2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做6 以能量為核心的綜合應(yīng)用問題.docx
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題精做六 以能量為核心的綜合應(yīng)用問題 1.【2019重慶市模擬】如圖,2個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的相同長(zhǎng)方體形物塊1和2疊放在一起,置于固定且正對(duì)的兩光滑薄板間,薄板間距也為L(zhǎng),板底部有孔正好能讓最底層的物塊通過并能防止物塊2翻倒,質(zhì)量為m的鋼球用長(zhǎng)為R有輕繩懸掛在O點(diǎn).將鋼球拉到與O點(diǎn)等高的位置A靜止釋放,鋼球沿圓弧擺到最低點(diǎn)時(shí)與物塊1正碰后靜止,物塊1滑行一段距離s(s>2L)后停下.又將鋼球拉回A點(diǎn)靜止釋放,撞擊物塊2后鋼球又靜止.物塊2與物塊1相碰后,兩物塊以共同速度滑行一段距離后停下. 重力加速度為g,繩不可伸長(zhǎng),不計(jì)物塊之間的摩擦.求: (1)物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù); (2)兩物塊都停下時(shí)物塊2滑行的總距離. 【解析】(1)設(shè)鋼球與物塊1碰撞前的速率為v0,根據(jù)機(jī)械能守恒,有:mgR=12mv02 解得v0=2gR 鋼球與物塊1碰撞,設(shè)碰后物塊1速度為v1,根據(jù)動(dòng)量守恒定律:mv0=mv1, 解得v1=2gR 設(shè)物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,物塊1獲得速度后直到停止,由動(dòng)能定理:-2μmgL-μmg(s-L)=0-12mv12 解得μ=RL+s (2)設(shè)物塊2被鋼球碰后的速度為v3,物塊2與物塊1碰前速度為v2,根據(jù)機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理 v2=v1=2gR -μmg(s-L)=12mv32-12mv22 設(shè)物塊1和物塊2碰后的共同速度為v4兩物塊一起繼續(xù)滑行的距離為s1根據(jù)機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理 mv3=2mv4; -2μmgs1=0-122mv42 可得s1=12L; 設(shè)物塊2滑行的總距離為d,則d=s-L+s1=s-12L 1.【2019湖南株洲市模擬】足夠長(zhǎng)的光滑水平面上,有10個(gè)相同的小球沿直線等間隔均勻分布,總長(zhǎng)度為l,并以相同的速度v0向右運(yùn)動(dòng),如圖甲所示。在小球的正前方有一“加速帶”AB,當(dāng)小球從左端A進(jìn)入加速帶后在水平恒力作用下被加速,直至從右端B離開,小球經(jīng)過加速帶前后速度的變化情況如圖乙所示。已知1號(hào)球剛從B端離開時(shí),4號(hào)球剛好從A端進(jìn)入。不考慮球的大小,試求 (1)10個(gè)小球最終分布的總長(zhǎng)度。 (2)加速帶對(duì)10個(gè)小球做功的總功率P。已知小球在加速帶上所受水平恒力為F。 【解析】(1)“最終”是指10個(gè)小球全部離開了加速帶。根據(jù)圖乙可知,所有小球從加速帶B端出來后速度都被加速到了3v0,且保持這個(gè)速度不變,這就意味著一旦10個(gè)小球全部從B端出來后,它們的總長(zhǎng)度也會(huì)保持不變。這個(gè)長(zhǎng)度就是10號(hào)球剛離開B端時(shí),它與1號(hào)間的距離。 由于每個(gè)小球在加速帶上運(yùn)動(dòng)的情況完全相同,因此,小球依次從B端離開加速帶的時(shí)間差等于依次進(jìn)入加速帶的時(shí)間差。這樣,10號(hào)球與1號(hào)球出加速帶的時(shí)間差與進(jìn)入加速帶的時(shí)間差Δt相等,而Δt=lv0 故10號(hào)球剛從B端出來時(shí),1號(hào)與10號(hào)間的距離L=3v0Δt 解得L=3l 此即10個(gè)小球最終分布的總長(zhǎng)度。 (2)因加速帶對(duì)10個(gè)小球做功并不同步,故對(duì)10個(gè)小球做功的總功率要小于對(duì)單個(gè)小球做功的功率之和。 小球在加速帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間T=Δt3 小球在加速帶上運(yùn)動(dòng)的平均速度v=v0+3v02=2v0 故加速帶長(zhǎng)度為L(zhǎng)0=vT 因而加速帶對(duì)10個(gè)小球所做總功為W=10FL0 加速帶做功的總時(shí)間應(yīng)是從1號(hào)球進(jìn)入加速帶A端開始,直到10號(hào)球離開加速帶B端為止,這段時(shí)間即t=Δt +T 又加速帶對(duì)10個(gè)小球做功的總功率為P=Wt 解得P=5Fv0 2.