2011年高考物理一轮复习极品课件6-专题3研究动力学问题的三个基本观点

专题三研究动力学问题的三个基本观点知识自主·梳理一、力的观点(1)运动学公式①速度公式：vt＝；②位移公式：③速度位移关系式：v－v＝.(2)牛顿运动定律①牛顿第一定律；②牛顿第二定律：F合＝；③牛顿第三定律．(2)牛顿运动定律①牛顿第一定律；②牛顿第二定律：F合＝；③牛顿第三定律．v0＋at2asmama二、动量的观点(1)动量定理：I合＝△p；(2)动量守恒定律：m1v1＋m2v2＝.三、能量的观点(1)动能定理：W总＝(2)机械能守恒定律：Ek1＋Ep1＝；(3)能量的转化和守恒定律．m1v1′＋m2v2′Ek2＋Ep2♦重点辨析牛顿第二定律F＝ma表示了力和加速度之间的关系，说明力的瞬时作用效果；动量定理I＝△p表示合力的冲量和动量变化之间的关系，说明力的时间积累效果；动能定理W＝△Ek表示总功和动能变化之间的关系，说明力的空间积累效果，动量定理和动能定理一般情况下应用于某个物体；对多个物体组成的相互作用的系统，常用动量守恒和能量守恒．方法规律·归纳力的作用效应1.力的瞬时作用效应，使物体产生加速度(1)牛顿第二定律F＝ma就表示了力和加速度之间的关系，而加速度是运动学和动力学之间的桥梁．因此若已知物体的受力情况，由牛顿第二定律求出加速度，再由运动学公式就可以知道物体的运动情况；若已知物体的运动情况，知道了加速度，由牛顿第二定律可以求出未知的力．(2)做匀速圆周运动的物体所受的合外力是向心力，向心力跟向心加速度的关系也同样遵从牛顿第二定律．所以综合运用牛顿运动定律和运动学公式是解决力学问题的基本方法之一．2.力的时间积累效应，改变物体的动量(1)动量定理I＝Δp就表示了合力的冲量和物体动量变化量之间的关系．在确定了研究对象(系统)后，系统内各物体间的相互作用力叫内力，内力总是成对出现的，而且一对互为作用力与反作用力的内力在任意一段时间内的总冲量一定为零，所以系统的内力只能改变系统内某一物体的动量，但不会改变系统的总动量．(2)动量定理不仅适用于某个物体，也适用于由若干物体组成的系统．在系统所受合外力为零的条件下，该系统的总动量守恒，这就是动量守恒定律．运用动量定理和动量守恒定律也是解决力学问题的基本方法之一．3.力的空间积累效应，改变物体的动能动能定理W＝△Ek就表示了外力做的功和物体动能变化之间的关系．和冲量不同的是：系统内互为作用力与反作用力的一对内力在同一时间内的位移很可能是不相等的，因此一对内力做的总功很可能不是零，从而改变系统的总动能．也就是说，即使合外力对系统不做功，系统的总动能也有可能改变．所以一般情况下，动能定理只能用于单个的物体而不能用于由若干物体组成的系统．如果对某个系统而言只有重力做功，那么系统中就只有动能和重力势能相互转化，而动能和势能的总和保持不变，这就是机械能守恒定律．运用动能定理和机械能守恒定律也是解决力学问题的基本方法之一．速度v、动量mv、动能12mv2都是描述物体运动状态的物理量，都体现了“力是改变物体运动状态的原因”．动力学三大定律的选用原则1.在研究某一物体所受力的瞬时作用与物体运动的关系时，或者物体受到恒力作用且又直接涉及物体运动过程中的加速度问题时，应选用牛顿第二定律和运动学公式．若物体受到变力作用，对应瞬时加速度，只能应用牛顿第二定律分析求解．2.动量定理适合不涉及物体运动过程中的加速度而涉及运动时间的问题，特别对于冲击类问题，因时间短且冲力随时间变化，应选用动量定理求解．3.对于不涉及物体运动过程中的加速度和时间(对于机车以恒定功率P运动，其牵引力的功W牵＝Pt，可以涉及时间t)，而涉及力和位移、速度的问题，无论是恒力还是变力，都可选用动能定理求解．4.如果物体(或系统)在运动过程中只有重力和弹簧的弹力做功，而又不涉及物体运动过程中的加速度和时间，对此类问题应优先选用机械能守恒定律求解．5.如果物体(或相互作用的系统)在运动过程中受滑动摩擦力或空气阻力等的作用，应考虑应用功能关系或能量守恒定律．