高考物理通用版二輪復(fù)習(xí)講義:第一部分 第一板塊 第3講 抓住“三類模型”破解豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) Word版含解析
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1、 第3講 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 考法 學(xué)法 圓周運(yùn)動(dòng)是歷年高考必考的運(yùn)動(dòng)形式,特別是豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng),在高考中考查的頻率較高。該部分內(nèi)容主要解決豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的三類典型模型(繩模型、桿模型和外軌模型)、向心力的分析及其方程應(yīng)用、圓周運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)的多過程組合問題。用到的思想方法有:①應(yīng)用臨界條件處理臨界問題的方法;②正交分解法; ③矢量三角形法;④等效思想;⑤分解思想。 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ [知能全通]—————————————————————————
2、——————— 1.繩模型的特點(diǎn) 實(shí)例 球與繩連接、水流星、翻滾過山車等 圖示 在最高 點(diǎn)受力 重力,彈力F彈向下或等于零 mg+F彈=m 恰好過 最高點(diǎn) F彈=0,mg=m,vmin=,即在最高點(diǎn)的速度v≥ 2.繩模型中小球通過最高點(diǎn)時(shí)的速度及受力特點(diǎn) v= 時(shí) 拉力或壓力為零 v> 時(shí) 小球受向下的拉力或壓力作用 v< 時(shí) 小球不能到達(dá)最高點(diǎn) [題點(diǎn)全練]———————————————————————————————— 1.如圖所示,光滑圓軌道固定在豎直面內(nèi),一質(zhì)量為m的小球沿軌道做完整的圓周運(yùn)動(dòng)。已知小球在最低點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大小為N1,在最
3、高點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大小為N2。重力加速度大小為g,則 N1-N2的值為( ) A.3mg B.4mg C.5mg D.6mg 解析:選D 設(shè)小球在最低點(diǎn)速度為v1,所受軌道彈力為N1′,在最高點(diǎn)速度為v2,所受軌道彈力為N2′,根據(jù)牛頓第二定律:在最低點(diǎn)有N1′-mg=m,在最高點(diǎn)有 N2′+mg=m,根據(jù)動(dòng)能定理:mg·2R=mv12-mv22,解得:N1′-N2′=6mg,由牛頓第三定律知N1′=N1,N2′=N2,故選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。 2.如圖所示,長均為L的兩根輕繩,一端共同系住質(zhì)量為m的小球,另一端分別固定在等高的A、B兩點(diǎn),A、B兩點(diǎn)間的距
4、離也為L,重力加速度大小為g。現(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)以AB為軸做圓周運(yùn)動(dòng),若小球在最高點(diǎn)速率為v時(shí),兩根輕繩的拉力恰好均為零,則小球在最高點(diǎn)速率為2v時(shí),每根輕繩的拉力大小為( ) A.mg B.mg C.3mg D.2mg 解析:選A 由題圖可知,小球在運(yùn)動(dòng)過程中,A、B兩點(diǎn)與小球所在位置構(gòu)成等邊三角形,由此可知,小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R=Lsin 60°=L,兩根輕繩與小球運(yùn)動(dòng)半徑方向間的夾角為30°,由題意,小球在最高點(diǎn)的速率為v時(shí),mg=m,當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速率為2v時(shí),應(yīng)有:F+mg=m,解得:F=3mg,由2FTcos 30°=F,可得每根輕繩的拉力大小均為FT
5、=mg,A項(xiàng)正確。 3.[多選](2018·深圳高三調(diào)研)如圖甲所示,一長為l的輕繩,一端穿在過O點(diǎn)的水平轉(zhuǎn)軸上,另一端固定一質(zhì)量未知的小球,整個(gè)裝置繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。小球通過最高點(diǎn)時(shí),繩對小球的拉力F與其速度平方v2的關(guān)系如圖乙所示,重力加速度為g,下列判斷正確的是( ) A.圖像函數(shù)表達(dá)式為F=m+mg B.重力加速度g= C.繩長不變,用質(zhì)量較小的小球做實(shí)驗(yàn),得到的圖線斜率更大 D.繩長不變,用質(zhì)量較小的小球做實(shí)驗(yàn),圖線b點(diǎn)的位置不變 解析:選BD 小球通過最高點(diǎn)時(shí),根據(jù)牛頓第二定律有:F+mg=m,解得F=m-mg,故A錯(cuò)誤;當(dāng)F=0時(shí),根據(jù)表達(dá)式有:mg=m,解