【2019四川省廣元市模擬】如圖所示,傾角θ=37的粗糙傳送帶與光滑水平面通過半徑可忽略的光滑小圓弧平滑連接,傳送帶始終以v=3m/s的速率順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),A、B、C滑塊的質(zhì)量分別為mA=1kg,mB=2kg,mC=3kg,(各滑塊均可視為質(zhì)點(diǎn)).A、B間夾著質(zhì)量可忽略的火藥.k為處于原長(zhǎng)的輕質(zhì)彈簧,兩端分別與B、C連接.現(xiàn)點(diǎn)燃火藥(此時(shí)間極短且不會(huì)影響各物體的質(zhì)量和各表面的光滑程度),滑塊A以6m/s的速度水平向左沖出,接著沿傳送帶向上運(yùn)動(dòng),已知滑塊A與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.75,傳送帶與水平面足夠長(zhǎng),取g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8. (1)計(jì)算滑塊A沿傳送帶向上滑行的最大距離x; (2)在滑塊B、彈簧、滑塊C相互作用的過程中,當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)(此時(shí)滑塊A還未追上滑塊B),計(jì)算B、C的速度; (3)若滑塊A追上滑塊B時(shí)能粘住,定量分析在A與B相遇的各種可能情況下,A、B、C及彈簧組成系統(tǒng)的機(jī)械能范圍.(提示:因A、B相遇時(shí),B的速度不可預(yù)知,故粘住后A、B、C及彈簧組成系統(tǒng)的機(jī)械能有各種可能值) 【解析】(1)滑塊A沿傳送帶向上的運(yùn)動(dòng)的過程 由動(dòng)能定理有:-(mAgsinθ+μmAgcosθ)x=0-12mAvA2 代入數(shù)據(jù)解得:x=1.5m (2)炸藥爆炸過程,設(shè)B獲得的速度為vB,對(duì)A、B系統(tǒng) 由動(dòng)量守恒有:–mAvA+mBvB=0 解得:vB=3m/s 在B、C相互作用的過程中,設(shè)當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),B、C的速度分別為vB、vC 由動(dòng)量守恒有:mBvB=mBvB+mCvC 由能量守恒有:12mBvB2=12mBvB2+12mCvC2 解得:vB=mB-mCmB+mCvB=-0.6m/s vC=2mBmB+mCvB=2.4m/s (3)因滑動(dòng)摩擦力f=μmgcosθ=6N,重力沿斜面向下的分力mgsinθ=6N.所以A到達(dá)最高點(diǎn)后先反向加速,當(dāng)速度達(dá)到3m/s后隨傳送帶一起(相對(duì)傳送帶靜止)返回光滑水平面 此時(shí):vA=3m/s 因A、B相遇時(shí),B的速度不能確定,可能是–0.6m/s與3m/s間的任何值. ①當(dāng)vB=-0.6m/s時(shí),此時(shí)vC=2.4m/s,機(jī)械能損失最大,系統(tǒng)機(jī)械能最小.設(shè)A、B粘連后的共同速度為v′. 由動(dòng)量守恒有:mAvA+mBvB=(mA+mB)v 解得:v′=0.6m/s 系統(tǒng)機(jī)械能的最小值:Emin=12mCvC2+12(mA+mB)v2=9.18J ②當(dāng)vB=3m/s時(shí),此時(shí)vC=0,機(jī)械能損失最小,ΔE損=0 系統(tǒng)機(jī)械能的最大值Emax=12mAvA2+12mBvB2=13.5J 所以A、B、C及彈簧系統(tǒng)機(jī)械能范圍:9.18J≤E≤13.5J 3.【2019無錫市模擬】高頻焊接是一種常用的焊接方法,圖甲是焊接的原理示意圖.將半徑為r=10 cm的待焊接的環(huán)形金屬工件放在線圈中,然后在線圈中通以高頻變化電流,線圈產(chǎn)生垂直于工件所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,t=0時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直線圈所在平面向外.工件非焊接部分單位長(zhǎng)度上的電阻R0=1.010-3Ωm-1,焊縫處的接觸電阻為工件非焊接部分電阻的9倍,焊接的縫寬非常小,不計(jì)溫度變化對(duì)電阻的影響. (1) 在圖丙中畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的it圖象(以逆時(shí)針方向電流為正),并寫出必要的計(jì)算過程; (2) 求環(huán)形金屬工件中感應(yīng)電流的有效值; (3) 求t=0.30 s內(nèi)電流通過焊接處所產(chǎn)生的焦耳熱. 