)間t變化如圖(a)所示,速度v隨時(shí)間t變化如圖(b)所示(g=10m/s2)。求:t/s02t/s0246v/ms-1(b)12345t/sF/N0246(a)24681210②物塊質(zhì)量m③物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ5。如圖所示,半徑光滑圓弧軌道固定在光滑水平面上,軌道上方A點(diǎn)有一質(zhì)為m=1。0kg的小物塊。小物塊由靜止開始下落后打在圓軌道上B點(diǎn)但未反彈,在瞬間碰撞過程中,小物塊沿半徑方向的分速度立刻減為零,而沿切線方向的分速度不變。此后,小物塊將沿圓弧軌道滑下。已知A、B兩點(diǎn)到圓心O的距離均為R,與水平方向夾角均為θ=30°求:(1)小物塊剛到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度vB;(2)小物塊沿圓弧軌道到達(dá)C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FC的大小;6。冰壺比賽是在水平冰面上進(jìn)行的體育項(xiàng)目,比賽場(chǎng)地示意如圖.比賽時(shí),運(yùn)動(dòng)員從起滑架處推著冰壺出發(fā),在投擲線AB處放手讓冰壺以一定的速度滑出,使冰壺的停止位置盡量靠近圓心O.為使冰壺滑行得更遠(yuǎn),運(yùn)動(dòng)員可以用毛刷擦冰壺運(yùn)行前方的冰面,使冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)減小。設(shè)冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.008,用毛刷擦冰面后動(dòng)摩擦因數(shù)減少至=0.004.在某次比賽中,運(yùn)動(dòng)員使冰壺C在投擲線中點(diǎn)處以2m/s的速度沿虛線滑出.為使冰壺C能夠沿虛線恰好到達(dá)圓心O點(diǎn),運(yùn)動(dòng)員用毛刷擦冰面的長(zhǎng)度應(yīng)為多少?(g取10m/s2)7。如圖所示,質(zhì)量M=8kg的小車放在水平光滑的平面上,在小車左端加一水平推力F=8N,當(dāng)小車向右運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到1.5m/s時(shí),在小車前端輕輕地放上一個(gè)大小不計(jì),質(zhì)量為m=2kg的小物塊,物塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2,小車足夠長(zhǎng)(取g=l0m/s2)。求:(1)小物塊放后,小物塊及小車的加速度大小各為多大?(2)經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間兩者達(dá)到相同的速度?(3)從小物塊放上小車開始,經(jīng)過t=1。5s小物塊通過的位移大小為多少?MMm8、如圖為某種魚餌自動(dòng)投放器中的投餌管裝置示意圖,其下半部AB是一長(zhǎng)為2R的豎直細(xì)管,上半部BC是半徑為R的四分之一圓弧彎管,管口沿水平方向,AB管內(nèi)有一原長(zhǎng)為R、下端固定的輕質(zhì)彈簧。投餌時(shí),每次總將彈簧長(zhǎng)度壓縮到0.5R后鎖定,在彈簧上段放置一粒魚餌,解除鎖定,彈簧可將魚餌彈射出去.設(shè)質(zhì)量為m的魚餌到達(dá)管口C時(shí),對(duì)管壁的作用力恰好為零。不計(jì)魚餌在運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械能損失,且鎖定和解除鎖定時(shí),均不改變彈簧的彈性勢(shì)能.已知重力加速度為g.求:質(zhì)量為m的魚餌到達(dá)管口C時(shí)的速度大小v1;彈簧壓縮到0.5R時(shí)的彈性勢(shì)能Ep;已知地面欲睡面相距1.5R,若使該投餌管繞AB管的中軸線OO-。在角的范圍內(nèi)來回緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),每次彈射時(shí)只放置一粒魚餌,魚餌的質(zhì)量在到m之間變化,且均能落到水面。持續(xù)投放足夠長(zhǎng)時(shí)間后,魚餌能夠落到水面的最大面積S是多少?【參考答案】要點(diǎn)梳理問題1:多過程涉及的知識(shí)和方法、能力在高中物理中,力學(xué)部分涉及到的過程有勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、天體運(yùn)動(dòng)等。涉及的定律主要是牛頓運(yùn)動(dòng)定律,動(dòng)能定理,能量守恒定律等。通過專題復(fù)習(xí),掌握物理過程分析的技巧和方法,提高解答過程分析類試題的能力。通過對(duì)物理過程分析的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性、深刻性、靈活性,提高學(xué)生的邏輯推理能力。通過專題復(fù)習(xí),掌握物理過程分析的技巧和方法,提高解答過程分析類試題的能力。問題2:分析物理過程的要點(diǎn)(1).階段性——將題目涉及的整個(gè)過程適當(dāng)?shù)膭澐譃槿舾呻A段(2)。聯(lián)系性——找出各個(gè)階段之間是由什么物理量聯(lián)系起來的;(3).規(guī)律性——明確每個(gè)階段遵循什么物理規(guī)律。問題3:分析物理過程應(yīng)注意幾點(diǎn)事項(xiàng)(1).注意分析,挖掘“隱含"條件高考物理之所以難,不僅因?yàn)槲锢磉^程復(fù)雜多變還由于潛在條件隱蔽難尋,使人產(chǎn)生條件不足之感而陷入困境。這正是考查考生思維的深刻程度。如果不仔細(xì)分析物理過程而一閱而過,挖掘不出這些條件而失去了迅速解題的機(jī)會(huì)。(2).注意分析,排除干擾經(jīng)常遇到一些物理題故意多給已知條件,或解題過程中精心設(shè)置一些歧途,或安排一些似是而非的判斷,也就是利用干擾因素考查學(xué)生明辨是非的能力。這些因素的迷惑程度越大,越容易在解題過程中犯錯(cuò)誤。選擇題就是比較典型的迷惑題。因此,如何從分析物理過程中排除這些干擾因素,得出正確結(jié)論是十分重要的.(3).