2017高考物理冲剌:动量、能量综合题型例题分析
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共32题,约14010字。
随着选修3-5动量加入必考项,功能关系与动量结合的综合题型成为热点,本文列举一些较典型的例题,希望读者加深对考点的把握。使破解24题能游刃有余!
1.如图9所示,质量M=4 kg的滑板B静止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根轻质弹簧,弹簧的自由端C到滑板左端的距离L=0.5 m,可视为质点的小木块A质量m=1 kg,原来静止于滑板的左端,滑板与木块A之间的动摩擦因数μ=0.2。当滑板B受水平向左恒力F=14 N作用时间t后撤去F,这时木块A恰好到达弹簧自由端C处,此后运动过程中弹簧的最大压缩量为s=5 cm。g取10 m/s2。求:
(1)水平恒力F的作用时间t;
(2)木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能;
(3)当小木块A脱离弹簧且系统达到稳定后,整个运动过程中系统所产生的热量。
解析 (1)木块A和滑板B均向左做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得
aA=μmgm①
aB=F-μmgM②
根据题意有sB-sA=L
即12aBt2-12aAt2=L③
将数据代入①②③联立解得t=1 s
(2)1 s末木块A和滑板B的速度分别为
vA=aAt④
vB=aBt⑤
当木块A和滑板B的速度相同时,弹簧压缩量最大,具有最大弹性势能,根据动量守恒定律有
mvA+MvB=(m+M)v⑥
由能的转化与守恒得
12mv2A+12Mv2B=12(m+M)v2+Ep+μmgs⑦
代入数据求得最大弹性势能Ep=0.3 J
(3)二者同速之后,设木块相对木板向左运动离开弹簧后系统又能达到共同速度v′,相对木板向左滑动距离为x,有mvA+MvB=(m+M)v′⑧
由⑧式解得v=v′
由能的转化与守恒定律可得Ep=μmgx⑨
由⑨式解得x=0.15 m
由于s+L>x且x>s,故假设成立
整个过程系统产生的热量为Q=μmg(L+s+x)⑩
由⑩式解得Q=1.4 J
答案 (1)1 s (2)0.3 J (3)1.4 J
2.如图,ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是水平的,BD段为半径R=0.2 m的半圆,两段轨道相切于B点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103V/m。一不带电的绝缘小球甲,以速度v0沿水平轨道向右运动,与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞。已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,乙所带电荷量q=2.0×10-5C,g取10 m/s2。(水平轨道足够长,甲、乙两球可视为质点,整个运动过程无电荷转移)
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