大题04 板块模型-2025年高考物理三轮冲刺大题突破试题（含答案）

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板块模型是高考物理力学综合题的标志性载体，近五年全国卷及新高考卷中每年必考，分值占比约10%-18%，常见于选择题（中档题）与压轴计算题。建议多关注：如仓库货物滑落、汽车ABS防抱死系统简化模型；微机电系统（MEMS）中微型板块的动力学特性分析；利用函数图像分析临界点（如板块分离时刻的v-t图拐点）、AGV搬运机器人货物防滑设计中的临界加速度计算； 冬奥会冰壶赛道摩擦特性与板块模型的结合分析、纳米材料表面摩擦的微观模型简化（如石墨烯层间滑动）、航天器着陆器的缓冲滑行动力学分析。2025年高考对“板块模型”的考查将延续“重过程分析、强综合应用、拓创新情境”的命题风格，突出多对象系统的动态建模能力。备考需以临界条件为突破口，强化多过程衔接与跨模块综合，同时关注科技热点与微观-宏观模型转化，做到“以静制动，以模应变”。
题型1 水平面上“滑块—木板”模型
例1.如图所示，质量M＝8 kg的长木板停放在光滑水平面上，在长木板的左端放置一质量m＝2 kg的小物块，小物块与长木板间的动摩擦因数μ＝0.2，现对小物块施加一个大小F＝8 N的水平向右恒力，小物块将由静止开始向右运动，2 s后小物块从长木板上滑落，从小物块开始运动到从长木板上滑落的过程中，重力加速度g取10 m/s2。求：
(1)小物块和长木板的加速度大小；
(2)长木板的长度；
(3)通过计算说明：互为作用力与反作用力的摩擦力对长木板和小物块做功的代数和是否为零。
例2.(2023江苏无锡高三专练)如图4所示，长L＝4.0 m、质量mA＝2.0 kg的木板A静止在光滑水平面上，对木板施加大小F＝4.0 N、方向向右的水平拉力，同时在木板上某位置放一初速度v0＝3.0 m/s、方向水平向右的小物块B，物块B的质量mB＝1.0 kg，在运动过程中物块B刚好未从木板A右端滑落。已知A、B间的动摩擦因数μ＝0.20，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g＝10 m/s2，求：
(1)物块B刚放上木板A时，木板A、物块B的加速度大小aA、aB；
(2)物块B刚放上木板时离木板A右端的距离x；
(3)从物块B刚放上木板A到离开木板的过程中，产生的热量Q。
例3. 如图所示，光滑水平面上放一木板A，质量M＝4 kg，小铁块B(可视为质点)质量为m＝1 kg，木板A和小铁块B之间的动摩擦因数μ＝0.2，小铁块B以v0＝10 m/s的初速度从木板A的左端冲上木板，恰好不滑离木板(g＝10 m/s2)。求：
(1)A、B的加速度分别为多少？
(2)经过多长时间A、B速度相同，相同的速度为多少？
(3)薄木板的长度。
题型二 斜面上“滑块—木板”模型
例3. (2023湖北十堰高三月考)如图所示，倾角θ＝37°的光滑斜面上有一质量M＝4 kg的足够长的木板A，在A的上端有一质量m＝2 kg的物块B(可视作质点)，物块B与木板A间的动摩擦因数μ＝0.5，斜面底端有一挡板P，木板与挡板P碰撞后会等速率反弹。现将木板与物块同时由静止释放，释放时木板前端与挡板相距s＝eq \f(1,3) m，取重力加速度大小g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。
(1)木板A第1次碰挡板P时的速度多大；
(2)求从木板A第1次碰到挡板到木板A第1次减速为零的时间；并求出在此过程中，物块B与木板A间因摩擦产生的热量。
