人教高中物理专题强化八 动力学、动量和能量观点在力学中的应用.docx

专题强化八　动力学、动量和能量观点在力学中的应用
【专题解读】 1.本专题是力学三大观点在力学中的综合应用，高考中本专题将作为计算题压轴题的形式命题。
2.熟练应用力学三大观点分析和解决综合问题。
3.用到的知识、规律和方法有：动力学观点(牛顿运动定律、运动学规律)；动量观点(动量定理和动量守恒定律)；能量观点(动能定理、机械能守恒定律、功能关系和能量守恒定律)。
题型一　动量与动力学观点的综合应用
1.解动力学问题的三个基本观点
(1)力的观点：运用牛顿运动定律结合运动学知识解题，可处理匀变速运动问题。
(2)能量观点：用动能定理和能量守恒观点解题，可处理非匀变速运动问题。
(3)动量观点：用动量守恒观点解题，可处理非匀变速运动问题。
2.力学规律的选用原则
(1)如果要列出各物理量在某一时刻的关系式，可用牛顿第二定律。
(2)研究某一物体受到力的持续作用发生运动状态改变时，一般用动量定理(涉及时间的问题)或动能定理(涉及位移的问题)去解决问题。
(3)若研究的对象为一物体系统，且它们之间有相互作用，一般用动量守恒定律和机械能守恒定律去解决问题，但需注意所研究的问题是否满足守恒的条件。
(4)在涉及相对位移问题时则优先考虑能量守恒定律，系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，即转变为系统内能的量。
(5)在涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理现象时，需注意到这些过程一般均隐含有系统机械能与其他形式能量之间的转换。作用时间都极短，因此用动量守恒
定律去解决。
【例1】 (2021·1月重庆市学业水平选择性考试适应性测试，13)如图1所示，质量为3m的小木块1通过长度为L的轻绳悬挂于O点，质量为m的小木块2置于高度为L的光滑水平桌面边沿。把木块1拉至水平位置由静止释放，当其运动到最低点时与木块2相撞，木块2沿水平方向飞出，落在距桌面边沿水平距离为2L处，木块1继续向前摆动。若在碰撞过程中，木块1与桌面间无接触，且忽略空气阻力。求：
图1
(1)碰撞前，木块1在最低点时的速度大小；
(2)碰撞后，木块1相对桌面能上升到的最大高度。
答案　(1)　(2)L
解析　(1)小木块1从水平位置释放到与小木块2碰前瞬间，根据机械能守恒定律可知
3mgL＝·3mv
解得v0＝。
(2)小木块2碰撞后做平抛运动，竖直方向上做自由落体运动
L＝gt2
解得t＝
水平方向上做匀速直线运动
2L＝v2t
解得v2＝＝＝2L＝
小木块1和2碰撞瞬间，根据动量守恒定律得
3mv0＝3mv1＋mv2
解得碰撞后小木块1的速度为
v1＝＝
之后小木块1上升，根据机械能守恒定律可知
3mgh＝×3mv
解得h＝××2L＝L。
【变式1】 (2020·山东青岛市上学期期末)如图2，物流转运中心的水平地面上有一辆质量M＝4 kg、长L＝1.4 m的平板小车，在平板车的右端放有质量m＝1 kg的快件(可视为质点)，快件与平板车间的动摩擦因数μ＝0.4。物流中心的工作人员要将快件卸到地面上，他采用了用水平力F拉小车的方式，重力加速度g＝10 m/s2，不计小车与地面间的摩擦阻力，求：
图2
(1)要让快件能相对平板车滑动，需要施加的最小水平力F0；
(2)若用F＝28 N的水平恒力拉小车，要将快件卸到地面上，拉力F作用的最短时间t为多少。
答案　(1)20 N　(2)1 s
解析　(1)当快件刚要相对小车滑动时，拉力F最小，有
对快件：μmg＝ma0
对快件及小车整体：F0＝(M＋m)a0
解得：F0＝20 N
(2)当撤去拉力F后快件刚好能到达小车左端时，拉力F作用时间最短，设F的最短作用时间为tm，F作用时间内，快件在小车上滑动距离为L1，撤去拉力F时，快件的速度为v1，小车的速度为v2，有
对快件：μmg＝ma1
v1＝a1tm
对小车：F－μmg＝Ma2，v2＝a2tm
另有L1＝a2t－a1t
撤去F后，有mv1＋Mv2＝(M＋m)v
μmg(L－L1)＝mv＋Mv－(M＋m)v2
解得tm＝1 s
题型二　力学三大观点解决多过程问题
1.表现形式
(1)直线运动：水平面上的直线运动、斜面上的直线运动、传送带上的直线运动。
(2)圆周运动：绳模型圆周运动、杆模型圆周运动、拱形桥模型圆周运动。
(3)平抛运动：与斜面有关的平抛运动、与圆轨道有关的平抛运动。
2.应对策略
(1)力的观点解题：要认真分析运动状态的变化，关键是求出加速度。
(2)两大定理解题：应确定过程的初、末状态的动量(动能)，分析并求出过程中的冲量(功)。
(3)过程中动量或机械能守恒：根据题意选择合适的初、末状态，列守恒关系式，一般这两