高中物理选修一 新课改 讲义 第1章 专题强化5 动力学、能量和动量观点在力学中的应用

专题强化5动力学、能量和动量观点在力学中的应用
[学习目标] 1.了解处理力学问题的三个基本观点和选用原则(难点)。

2.了解处理力学问题的系统化思维方法(难点)。

3.综合动量和能量观点解决问题(重点)。

一、力学的三个基本观点和选用原则
1．力的三个作用效果及五个规律
(1)力的三个作用效果
作用效果对应规律表达式列式角度
力的瞬时作用效果牛顿第二定律F合＝ma动力学
力在空间上的积累效果动能定理W
合＝ΔE k即W合＝
1
2m v2
2－
1
2m v1
2功能关系
力在时间上的积累效果动量定理I合＝Δp即FΔt＝m v′－m v
冲量与动量的
关系
(2)两个守恒定律
名称表达式列式角度
能量守恒定律(包括机械能守恒定律)E2＝E1能量转化(转移)
动量守恒定律p2＝p1动量关系
2.力学规律的选用原则
(1)如果物体受恒力作用，涉及运动细节可用动力学观点去解决。

(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)若研究的对象为几个物体组成的系统，且它们之间有相互作用，一般用两个守恒定律解决问题，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优先考虑利用能量守恒定律求解，根据系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量(即转化为系统内能的量)列方程。

(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隐含有系统机械能与其他形式能量之间的转化，这种问题由于作用时间极短，因此动量守恒定律一般能派上大用场。

例1如图所示，半径R1＝1 m的四分之一光滑圆弧轨道AB与平台BC在B点平滑连接，
半径R2＝0.8 m的四分之一圆弧轨道上端与平台C端连接，下端与水平地面平滑连接，质量m＝0.1 kg的乙物块放在平台BC的右端C点，将质量也为m的甲物块在A点由静止释放，让其沿圆弧下滑，并滑上平台与乙相碰，碰撞后甲与乙粘在一起从C点水平抛出，甲物块与平台间的动摩擦因数μ＝0.2，BC长L＝1 m，重力加速度g取10 m/s2，不计两物块的大小及碰撞所用的时间，求：
(1)甲物块滑到B点时对轨道的压力大小；
(2)甲和乙碰撞后瞬间共同速度的大小；
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_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 针对训练1(2022·济宁市高一月考)如图所示，在光滑水平面上有B、C两个木板，B的上表面光滑，C的上表面粗糙，B上有一个可视为质点的物块A，A、B、C的质量分别为3m、2m、m。

A、B以相同的初速度v向右运动，C以大小相等的速度v向左运动。

B、C的上表面等高，二者发生完全非弹性碰撞但并不粘连，碰撞时间很短。

A滑上C后恰好能到达C的中间位置，C的长度为L，不计空气阻力。

求：
(1)木板C的最终速度的大小；
(2)木板C与物块A之间的摩擦力F f的大小；
(3)物块A滑上木板C之后，在木板C上做减速运动的时间t。

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1．灵活选取系统。

根据题目的特点可选取其中动量守恒或能量守恒的几个物体为研究对象，
不一定选所有的物体为研究对象。

2．灵活选取物理过程。

在综合题目中，物体运动常有几个不同的过程，根据题目的已知、未知条件灵活地选取物理过程来研究。

列方程前要注意分析、判断所选过程动量、能量的守恒情况。

二、用动量和能量观点综合解决问题
1．系统化思维方法
(1)对多个物理过程进行整体思考，即把几个过程合为一个过程来处理，如用动量守恒定律解决比较复杂的运动。

(2)对多个研究对象进行整体思考，即把两个或两个以上的物体作为一个整体进行考虑，如应用动量守恒定律时，就是把多个物体看成一个整体(或系统)。

2．若单独利用动量观点(或能量观点)无法解决问题，可尝试两种观点结合联立方程求解。

例2如图所示，质量m＝1 kg的小物块静止放置在固定水平台的最左端，质量M＝2 kg的小车左端紧靠平台静置在光滑水平地面上，平台、小车的长度l均为0.6 m。

现对小物块施加一水平向右的恒力F，使小物块开始运动，当小物块到达平台最右端时撤去恒力F，小物块刚好能够到达小车的右端。

小物块大小不计，与平台间、小车间的动摩擦因数μ均为0.5，重力加速度g取10 m/s2，水平面足够长，求：
(1)小物块离开平台时速度的大小；
(2)水平恒力F对小物块冲量的大小。

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若给小物块一个向右的初速度v0＝2 m/s，小物块正好滑到C处；如果给长木板施加一个水平向左的恒力F(图中未画出)，作用t＝1 s时间后撤去此力时，小物块正好到达C点。

求：
(1)长木板粗糙段的长度；
(2)恒力F的大小；
(3)撤去恒力后，弹簧的最大弹性势能。

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