两物体相对滑动时，系统克服摩擦力做的总功等于摩擦力与相对位移的乘积，也等于系统机械能转化为内能的减少量．6.在涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理过程时，必须注意到一般情况下这些过程中均隐含着系统中有机械能与其他形式能量之间的转化．例如碰撞过程，机械能一定不会增加；爆炸过程，一定有化学能(或内能)转化为机械能(动能)；绳绷紧时动能一定有损失．对于上述问题，作用时间一般极短，动量守恒定律更为适用．♦特别提醒(1)应用动能定理，只能求出速度的大小，不能确定速度方向，也不能直接计算运动时间，因此必须借助动量定理或其他方法．(2)有些力在物体运动全过程中不是始终存在的，若物体运动过程中包含几个物理分过程，物体运动状态、受力等情况均发生变化，因而在考虑外力做功时，必须根据不同情况分别对待．(3)全程整体列式求解．物体在整个运动过程中含有几个运动性质不同的子过程，运用动能定理解决问题时，可以分段考虑，也可以对全过程列出综合公式求解，使问题得以简化．(4)解综合题首先要确定研究对象，进行运动过程分析和受力分析．有的题目可能会有多个研究对象，选择时应注意，研究对象要充分涉及已知量和未知量．研究对象确定后，必须对它进行受力分析和运动分析，明确其运动的可能性．根据物体的受力情况和运动情况以及要求的物理量，一般先从能量角度入手，再选动量关系，选择与它相适应的物理规律及题中给予的某种等量关系列方程求解．如果求瞬时的物理量的变化，要注意用牛顿运动定律列方程.请在掌握的“规律方法”后打“√”1．当力学过程涉及力、时间和初、末状态时，常用动量定理联系各量关系；当力学过程涉及力、位移和初、末状态时，常用动能定理联系各量关系()2．对相互作用力为恒力的力学过程(匀变速直线运动)，既可用牛顿运动定律和运动学方程相结合处理，又可用动量和能量的观点求解，但后者较简捷()3．对复杂的力学过程，如变加速直线运动、曲线运动等一般只能从动量和能量的角度分析()4．对每个力学过程的分析思路是：受什么力→做什么运动→遵循什么规律()5．因摩擦而使系统损失的机械能△E损＝Ff·△s相对()请在走过的“思维误区”后打“！”1．对各种力学规律及特点理解不透，常盲目套用、混用，使思路不清晰()2．不能根据物理过程、已知量和未知量的特点选择最有效的物理方法、易出现“南辕北辙”的错误()3．易忽视“动量守恒”和“机械能守恒”的条件或将其混淆，出现思维混乱的情况()4．不能抓住物理典型模型的规律并加以变换与迁移()5．常常忽视物理过程的不唯一性或解答结果的不唯一性()6．忽视了图象法、解析法等数学知识在解题中的应用()真题典例·探究题型1动态过程分析问题【例1】如右图所示，将质量为M1，半径为R且内壁光滑的半圆槽置于光滑水平面上，左侧靠墙角，右侧靠一质量为M2的物块．今让一质量为m的小球自左侧槽口A的正上方h高处从静止开始落下，与圆弧槽相切自A点进入槽内，则以下结论中正确的是()A．小球在槽内运动的全过程中，小球与半圆槽在水平方向动量守恒B．小球在槽内运动的全过程中，小球、半圆槽和物块组成的系统动量守恒C．小球离开C点以后，将做竖直上抛运动D．槽将与墙不会再次接触【解析】(1)小球在槽内从A到B的过程中墙对槽有作用力吗？答系统有水平方向动量变化，所以墙对系统有作用力，即墙对槽有向右的作用力．(2)小球在槽内运动的全过程中，小球、半圆槽和物块组成的系统动量守恒吗？答全过程所受合外力不为零，系统动量不守恒，故A、B错误．(3)半圆槽在什么时候离开墙壁？圆槽在什么时候和物块分离？答小球过最低点B后．小球再次滑回到B点时．(4)小球离开C点以后，将做竖直上抛运动吗？答不是竖直上抛，是斜抛运动，C项错．(5)小球从C点抛出后将从C点再次落回半圆槽吗？半圆槽在什么时候具有最大速度？答小球将从C点落回半圆槽．当小球从C点落回并再次滑回到B点时．(6)半圆槽将会再次回到墙壁吗？答整个系统的动量是向右的，半圆槽不会再向左运动，所以不会回到墙壁，故D对．