【解析】(1) 環(huán)形金屬工件電阻為R=2πrR0+92πrR0=20πrR0=6.2810-3Ω 在0~2T3時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E=ΔBΔtπr2=6.28V 電流為I=ER=1.0103A 由楞次定律得到電流方向逆時(shí)針,I-t關(guān)系圖象如圖所示: (2) 在同一個(gè)周期內(nèi)I有效2RT=I2R?2T3 解得I有效=100063A=816A. (3) 在t=0.30s內(nèi)電流通過焊接處所產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2有效R′t 而R′=92πrR0=5.6510-3Ω 解得Q=I2有效R′t=1.13103J. 4.【2019福建省泉州市模擬】如圖甲所示,將兩根足夠長(zhǎng)、間距為L(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),左端接一阻值為R的電阻,與導(dǎo)軌垂直的虛線ef右邊區(qū)域存在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),質(zhì)量為m的金屬桿PQ靜止在導(dǎo)軌上?,F(xiàn)對(duì)桿施加一水平向右的恒定拉力,經(jīng)過時(shí)間t桿進(jìn)人磁場(chǎng),并開始做勻速直線運(yùn)動(dòng),桿始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好,導(dǎo)軌和桿的電阻均不計(jì)。 (1)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B; (2)若桿進(jìn)入磁場(chǎng)后的某時(shí)刻撤去拉力,桿運(yùn)動(dòng)的速度與此后的位移關(guān)系圖象如圖乙所示,求0~x0與x0~3x0兩個(gè)過程中電阻R產(chǎn)生的熱量之比Q1Q2。 【解析】(1)設(shè)拉力大小為F,桿的加速度為a,進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v0,則F=ma; 桿做勻加速運(yùn)動(dòng),則v0=at, 桿在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng),則F=F安=BIL I=E/R E=BLv0 聯(lián)立解得:B=mRL2t (2)撤去拉力后,由圖乙可知,桿在x=x0處的速度大小為v=2v03 由能量關(guān)系,在0-x0過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量Q1=12mv02-12mv2 在x0-3x0過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量Q2=12mv2 解得Q1Q2=54 5.【2018廣東省佛山市模擬】如圖所示,兩根互相平行的金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置,相距d=1m、且足夠長(zhǎng)、不計(jì)電阻。AC、BD區(qū)域光滑,其它區(qū)域粗糙且動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,并在AB的左側(cè)和CD的右側(cè)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T。在導(dǎo)軌中央放置著兩根質(zhì)量均為m=1kg,電阻均為R=2Ω的金屬棒a、b,用一鎖定裝置將一彈簧壓縮在金屬棒a、b之間(彈簧與a、b不栓連),此時(shí)彈簧具有的彈性勢(shì)能E=9J?,F(xiàn)解除鎖定,當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),a、b棒剛好進(jìn)入磁場(chǎng),且b棒向右運(yùn)動(dòng)x=0.8m后停止,g取10m/s2,求: (1)a、b棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大??; (2)金屬棒b剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的加速度大小 (3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中電路中產(chǎn)生的焦耳熱。 【解析】(1)對(duì)ab系統(tǒng),由動(dòng)量守恒:0=mva-mvb 由能量關(guān)系:EP=12mva2+12mvb2 解得va=vb=3m/s (2)當(dāng)ab棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,兩棒均切割磁感線,產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)串聯(lián),則有:Ea=Eb=Bdva=6V又:I=2Ea2R=3A 對(duì)b,由牛頓第二定律:BId+μmg=mab 解得ab=8m/s2 (3)由動(dòng)量守恒可知,ab棒速率時(shí)刻相同,即兩者移動(dòng)相同距離后停止,則對(duì)系統(tǒng),由能量守恒:EP=2μmgx+Q 解得Q=5.8J 6.