例4.如图所示，倾角为θ＝37°的足够长的斜面固定在水平面上，斜面上放一长度为L＝4 m、质量M＝2 kg的木板，木板与斜面间的动摩擦因数μ1＝0.5，木板在沿斜面向下的恒力F＝8 N的作用下从静止开始下滑，经时间t1＝1 s，将一质量为m＝1 kg的可视为质点的物块无初速地轻放在木板的最下端，物块与木板间的动摩擦因数μ2＝0.25，当物块与木板速度相同时撤去恒力F，最终物块会与木板分离。(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2，不计空气阻力)试求：
(1)t1＝1 s时木板速度的大小v1；
(2)从物块放上木板到与木板共速的速度大小v2和所用时间t2；
(3)木板上表面因摩擦产生的热量Q。
2．(2023山东模拟演练卷)如图所示，一倾角为θ＝37°的足够长斜面体固定在水平地面上，一质量为M＝2 kg的长木板B沿着斜面以速度v0＝9 m/s匀速下滑，现把一质量为m＝1 kg的铁块A轻轻放在长木板B的左端，铁块恰好没有从长木板右端滑下，A与B间、B与斜面间的动摩擦因数相等，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，求：
(1)铁块A和长木板B共速后的速度大小；
(2)长木板的长度；
(3)请用数值验证，铁块刚放上长木板左端时与达到共速时系统的总能量相等。
题型三 动量观点在板块模型中的应用
例5. 如图甲所示，一右端固定有竖直挡板的质量M＝2 kg的木板静置于光滑的水平面上，另一质量m＝1 kg的物块以v0＝6 m/s的水平初速度从木板的最左端P点冲上木板，最终物块在木板上Q点(图甲中未画出)与木板保持相对静止，物块和木板的运动速度随时间变化的关系图像如图乙所示。物块可视为质点。求：
(1)图乙中v1、v2和v3的大小；
(2)整个过程物块与木板之间因摩擦产生的热量。
例6.（2024江苏南通高三二模）如图所示，在光滑水平面上有一个长为L的木板B，上表面粗糙，在其左端有一个光滑的14圆弧槽C，C与长木板接触但不连接，且下端与木板的上表面相平，B、C静止在水平面上。某时刻滑块A以初速度v0从右端滑上B并以v02的速度滑离B，恰好能到达C的最高点。A、B、C的质量均为m，重力加速度为g，求：
（1）滑块A与木板B上表面间的动摩擦因数μ；
（2）14圆弧槽C的半径R；
（3）A、C最终分离时，各自的速度大小。
3.(2023湖北部分重点中学联考)如图4所示，质量为2m、长为L的木板放在光滑水平地面上，其左端放有质量为m的小物块。初始时物块和木板同时获得等大反向的初速度v0，最终物块恰好没滑离木板，重力加速度为g，求：
(1)小物块与木板间的动摩擦因数；
(2)小物块对地向右运动的过程，木板的位移大小。

1．（2024山东聊城二模）如图所示，长木板在光滑水平面上以v0＝2 m/s的速度做匀速直线运动，长木板质量M＝0.5 kg，某时刻在长木板的右端轻放一个可视为质点的小物块，小物块的质量m＝1.5 kg，长木板右侧有一固定挡板，挡板下方留有仅允许长木板通过的缺口，小物块与长木板之间的动摩擦因数μ＝0.1，小物块与挡板发生正碰，碰撞是弹性碰撞。假设长木板右端到挡板的距离足够大。重力加速度取g＝10 m/s2，求：
（1）若要小物块不从长木板上滑下，求长木板的长度至少是多少？
（2）若长木板足够长，质量变为4.5 kg，求：
①小物块和挡板第一次相碰后向左运动的时间。
②小物块与挡板第n次碰撞到第n＋1次碰撞过程中，相对于长木板的位移是多少？
2．如图甲所示，质量M＝4 kg的足够长木板静止于光滑的水平面上，一滑块以速度v0从左端滑上长木板后，它们运动的速度—时间图像如图乙所示，取g＝10 m/s2。
(1)求滑块的质量m；
(2)若滑块与木板间的动摩擦因数μ＝0.4，求滑块相对长木板滑动的距离s。
3．(2023江苏苏州高三期末统考)如图所示，光滑水平地面上有一质量为M＝2 kg的木板，木板的左端放有一质量为m＝1 kg的小木块，木块与木板间的动摩擦因数为μ＝0.1。在木板两侧地面上各有一竖直固定墙壁，起初木板靠左侧墙壁静止放置。现给木块向右的水平初速度v0＝3 m/s，在此后运动过程中木板与墙壁碰撞前木块和木板均已相对静止，木块始终没有从木板上掉下。设木板与墙壁碰撞时间极短且无机械能损失，取g＝10 m/s2，求：
