2020高考二轮复习 专题5、动力学三大观点综合应用

高考物理复习：力学三大观点的综合应用

考点一 动力学和能量观点的应用

[知能必备]

1．过程分析：将复杂的物理过程分解为几个简单的物理过程，挖掘出题中的隐含条件，找出联系不同阶段的“桥梁”．

2．受力及功能分析：分析物体所经历的各个运动过程的受力情况以及做功情况的变化，选择适合的规律求解．

3．规律应用：选用相应规律解决不同阶段的问题，列出规律性方程．

[典例剖析]

(2020·全国卷Ⅱ)如图，一竖直圆管质量为M ，下端距水平地

面的高度为H ，顶端塞有一质量为m 的小球．圆管由静止自由下落，与地面发生多次弹性碰撞，且每次碰撞时间均极短；在运动过程中，管始终保持竖直．已知M ＝4m ，球和管之间的滑动摩擦力大小为4mg ，g 为重力加速度的大小，不计空气阻力．

(1)求管第一次与地面碰撞后的瞬间，管和球各自的加速度大小；

(2)管第一次落地弹起后，在上升过程中球没有从管中滑出，求管上升的最大高度； (3)管第二次落地弹起的上升过程中，球仍没有从管中滑出，求圆管长度应满足的条件． 解析：(1)管第一次落地弹起的瞬间，小球仍然向下运动．设此时管的加速度大小为a 1，方向向下；球的加速度大小为a 2，方向向上；球与管之间的摩擦力大小为f ，由牛顿运动定律有

Ma 1＝Mg ＋f ① ma 2＝f －mg ②

联立①②式并代入题给数据，得a 1＝2g ，a 2＝3g ③

(2)管第一次碰地前与球的速度大小相同．由运动学公式，碰地前瞬间它们的速度大小均为v 0＝2gH ④

方向均向下．管弹起的瞬间，管的速度反向，球的速度方向依然向下．设自弹起时经过时间t 1，管与小球的速度刚好相同．取向上为正方向，由运动学公式

题型专练力学三大观点的综合应用

高考题型1应用力学三大观点处理多过程问题1．力学三大观点对比

2.选用原则

(1)当物体受到恒力作用做匀变速直线运动(曲线运动某一方向可分解为匀变速直线运动)，涉及时间与运动细节时，一般选用动力学方法解题．

(2)当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题，题目中出现相对位移(摩擦生热)时，应优先选用能量守恒定律．

(3)不涉及物体运动过程中的加速度而涉及物体运动时间的问题，特别是对于打击类问题，因时间短且冲力随时间变化，应用动量定理求解．

(4)对于碰撞、爆炸、反冲、地面光滑的板—块问题，若只涉及初末速度而不涉及力、时间，应用动量守恒定律求解．考题示例

例1(2019·全国卷Ⅲ·25)静止在水平地面上的两小物块A、B，质量分别为m A＝1.0 kg，m B＝4.0 kg；两者之间有一被压缩的微型弹簧，A与其右侧的竖直墙壁距离l＝1.0 m，如图1所示．某时刻，将压缩的微型弹簧释放，使A、B 瞬间分离，两物块获得的动能之和为E k＝10.0 J．释放后，A沿着与墙壁垂直的方向向右运动．A、B与地面之间的动摩擦因数均为μ＝0.20.重力加速度取g＝10 m/s2.A、B运动过程中所涉及的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短．

图1

(1)求弹簧释放后瞬间A、B速度的大小；

(2)物块A、B中的哪一个先停止？该物块刚停止时A与B之间的距离是多少？

(3)A和B都停止后，A与B之间的距离是多少？

答案 (1)4.0 m /s 1.0 m/s (2)物块B 先停止 0.50 m (3)0.91 m

三大观点对应规律公式表达

动力学观点

牛顿第二定律F合＝ma 匀变速直线运动规律

v＝v0＋at

x＝v0t＋

1

2at

2

v2－v20＝2ax等能量观点

动能定理W合＝ΔE k

功能关系W G＝－ΔE p等

机械能守恒定律E k1＋E p1＝E k2＋E p2

能量守恒定律E1＝E2动量观点

动量定理F合t＝p′－p

动量守恒定律p1＋p2＝p′1＋p′2

用动力学观点解决多过程问题

【高分快攻】

【典题例析】

(2019·高考江苏卷)如图所示，质量相等的物块A和B叠放在水平地面上，左边缘对齐．A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A，A立即获得水平向右的初速度，在B 上滑动距离L后停下．接着敲击B，B立即获得水平向右的初速度，A、B都向右运动，左边缘再次对齐时恰好相对静止，此后两者一起运动至停下．最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.求：

(1)A被敲击后获得的初速度大小v A；

(2)在左边缘再次对齐的前、后，B运动加速度的大小a B、a′B；

(3)B被敲击后获得的初速度大小v B.

