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高三物理能量动量综合应用和相关例题

2026-07-06 08:10:00辅导探讨792

例题:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【问题】一质量为$m$的小球,在离地面高为$H$处,以初速度$v_{0}$斜向下抛出,小球在空中的运动过程中,不计空气阻力,地面光滑,重力加速度为$g$。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1.求小球运动到地面时的速度大小。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2.若小球运动到地面时,其动能恰好为零,求抛出点距地面的高度。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【分析】a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1.小球抛出后做平抛运动,根据平抛运动的规律求解小球运动到地面时的速度大小。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2.小球抛出后做平抛运动,根据动能定理求解抛出点距地面的高度。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【解答】a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1.小球抛出后做平抛运动,设小球运动到地面时的速度大小为$v$,则有:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

$H = \frac{1}{2}gt^{2}$ (时间$t$可由竖直方向的速度求得)a2Z物理好资源网(原物理ok网)

$v = v_{0} - gt$ (水平方向的速度不变)a2Z物理好资源网(原物理ok网)

解得:$v = \frac{v_{0}^{2}}{g}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2.若小球运动到地面时,其动能恰好为零,则有:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

$\frac{1}{2}mv^{2} = 0$ (动能定理)a2Z物理好资源网(原物理ok网)

解得:$H = \frac{v_{0}^{2}}{2g}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【例题分析】a2Z物理好资源网(原物理ok网)

本题考查了能量动量的综合应用以及平抛运动规律和动能定理的应用。解题的关键是要明确小球抛出后做平抛运动,水平方向和竖直方向的运动规律,以及动能定理的应用。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【变式练习】a2Z物理好资源网(原物理ok网)

一质量为$m$的小滑块,从半径为$R$的光滑竖直圆轨道的顶端由静止滑下后进入粗糙的水平轨道上,已知小滑块与水平轨道间的动摩擦因数为$\mu $,重力加速度为$g$.求:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1.小滑块滑到水平轨道上的速度大小。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2.若小滑块在水平轨道上滑行的距离为$L$时其动能恰好为零,求小滑块从圆轨道滑到水平轨道时的动能。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【分析】a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1.小滑块从光滑圆轨道滑到水平轨道上时,由机械能守恒定律可求得小滑块滑到水平轨道上的速度大小。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2.小滑块在水平轨道上滑行时受到重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理可求得小滑块从圆轨道滑到水平轨道时的动能。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

【解答】a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1.小滑块从光滑圆轨道滑到水平轨道上时,由机械能守恒定律可得:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

$\frac{1}{2}mv^{2} = mgR$ (设小滑块滑到水平轨道上的速度大小为$v)$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

解得:$v = \sqrt{2gR}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2.小滑块在水平轨道上滑行时受到重力、支持力和摩擦力作用,由动能定理可得:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

$- mgL - \mu mg(L + R) = 0 - \frac{1}{2}mv^{2}$ (设小滑块从圆轨道滑到水平轨道时的动能为E_{k})a2Z物理好资源网(原物理ok网)

解得:E_{k} = \frac{mg(R + L)}{1 + \mu}a2Z物理好资源网(原物理ok网)

例题:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

在光滑的水平面上,有一个质量为M的小车以速度v向右运动。小车上有一个质量为m的木块以速度v1向左运动,木块与小车之间的摩擦系数为μ。现在给木块一个水平向右的力F,求这个力的大小F的范围。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

首先,我们需要考虑木块和小车的相互作用,根据动量守恒定律,可以列出以下方程:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

小车:$Mv = Mv_{车} + mv_{木}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

木块:$mv_{木} = - Ft + (m + M)v_{车}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

其中,t是时间。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

接下来,我们需要考虑摩擦力的影响。当力F足够大时,木块会被小车拉回去,直到它们相对静止。此时,小车和木块组成的系统达到新的平衡状态,动量守恒。根据动量守恒定律,可以列出以下方程:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

小车和木块:$Mv_{车} + mv_{木} = (M + m)v_{平}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

其中,v_{平}是相对静止时的共同速度。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

由于摩擦力的存在,当力F过小时,小车和木块将一直相对运动,直到它们完全分开。此时,小车的速度将减小到零,而木块的速度将保持不变。根据能量守恒定律,可以列出以下方程:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

小车:$f(Mv - f(Mv)^{2} = \frac{1}{2}Mv^{2}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

木块:$f(mv) = \frac{1}{2}mv^{2}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

其中,f是摩擦力。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

综合以上方程,可以得到力F的范围为:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

$F \in [F_{min}, F_{max}] = \frac{f(M + m)v_{平} - f(M)v}{\frac{M}{f(M)}}$a2Z物理好资源网(原物理ok网)

其中,$F_{min}$是当力F足够小时,小车和木块完全分开时的最小力,$F_{max}$是当力F足够大时,小车和木块达到新的平衡状态时的最大力。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

通过求解这个范围,我们可以得到力F的大小范围。在这个范围内,力F的大小取决于摩擦力、小车的质量、木块的质量以及它们的相对速度。因此,在实际应用中,需要根据具体情况来选择合适的力F大小。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

高三物理能量动量综合应用是高考的重点和难点,需要学生掌握动量和能量之间的转化关系,以及如何运用这些关系解决实际问题。在能量动量综合应用中,常见问题包括以下几个方面:a2Z物理好资源网(原物理ok网)

1. 动量守恒定律的应用:动量守恒定律是能量守恒定律的一种特殊形式,因此在解决能量动量综合应用问题时,需要优先考虑动量守恒定律。在应用动量守恒定律时,需要注意系统不受外力或受外力的矢量和为零。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

例题:一个质量为m的小球,在光滑的水平面上以速度v运动,与一个静止的质量为M的物块发生碰撞,物块获得的速度与小球相同。求碰撞后的总动能与碰撞前总动能之比。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

2. 能量转化和守恒:在能量动量综合应用问题中,需要注意能量的转化和守恒。在碰撞过程中,系统内物体之间的相互作用力可以是内力也可以是外力,因此需要考虑系统内力和外力对系统总动能的影响。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

例题:一个质量为m的小球以速度v与一个静止的质量为M的物块发生碰撞,碰撞后物块获得的速度为v/2,求碰撞后的总动能与碰撞前总动能之比。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

3. 动量定理的应用:动量定理是描述物体动量变化的原因,可以用来解决碰撞、爆炸等动态变化问题。在应用动量定理时,需要注意时间、力和动量的变化之间的关系。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

例题:一个质量为m的小球以速度v与一个静止的质量为M的物块发生碰撞,碰撞后物块获得的速度为v/3,求小球和物块在碰撞后的速度变化。a2Z物理好资源网(原物理ok网)

以上是高三物理能量动量综合应用和相关例题常见问题的一些方面。在解决实际问题时,需要仔细分析题意,理解物理过程,选择合适的物理规律进行求解。同时,还需要注意解题的规范性和准确性,避免因错误解题而失分。a2Z物理好资源网(原物理ok网)