(1)第一次碰撞墙壁对木板的冲量大小I；
(2)木板的最短长度L；
(3)木块与木板发生相对滑动的时间总和t。
4．如图所示，一质量M＝3 kg的小车由水平部分AB和eq \f(1,4)光滑圆轨道BC组成，圆弧BC的半径R＝0.4 m且与水平部分相切于B点，小物块Q与AB段之间的动摩擦因数μ＝0.2，小车静止时左端与固定的光滑曲面轨道MN相切，一质量为m1＝0.5 kg的小物块P从距离轨道MN底端高为h＝1.8 m处由静止滑下，并与静止在小车左端的质量为m2＝1 kg的小物块Q(两物块均可视为质点)发生弹性碰撞，碰撞时间极短。已知除了小车AB段粗糙外，其余所有接触面均光滑，重力加速度g＝10 m/s2。
(1)求碰撞后瞬间物块Q的速度；
(2)求物块Q在小车上运动1 s时相对于小车运动的距离(此时Q未到B点且速度大于小车的速度)；
(3)要使物块Q既可以到达B点又不会从小车上掉下来，求小车左侧水平部分AB的长度L的取值范围。
5．（2025广东深圳一模）如图所示为一项冰上游戏设施，平台之间的水平冰面上有可滑动的小车，左右平台及小车上表面等高，小车紧靠左边平台。小孩坐在雪橇上（系有安全带），静止在左边平台边缘处。现在家长施加推力，雪橇瞬时获得水平冲量，滑上小车。小车在冰面上滑行了的距离后与右侧平台碰撞并被锁定，雪橇最终停在右侧平台上。已知小孩和雪橇的总质量，雪橇与小车上表面间的动摩擦因数，雪橇与右侧平台间的动摩擦因数。小车质量，长度。将雪橇视作质点，忽略冰面阻力，取。试计算
(1)雪橇滑上小车时的速度；
(2)小车碰撞右侧平台时的速度；
(3)雪橇在右侧平台上滑行的距离。
6．（2025江西上饶一模）如图所示，一块长为、质量为的木板静置于水平地面上，木板左端放置一质量为的物块。木板右侧距离为处有一光滑水平轨道，轨道表面与木板上表面齐平，质量为的物块B静置于轨道的点，与轨道左端点距离为，水平轨道点右边长度可以调节。轨道右端N点平滑连接一段外表面光滑的圆弧形轨道，圆弧的圆心在N点正下方（图中没有画出），半径为，圆弧轨道末端点的切线与水平方向的夹角为。现对物块施加一个水平向右、大小为的恒力，物块和木板开始向右运动，当木板撞上轨道时，物块恰好运动到木板右端并滑上轨道。在恒力作用下，物块与物块B可能发生多次弹性碰撞，一旦物块B滑到点右侧，则立即撤走物块。已知物块与木板间的动摩擦因数为，木板与地面间动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计A、B物块的大小，物块从木板滑上轨道瞬间速度大小不变。（取，）
(1)求的大小；
(2)若点与台阶右端点的距离足够长，物块与物块B发生碰撞后，求两物块间的最大距离；
(3)要物块B能够沿着圆弧轨道外表面运动到点，求、两点间的距离的取值范围。
7．（2025江西新余一模）如图，平板小车C静止在水平面上，左端紧靠平台且与平台等高，平台边缘正上方用长H=0.8m的轻绳悬挂质量为m的物块A，悬点正下方静置一质量为的物块B，将A向左拉至轻绳水平由静止释放，A与B发生正碰，碰后A的速度为零。已知A与B碰撞过程中的恢复系数，该系数是一个定值，只与发生碰撞物体材料有关。现将A、B互换角色，将B悬挂起来从水平位置由静止释放，与A发生正碰后，A滑上小车后，立即取走B，经过一段时间作用，小车C停止且A不滑出小车。已知物块A和小车C质量都为m=2kg，物块A与小车C上表面间的动摩擦因数，小车C与地面摩擦因素，重力加速度，A、B均可视作质点，不计空气阻力。求：
(1)物块B与物块A碰撞前速度；
(2)A刚滑上小车时的速度大小；
(3)小车C最少需要的长度L，及最后小车离开平台的位移x。