[详细分析](1)由牛顿运动定律知，A加速度的大小a A＝μg

匀变速直线运动2a A L＝v2A

解得v A＝2μgL.

(2)设A、B的质量均为m

对齐前，B所受合外力大小F＝3μmg

由牛顿运动定律F＝ma B，得a B＝3μg

对齐后，A、B所受合外力大小F′＝2μmg

由牛顿运动定律F′＝2ma′B，得a′B＝μg.

(3)经过时间t，A、B达到共同速度v，位移分别为x A、x B，A加速度的大小等于a A 则v＝a A t，v＝v B－a B t

运动学三大观点综合运用

摘要：

一、引言

二、运动学三大观点概述

1.动力学观点

2.统计学观点

3.生理学观点

三、观点综合运用实例

1.运动员训练计划制定

2.运动损伤预防与康复

3.运动表现提升

四、总结与应用范围

正文：

一、引言

运动学作为研究人体运动规律的科学，涉及多个领域的知识。在实际应用中，运动学的三大观点——动力学、统计学和生理学观点的综合作用，为运动员、教练员和运动康复专业人士提供了丰富的理论依据。本文将探讨这三大观点的综合运用，以期为运动领域的发展提供参考。

二、运动学三大观点概述

1.动力学观点

动力学观点主要关注力的作用以及物体在力的作用下的运动状态。在运动

过程中，运动员需要掌握合适的用力方式和力度，以达到最佳运动表现。通过对动力学观点的研究，运动员和教练员可以更好地理解运动技巧和运动力学原理，从而优化训练方法。

2.统计学观点

统计学观点在运动学领域中的应用主要体现在对大量数据进行分析，以揭示运动表现、运动员体能和其他因素之间的关系。通过对统计学观点的应用，教练员和运动员可以找出影响运动成绩的关键因素，为训练和比赛提供有针对性的指导。

3.生理学观点

生理学观点关注人体在运动过程中的生理反应，包括能量代谢、肌肉功能、心肺功能等。在运动训练和康复过程中，了解生理学观点有助于制定合理的训练计划，预防运动损伤，并促进运动员体能的提升。

三、观点综合运用实例

1.运动员训练计划制定

在制定运动员的训练计划时，需要综合运用三大观点。动力学观点可以帮助运动员掌握正确的运动技巧，提高运动表现；统计学观点可以对运动员的运动数据进行分析，为训练提供科学依据；生理学观点可以确保训练安排在运动员的身体承受范围内，避免过度训练导致的损伤。

科学思维篇2 活用“三大观点”解析电磁学综合问题

电磁学综合问题一直是高考中的必考内容且几乎每年都作为压轴题出现,同时在选择题中也有所体现．主要考查方向有两大类：

(1)带电粒子在复合场中的运动;

(2)电磁感应现象中动力学问题、能量问题、电路问题等．

在复习中该部分一定是重点复习内容,不仅对于基本内容及规律要熟练应用，对于综合问题也一定要强化训练，形成解决电磁综合问题的信心和习惯．

带电粒子在复合场中的运动

【高分快攻】

1．带电粒子在组合场中运动的分析思路

第1步:分阶段（分过程）按照时间顺序和进入不同的区域分成几个不同的阶段；

第2步:受力分析和运动分析，主要涉及两种典型运动，如关系图；

第3步:用规律．

2．带电粒子在叠加场中运动的分析方法

【典题例析】

（2019·高考全国卷Ⅰ)如图，在直角三角形

OPN区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、方

向垂直于纸面向外．一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后,沿平行于x轴的方向射入磁场;一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出．已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°,粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d,不计重力．求

（1)带电粒子的比荷；

(2）带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间．

［解析］（1)设带电粒子的质量为m,电荷量为q,加速后的速度大小为v.由动能定理有qU＝错误!mv2 ①

设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qvB＝m错误!②

由几何关系知

d＝2r ③

联立①②③式得错误!＝错误!。④

力学三大观点综合应用

高考定位

力学中三大观点是指动力学观点，动量观点和能量观点．动力学观点主要是牛顿运动定律和运动学公式，

动量观点主要是动量定理和动量守恒定律，能量观点包括动能定理、机械能守恒定律和能量守恒定律．此

类问题过程复杂、综合性强，能较好地考查应用有关规律分析和解决综合问题的能力．

考题 1动量和能量观点在力学中的应用

例1(2014 ·安徽·24)在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物块B，物块与左右两边槽壁的距离如

图1所示，L为 1.0 m ，凹槽与物块的质量均为m，两者之间的动摩擦因数μ

为

0.05.开始时物块静止，凹

槽以v 0＝5 m/s的初速度向右运动，设物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失，且碰撞时间不计，g 取10 m/s2.求：

图1

(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度；

(2)从凹槽开始运动到两者刚相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数；

(3)从凹槽开始运动到两者相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小．

答案(1)2.5 m/s(2)6次(3)5 s12.75 m

解析(1) 设两者间相对静止时速度为v，

由动量守恒定律得m v0＝ 2m v

v＝2.5 m/s.