6、得g==,故B正確;根據(jù) F=m-mg知,圖線的斜率k=,繩長不變,用質(zhì)量較小的小球做實(shí)驗(yàn),得到的圖線斜率更小,故C錯(cuò)誤;當(dāng)F=0時(shí),g=,可知b點(diǎn)的位置與小球的質(zhì)量無關(guān),繩長不變,用質(zhì)量較小的小球做實(shí)驗(yàn),圖線b點(diǎn)的位置不變,故D正確。 [知能全通]———————————————————————————————— 1.桿模型的特點(diǎn) 實(shí)例 球與桿連接、球過豎直平面內(nèi)的圓形管道、套在圓環(huán)上的物體等 圖示 在最高 點(diǎn)受力 重力,彈力F彈向下、向上或等于零 mg±F彈=m 恰好過 最高點(diǎn) v=0,mg=F彈 在最高點(diǎn)速度可為零 2.桿模型中小球通過
7、最高點(diǎn)時(shí)的速度及受力特點(diǎn)
v=0時(shí)
小球受向上的支持力,且FN=mg
0
8、心 解析:選A 由于大圓環(huán)是光滑的,因此小環(huán)下滑的過程中,大圓環(huán)對小環(huán)的作用力方向始終與速度方向垂直,因此作用力不做功,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;小環(huán)下滑過程中,大圓環(huán)對小環(huán)的作用力先背離后指向大圓環(huán)的圓心,C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2.如圖所示,輕桿長為3L,在桿兩端分別固定質(zhì)量均為m的球A和B,光滑水平轉(zhuǎn)軸穿過桿上距球A為L處的O點(diǎn),外界給系統(tǒng)一定能量后,桿和球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),球B運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),桿對球B恰好無作用力。忽略空氣阻力。則球B在最高點(diǎn)時(shí)( ) A.球B的速度為零 B.球A的速度大小為 C.水平轉(zhuǎn)軸對桿的作用力為1.5mg D.水平轉(zhuǎn)軸對桿的作用力為2.5mg 解析:選C 球B
9、運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),桿對球B恰好無作用力,即重力恰好提供向心力,有mg=m,解得vB=,故A錯(cuò)誤;由于球A、B的角速度相等,則球A的速度大小vA=,故B錯(cuò)誤;球B在最高點(diǎn)時(shí),對桿無作用力,此時(shí)球A所受重力和桿的作用力的合力提供向心力,有F-mg=m,解得F=1.5mg,則水平轉(zhuǎn)軸對桿的作用力為1.5mg,故C正確,D錯(cuò)誤。 3.(2019屆高三·佛山模擬)如圖所示,內(nèi)壁光滑、質(zhì)量為m的管形圓軌道,豎直放置在光滑水平地面上,恰好處在左、右兩固定光滑擋板M、N之間,圓軌道半徑為R,質(zhì)量為m的小球能在管內(nèi)運(yùn)動(dòng),小球可視為質(zhì)點(diǎn),管的內(nèi)徑忽略不計(jì)。當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到軌道最高點(diǎn)時(shí),圓軌道對地面的壓力剛好為零,下列
10、判斷正確的是( ) A.圓軌道對地面的最大壓力大小為8mg B.圓軌道對擋板M、N的壓力總為零 C.小球運(yùn)動(dòng)的最小速度為 D.小球運(yùn)動(dòng)到圓軌道最右端時(shí),圓軌道對擋板N的壓力大小為5mg 解析:選A 當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),圓軌道對地面的壓力為零,可知小球?qū)A軌道的彈力等于圓軌道的重力,根據(jù)牛頓第二定律得,mg+N=m,N=mg,解得小球在最高點(diǎn)的速度v1=,該速度為小球運(yùn)動(dòng)的最小速度。根據(jù)動(dòng)能定理得,mg·2R=mv22- mv12,根據(jù)牛頓第二定律得,N′-mg=m,解得軌道對小球的最大支持力N′=7mg,由平衡條件及牛頓第三定律可知,圓軌道對地面的最大壓力為8mg,A正確,
11、C錯(cuò)誤;在小球運(yùn)動(dòng)的過程中,圓軌道對擋板的一側(cè)有力的作用,所以對擋板M、N的壓力不為零,B錯(cuò)誤;小球運(yùn)動(dòng)到圓軌道最右端時(shí),根據(jù)動(dòng)能定理得mgR=mv32-mv12,根據(jù)牛頓第二定律得N″=m,解得N″=4mg,由平衡條件及牛頓第三定律可知,此時(shí)圓軌道對擋板N的壓力大小為4mg,D錯(cuò)誤。 [知能全通]———————————————————————————————— 1.外軌模型的特點(diǎn) 實(shí)例 拱形橋等 圖示 在最高 點(diǎn)受力 重力,支持力向上或等于零 mg-FN=m 最高點(diǎn) 的運(yùn)動(dòng) FN恰好為0時(shí),mg=m,vmax= 即在最高點(diǎn)的速度v≤ 2.外軌模型中汽車通過