注意合理劃分物理過程該分則分,宜合則合,并將物理過程的分析與研究對(duì)象及規(guī)律的選用,加以統(tǒng)籌考慮,以求最佳思路.(4).“臨界”分析,弄清本質(zhì)一些物理過程問題,因一個(gè)或幾個(gè)物理量變化到某一特定值-—臨界值,則會(huì)是物理過程發(fā)生質(zhì)的突變,因此,分析臨界值,弄清物理過程發(fā)生突變的條件,對(duì)不同本質(zhì)的物理過程選用相應(yīng)的規(guī)律,避免把形同質(zhì)異的物理過程混為一談.(5)。注意畫示意圖展示物理圖景在物理分析過程中,做出通過抽象思維加工和概括出來的示意圖,可以幫助我們建立起關(guān)于事物及其變化的生動(dòng)的物理情景,便于我們從整體上把握問題,可使物理情景直觀化,物理量之間的關(guān)系更明顯,達(dá)到成功解題的目的.例題1解:(1)物體受到水平力F和摩擦力f的作用,由靜止開始向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為a1,4s末速度為v1,由牛頓第二定律:F1—μmg=ma1a1=3m/s2v1=at1=12m/s(2)由圖知,4-5s內(nèi)物體受到水平力F的大小不變,方向改變,設(shè)加速度為a2,5s末速度為v2,-(F2+μmg)=ma2a2=-7m/s2v2=v1+a2t2=5m/s由圖知,5-8s內(nèi)物體只受摩擦力f的作用,設(shè)加速度為a3,速度為v3-μmg=ma3a3=-2m/s2t3=-=2.5s在t=7。5s時(shí)物體停止運(yùn)動(dòng),v3=0物體運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示(3)由v-t圖可知(或計(jì)算得出)0-4s內(nèi)s1=24m4-5s內(nèi)s2=8。5m水平力F做功WF=F1S1-F2S2解得:WF=155J變式訓(xùn)練1、解:(1)物塊從P點(diǎn)下滑經(jīng)B點(diǎn)至C點(diǎn)的整個(gè)過程,根據(jù)動(dòng)能定理得=1\*GB3①代入數(shù)據(jù)得=2\*GB3②(2)=1\*GB3①設(shè)物塊的加速度大小為,P點(diǎn)與圓心的連線與豎直方向間的夾角為,由幾何關(guān)系可得=3\*GB3③根據(jù)牛頓第二定律,對(duì)物體有=4\*GB3④對(duì)工件和物體整體有=5\*GB3⑤聯(lián)立=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤式,代入數(shù)據(jù)得=6\*GB3⑥=2\*GB3②設(shè)物體平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為,水平位移為,物塊落點(diǎn)與B間的距離為,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得=7\*GB3⑦=8\*GB3⑧=9\*GB3⑨聯(lián)立=2\*GB3②=3\*GB3③=7\*GB3⑦=8\*GB3⑧=9\*GB3⑨式,代入數(shù)據(jù)得=10\*GB3⑩例2。、解析:(1),為撤去力F后到滑塊落入小車中的時(shí)間。解得:(2),,為在AB上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,,為平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,,解得:。變式訓(xùn)練2、(1)QUOTEv=g2hS=10(2)QUOTEH=h+v22g=(1.25+(3)QUOTEv'=g2hQUOTEmgH'=mgh+μmgL+12mv'2得:例3、解析:(1)小球恰能通過軌道的最高點(diǎn)D時(shí),滿足:qE+mg=mvD2/R—-—-------—-—————=1\*GB3①小球從D點(diǎn)飛出后,滿足:2R=(qE+mg)t2/2m--—-————--—-—--=2\*GB3②L=vDt--———----—----———--——=3\*GB3③解=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③得落點(diǎn)距B點(diǎn)距離L=0。4m(2)從釋放到D點(diǎn),由動(dòng)能定理得:—μ(mg+qE).OB–(mg+qE).2R=?mvD2–?mv02所以,v0=2√7m/s例4:解析:(1)小滑塊運(yùn)動(dòng)到位置p2時(shí)速度為v1,由動(dòng)能定理有:-umgL=①v1=②(2)由題意可知,電場(chǎng)方向如圖,若小滑塊能通過位置p,則小滑塊可沿?fù)醢暹\(yùn)動(dòng)且通過位置p5,設(shè)小滑塊在位置p的速度為v,受到的擋板的彈力為N,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,由動(dòng)能定理有:—umgL-2rEqs=③當(dāng)滑塊在位置p時(shí),由牛頓第二定律有:N+Eq=m④由題意有:N≥0⑤由以上三式可得:E≤⑥E的取值范圍:0<E≤⑦(3)設(shè)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E1,其電阻為R,平行板電容器兩端的電壓為U,t時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量為B,得:⑧U=Ed由法拉第電磁感應(yīng)定律得E1=n⑨由全電路的歐姆定律得E1=I(R+2R)⑩U=2RI經(jīng)過時(shí)間t,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量的取值范圍:0<≤高考重現(xiàn)1(1)t=1.29sv=11.24m/s(2)a==8.71m/s22。3、解:課后鞏固.2、解:物體A滑上木板B以后,作勻減速運(yùn)動(dòng),加速度aA=μg=1\*GB3① 木板B作加速運(yùn)動(dòng),有:=2\*GB3②物體A不滑落的臨界條件是A到達(dá)B的右端時(shí),A、B具有共同的速度vt,則:=3\*GB3③且:=4\*GB3④代入=2\*
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