(2)解得物块与凹槽间的滑动摩擦力

F ＝μF＝μmg

f N

设两者相对静止前相对运动的路程为s1，由功能关系得

1212

－ F f·s1＝(m＋m)v－ m v0

22

解得 s1＝ 12.5 m

已知 L＝ 1 m，

可推知物块与右侧槽壁共发生 6 次碰撞．

(3)设凹槽与物块碰前的速度分别为 v1、 v2，碰

后的速度分别为 v 1′、 v2′.有

力学三大观点综合应用

高考定位

力学中三大观点是指动力学观点，动量观点和能量观点．动力学观点主要是牛顿运动定律和运动学公式，动量观点主要是动量定理和动量守恒定律，能量观点包括动能定理、机械能守恒定律和能量守恒定律．此类问题过程复杂、综合性强，能较好地考查应用有关规律分析和解决综合问题的能力．

考题1 动量和能量观点在力学中的应用

例1 (2014·安徽·24)在光滑水平地面上有一凹槽A ，中央放一小物块B ，物块与左右两边槽壁的距离如图1所示，L 为1.0 m ，凹槽与物块的质量均为m ，两者之间的动摩擦因数μ为0.05.开始时物块静止，凹槽以v 0＝5 m/s 的初速度向右运动，设物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失，且碰撞时间不计，g 取10 m/s 2.求：

图1

(1)物块与凹槽相对静止时的共同速度；

(2)从凹槽开始运动到两者刚相对静止物块与右侧槽壁碰撞的次数；

(3)从凹槽开始运动到两者相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小． 答案 (1)2.5 m/s (2)6次 (3)5 s 12.75 m 解析 (1)设两者间相对静止时速度为v ， 由动量守恒定律得m v 0＝2m v v ＝2.5 m/s.

(2)解得物块与凹槽间的滑动摩擦力 F f ＝μF N ＝μmg

设两者相对静止前相对运动的路程为s 1，由功能关系得

－F f ·s 1＝12(m ＋m )v 2－12m v 2

0 解得s 1＝12.5 m

已知L ＝1 m ，

可推知物块与右侧槽壁共发生6次碰撞． (3)设凹槽与物块碰前的速度分别为v 1、v 2， 碰后的速度分别为v 1′、v 2′.有 m v 1＋m v 2＝m v 1′＋m v 2′ 12m v 21＋12m v 22＝12m v 1′2＋12m v 2′2 得v 1′＝v 2，v 2′＝v 1

力学“三大观点”的综合应用

1．如图所示，质量为m 2＝2 kg 的滑道静止在光滑的水平面上，滑道的AB 部分是半径为R ＝0.3 m 的四分之一圆弧，圆弧底部与滑道水平部分相切，滑道水平部分右端固定一个轻弹簧．滑道CD 部分粗糙，长为L ＝0.2 m ，动摩擦因数μ＝0.10，其他部分均光滑．现让质量为m 1＝1 kg 的物块(可视为质点)自A 点由静止释放，取g ＝10 m/s 2

.求：

(1)物块到达圆弧轨道最低点时的速度大小；

(2)在整个运动过程中，弹簧具有的最大弹性势能；

(3)物块最终停止的位置．

解析：(1)物块从释放到运动到圆弧轨道最低点，由动量守恒定律得：

0＝m 1v 1－m 2v 2

由机械能守恒定律得：m 1gR ＝12m 1v 21＋12

m 2v 22 解得：v 1＝2 m/s.

(2)由能量守恒定律得：E pm ＝m 1gR －μm 1gL

解得：E pm ＝2.8 J.

(3)最终物块将停在C 、D 之间，由能量守恒定律得：

m 1gR ＝μm 1gs

解得：s ＝3 m ，

又有L ＝0.2 m ，s ＝15L ，

所以m 1最终停在D 点．

答案：(1)2 m/s (2)2.8 J (3)最终停在D 点

2．如图所示，半径R ＝2.0 m 的光滑圆弧轨道固定在光滑的水平

地面上，其末端水平．平板小车上固定一木块，紧靠在轨道的末端，

木块上表面水平粗糙，且与圆弧轨道末端等高．木块的厚度h ＝0.45 m ，

木块最右端到小车最右端的水平距离x ＝0.45 m ，小车连同木块总质

量M ＝2 kg.现使一个质量m ＝0.5 kg 的小球从圆弧轨道上由静止释放，释放小球的位置和圆弧轨道的圆心之间的连线与竖直方向的夹角为53°，小球从木块右端飞出后恰好击中小车的最右端. (g 取10 m/s 2,