8．（2025江苏一模）如图所示，固定在水平面上的光滑斜面，倾角，底端固定弹性挡板，长木板B放在斜面上，小物块A放在B的上端沿斜面向上敲击B，使B立即获得初速度，此后B和挡板发生碰撞，碰撞前后速度大小不变，方向相反，A始终不脱离B且与挡板不发生碰撞。已知A、B的质量均为，A、B间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度。求：
(1)敲击B后的瞬间，A、B的加速度大小、；
(2)B上升的最大距离s；
(3)B的最小长度L。
9．（2024重庆模拟预测）某同学设计了如图1所示装置：一质量为0.5kg的水平长木板A置于水平桌面上，一质量为1.0kg的滑块B（可视为质点）置于木板A上某位置，轻绳一端跨过定滑轮与滑块B连接，另一端悬挂一重物，定滑轮和滑块B间轻绳水平，重物落地后立即与轻绳脱离连接。滑块B在虚线区域内（不含边界）会受到水平向右的恒力作用，虚线区域宽度为0.6m。时刻，滑块B位于虚线区域右侧，所有物体均静止。该同学在某次操作中，记录下滑块B和木板A运动的部分图像如图2所示，时刻，滑块B刚好进入虚线区域。整个运动过程中，滑块B始终不脱离木板A，木板A距定滑轮足够远，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，忽略空气阻力，重力加速度取。求：
(1)木板A与滑块B间、木板A与桌面间的动摩擦因数；
(2)本次操作中，所挂重物的质量；
(3)讨论本次操作中，滑块B停止运动时到虚线区域右边界的距离与恒力大小之间的关系。
10.（2024云南模拟预测）某科技创新小组制作了一个研究动量与能量的装置，其简化模型如图所示。水平地面上固定有A、B两个等高平台，之间静置一长为5l、质量为m的小车P，小车上表面与平台等高，左端靠近A。A的左端与一固定光滑斜面平滑连接，一轻质弹簧水平放置在B上且一端固定在B的右端。将一质量也为m的滑块Q从倾斜轨道上高处静止释放，沿斜面下滑后滑上小车。当小车右端与B刚接触时，Q恰好滑到小车右端且相对小车静止。小车与平台相碰后立即停止运动但不粘连，Q滑上B与弹簧作用后再次滑上小车。已知A的长度为2l，Q与A间的动摩擦因数，水平地面及B上表面均光滑，重力加速度为g，求：
(1)滑块Q刚要滑上小车时的速度大小；
(2)滑块Q与小车P间的动摩擦因数；
(3)若在以后运动中，只要小车与平台相碰，则小车立即停止运动但不粘连，求滑块Q最终停止的位置与平台A右端的距离。
1．(2022河北卷)如图所示，光滑水平面上有两个等高的滑板A和B，质量分别为1 kg和2 kg，A右端和B左端分别放置物块C、D，物块质量均为1 kg，A和C以相同速度v0＝10 m/s向右运动，B和D以相同速度kv0向左运动，在某时刻发生碰撞，作用时间极短，碰撞后C与D粘在一起形成一个新物块，A与B粘在一起形成一个新滑板，物块与滑板之间的动摩擦因数均为μ＝0.1。重力加速度大小取g＝10 m/s2。
(1)若0＜k＜0.5，求碰撞后瞬间新物块和新滑板各自速度的大小和方向；
(2)若k＝0.5，从碰撞后到新物块与新滑板相对静止时，求两者相对位移的大小。
板块模型的思维模板
(1)若子弹未射穿木块或滑块未从木板上滑下，当两者速度相等时木块或木板的速度最大，两者的相对位移(子弹为射入木块的深度)取得极值(完全非弹性碰撞拓展模型)。
(2)系统的动量守恒，但机械能不守恒，摩擦力与两者相对位移的乘积等于系统减少的机械能，即ΔE＝Q＝Ffs＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)－eq \f(1,2)(M＋m)v2。
(3)根据能量守恒，系统损失的动能ΔEk＝eq \f(M,m＋M)Ek0，可以看出，子弹(或滑块)的质量越小，木块(或木板)的质量越大，动能损失越多。