12、最高點(diǎn)時(shí)的速度及受力特點(diǎn)
v=0時(shí)
汽車受向上的支持力,且FN=mg
0
13、L1=L2
C.L1 14、1<t2 B.t1=t2
C.t1>t2 D.無法比較t1、t2的大小
解析:選A 在AB段,速度越大,滑塊受支持力越小,摩擦力就越小,在BC段,速度越大,滑塊受支持力越大,摩擦力就越大,由題意知從A運(yùn)動(dòng)到C相比從C運(yùn)動(dòng)到A,在AB段速度較大,在BC段速度較小,所以從A到C運(yùn)動(dòng)過程所受摩擦力較小,用時(shí)短,所以A正確。
3.(2018·淮海中學(xué)檢測)夏季游樂場的“飛舟沖浪”項(xiàng)目受到游客的歡迎,簡化模型如圖。一游客(可視為質(zhì)點(diǎn))以某一水平速度v0從A點(diǎn)出發(fā)沿光滑圓弧軌道運(yùn)動(dòng),至B點(diǎn)時(shí)脫離軌道,最終落在水面上的C點(diǎn),不計(jì)空氣阻力。下列說法中正確的是( )
A.在A點(diǎn)時(shí),游客對圓弧軌道的 15、壓力等于其重力
B.在B點(diǎn)時(shí),游客的向心加速度為g
C.從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過程,游客做勻變速運(yùn)動(dòng)
D.從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過程,游客做變加速運(yùn)動(dòng)
解析:選C 由于在A點(diǎn)水平初速度為v0,故mg-N=m,解得:N=mg-m,由牛頓第三定律知,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在B點(diǎn)恰好脫離軌道,設(shè)該點(diǎn)切線與水平方向夾角為θ,則man=mgcos θ,故an=gcos θ,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;從B點(diǎn)到C點(diǎn)過程,游客只受重力,做勻變速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。
[研一題]———————————————————————————————
[多選]如圖所示,半徑為R的圓弧軌道與半徑為的光滑半圓弧軌道通過圖示方式組合在一起,A、B 16、分別為半圓弧軌道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn),O為半圓弧的圓心?,F(xiàn)讓一可視為質(zhì)點(diǎn)的小球從B點(diǎn)以一定的初速度沿半圓弧軌道運(yùn)動(dòng),恰好通過最高點(diǎn)A后落在圓弧軌道上的C點(diǎn),不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,則下列說法中正確的是( )
A.小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)所受合力為零
B.小球從B點(diǎn)出發(fā)時(shí)的初速度大小為
C.C點(diǎn)與A點(diǎn)的高度差為
D.小球到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為mgR
[解析] 由于小球剛好能通過半圓弧軌道的最高點(diǎn)A,故小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)由重力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,所受合力不為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在A點(diǎn)時(shí),有mg=m,其中
r=,解得:vA= ,由機(jī)械能守恒定律可得:mvB2=mgR+mvA2,解得:vB= , 17、選項(xiàng)B正確;由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得:x=vAt,y=gt2,由幾何關(guān)系可得:x2+y2=R2,解得:y=,故C點(diǎn)與A點(diǎn)的高度差為,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理可知:EkC=
mvA2+mgy,解得:EkC=mgR,選項(xiàng)D正確。
[答案] BD
[悟一法]————————————————————————————————
平拋運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)組合問題的兩類思維流程
1.單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)的思維流程
2.質(zhì)點(diǎn)和圓盤的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的思維流程
[通一類]————————————————————————————————
1.如圖所示,B為豎直圓弧軌道的左端點(diǎn),它和圓心O的連線與豎直方向的夾角為 18、α。一小球在圓弧軌道左側(cè)的A點(diǎn)以速度v0平拋,恰好沿B點(diǎn)的切線方向進(jìn)入圓弧軌道。已知重力加速度為g,則A、B之間的水平距離為( )