【2019浙江省建德市模擬】如圖所示,兩平行且無限長(zhǎng)光滑金屬導(dǎo)軌 MN、PQ豎直放置,兩導(dǎo)軌之間的距離為 L=1m,兩導(dǎo)軌 M 、 P之間接入電阻 R =0.2Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì),在 a b c d區(qū)域內(nèi)有一個(gè)方向垂直于兩導(dǎo)軌平面向里的磁場(chǎng)Ⅰ,磁感應(yīng)強(qiáng)度 B1=1T.磁場(chǎng)的寬度 x1=1m,在 c d連線以下區(qū)域有一個(gè)方向也垂直于導(dǎo)軌平面向里的磁場(chǎng)Ⅱ.一個(gè)質(zhì)量為 m=0.5kg 的金屬棒垂直放在金屬導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌接觸良好,金屬棒的電阻 r=0.2Ω,若金屬棒緊貼 a b連線處自由釋放,金屬棒剛出磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ后,經(jīng)過 t =1.8s 到達(dá)ef時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),cd與 e f之間的距離 x=10m.(g取 10m/s2) (1)金屬棒剛出磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)的速度大??; (2)金屬棒穿過磁場(chǎng)Ⅰ這段時(shí)間內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量; (3)磁場(chǎng)Ⅱ磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 大小 【解析】(1) 導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為: E1=B1Lv1 由閉合電路歐姆定律有:I1=E1R+r 安培力為:FA1=B1LI1 勻速時(shí)有:FA1=mg 解得:v1=2m/s; (2)穿過磁場(chǎng)I過程中由動(dòng)能定理得: mgx1+WA=12mv12-0 解得:WA=-4J 所以Q=-WA=4J QRQ=RR+r 解得:QR=2J; (3)穩(wěn)定時(shí)有:B22Lv2R+r=mg v2=2B22 穿過磁場(chǎng)II過程中由動(dòng)量定理得: mgt2-∑B22Lv2R+rΔt=mv2-mv1 25B24-10B22+1=0 聯(lián)立解得:B2=55T。 7.【2019四川省成都市模擬】如圖,質(zhì)量分別為mA=1kg、mB=2kg的A、B兩滑塊放在水平面上,處于場(chǎng)強(qiáng)大小E=3105N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,A不帶電,B帶正電、電荷量q=210-5C。零時(shí)刻,A、B用繃直的細(xì)繩連接(細(xì)繩形變不計(jì))著,從靜止同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),2s末細(xì)繩斷開。已知A、B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.1,重力加速度大小g=10m/s2。求: (1)前2s內(nèi),A的位移大小; (2)6s末,電場(chǎng)力的瞬時(shí)功率。 【解析】(1)B所受電場(chǎng)力為F=Eq=6N;繩斷之前,對(duì)系統(tǒng)由牛頓第二定律:F-μ(mA+mB)g=(mA+mB)a1 可得系統(tǒng)的加速度a1=1m/s2; 由運(yùn)動(dòng)規(guī)律:x=12a1t12 解得A在2s內(nèi)的位移為x=2m; (2)設(shè)繩斷瞬間,AB的速度大小為v1,t2=6s時(shí)刻,B的速度大小為v2,則v1=a1t1=2m/s; 繩斷后,對(duì)B由牛頓第二定律:F-μmBg=mBa2 解得a2=2m/s2; 由運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知:v2=v1+a2(t2-t1) 解得v2=10m/s 電場(chǎng)力的功率P=Fv,解得P=60W- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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