【答案】D♦思维拓展物块的最后速度为多大？【方法归纳】分析动态过程的具体方法：(1)找出运动过程的分界点，将一个复杂过程分解为几个简单过程．(2)对每一段运动过程进行分析，注意分析物体间的相互作用和物体的运动状态．(3)由运动状态变化及物体间的相互作用，确定其动量问题．【备选例题1】(2009·宁夏理综)两个质量分别为M1和M2的劈A和B，高度相同，放在光滑水平面上．A和B的倾斜面都是光滑曲面，曲面下端与水平面相切，如图所示．一质量为m的物块位于劈A的倾斜面上，距水平面的高度为h.物块从静止开始滑下，然后又滑上劈B.求物块在B上能够达到的最大高度．【解析】设物块到达劈A的底端时，物块和A的速度大小分别为v和V，由机械能守恒和动量守恒得mgh＝12mv2＋12M1V2①M1V＝mv②设物块在劈B上达到的最大高度为h′，此时物块和B的共同速度大小为V′，由机械能守恒和动量守恒得mgh′＋12(M2＋m)V′2＝12mv2③mv＝(M2＋m)V′④联立①②③④式得h′＝M1M2(M1＋m)(M2＋m)h⑤题型2子弹模型与弹簧综合题【例2】如右图所示，在光滑水平面上静止着两个木块A和B，A、B间用轻弹簧相连，已知mA＝3.92kg，mB＝1.00kg.一质量为m＝0.08kg的子弹以水平速度v0＝100m/s射入木块A中未穿出，子弹与木块A相互作用时间极短．求：子弹射入木块后，弹簧的弹性势能最大值是多少？【解析】(1)子弹未穿出木块A，如何求打击结束时子弹和A的速度？答打击过程子弹与A动量守恒，且子弹和A取得共同速度v1，有：mv0＝(m＋mA)v1解得v1＝2m/s(2)子弹并没有打穿A，在以后的过程中可否将子弹与A视为一个整体？答因为打击结束后子弹和A的运动情况完全相同，故可将子弹和A视为一个整体．(3)打击结束后至弹簧压缩量达最大的过程中，子弹和A做怎样的运动呢？B呢？答打击结束后，子弹和A有一共同速度v1，整体挤压弹簧，弹簧对整体施加一个向左的弹力，且该弹力随着弹簧形变量的变大而变大，故子弹和A向右做加速度增大的减速直线运动．B向右做加速度增大的加速运动．(4)弹簧形变量什么时候最大？从打击到弹簧形变量最大的整个过程，系统的动量是否守恒？系统的机械能是否守恒？答子弹和A的速度大于B的速度，弹簧就会被挤压，当子弹和A的速度与B的速度相等时，弹簧不会再被挤压，即弹簧的形变量达最大．整个过程，系统合外力为零，故系统动量守恒．打击过程，有摩擦力做功生热，故系统机械能不守恒．(5)应该怎样确定研究过程的初、末状态来求解本题？答要求解弹性势能的情况，必然要从能量入手，从分析可知，打击结束后的压缩弹簧过程系统机械能守恒．故应把初状态取在打击结束的瞬间，而把末状态取在弹簧压缩最大的瞬间．(6)利用问题(5)中的研究过程求解本题？答由压缩过程系统动量守恒有(m＋mA)v1＝(m＋mA＋mB)v2解得v2＝1.6m/s由压缩过程机械能守恒有12(m＋mA)v21＝12(m＋mA＋mB)v22＋Ep解得Ep＝1.6J【答案】1.6J♦思维拓展能否对整个过程分析，利用动量与能量关系求解本题？【答案】因为打击过程系统机械能不守恒，故不能对整个过程利用机械能守恒，从而不易求解最大弹性势能．【方法归纳】子弹打击木块并压缩弹簧过程一般应分为两个阶段．第一阶段：打击过程，通常打击时间极短，子弹和木块组成的系统满足动量守恒，但机械能并不守恒，此时木块获得一定的速度；第二阶段：木块获得速度后压缩弹簧．若地面光滑，则该过程系统动量和机械能均守恒．【备选例题2】(2009·重庆理综)探究某种笔的弹跳问题时，把笔分为轻质弹簧、内芯和外壳三部分，其中内芯和外壳质量分别为m和4m.笔的弹跳过程分为三个阶段：①把笔竖直倒立于水平硬桌面，下压外壳使其下端接触桌面(见右图a)；②由静止释放，外壳竖直上升至下端距桌面高度为h1时，与静止的内芯碰撞(见右图b)；③碰后，内芯与外壳以共同的速度一起上升到外壳下端距桌面最大高度为h2处(见右图c)．设内芯与外壳间