A. B.
C. D.
解析:選A 設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度為v,如圖所示,在B點(diǎn)分解速度v可知:vx=v0,vy=v0tan α,又知小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),則有vy=gt,解得:t=,A、B之間的水平距離為
xAB=v0t=,A項(xiàng)正確。
2.[多選](2018·揭陽模擬)如圖所示,小球沿水平面以初速度v0通過O點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的豎直半圓弧軌道,半圓弧軌道最高點(diǎn)為P,不計(jì)一切阻力,則( )
A.小球進(jìn)入豎直半圓弧軌道后做勻速圓 19、周運(yùn)動(dòng)
B.若小球能通過P點(diǎn),則小球在P點(diǎn)受力平衡
C.若小球的初速度v0=3,則小球一定能通過P點(diǎn)
D.若小球恰能通過P點(diǎn),則小球落地點(diǎn)到O點(diǎn)的水平距離為2R
解析:選CD 不計(jì)一切阻力,小球機(jī)械能守恒,隨著高度增加,動(dòng)能減少,故做變速圓周運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;小球在最高點(diǎn)P需要向心力,故受力不平衡,B錯(cuò)誤;若小球恰能通過P點(diǎn),則有mg=,得vP=,小球過P點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng),有x=vPt,2R=gt2,得
x=·2=2R,D正確;由機(jī)械能守恒得mg·2R+mvP′2=mv02,得vP′=>,則小球一定能通過P點(diǎn),C正確。
3.(2018·六盤山模擬)如圖所示,半徑為R的圓盤在豎直面內(nèi)繞O軸 20、勻速轉(zhuǎn)動(dòng),盤上A、B兩點(diǎn)均粘有一小物體,當(dāng)B點(diǎn)轉(zhuǎn)至最低位置時(shí),O、A、B、P四點(diǎn)在同一豎直線上,已知OA=AB,P是地面上的一點(diǎn)。A、B兩點(diǎn)處的小物體同時(shí)脫落,最終落到水平地面上同一點(diǎn)(不計(jì)空氣的阻力)。則OP之間的距離是( )
A.R B.7R
C.R D.5R
解析:選A 設(shè)OP之間的距離為h,則A下落的高度為h-R,A隨圓盤運(yùn)動(dòng)的線速度為ωR,設(shè)A下落的時(shí)間為t1,水平位移為x,則在豎直方向上有h-R=gt12,在水平方向上有x=ωRt1,B下落的高度為h-R,B隨圓盤運(yùn)動(dòng)的線速度為ωR,設(shè)B下落的時(shí)間為t2,水平位移也為x,則在豎直方向上有h-R=gt22,在水平方向上有x 21、=ωRt2,解得
h=R,A項(xiàng)正確。
[專題強(qiáng)訓(xùn)提能]
1.(2018·肇慶摸底)如圖,一長為L的輕質(zhì)細(xì)桿一端與質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))相連,另一端可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),現(xiàn)使輕桿與小球在同一豎直面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),測得小球的向心加速度大小為g(g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?,下列說法正確的是( )
A.小球的線速度大小為gL
B.小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)處于完全失重狀態(tài)
C.當(dāng)輕桿轉(zhuǎn)到水平位置時(shí),輕桿對小球作用力方向指向圓心O點(diǎn)
D.輕桿在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,輕桿對小球作用力的最大值為mg 22、
解析:選B 根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中a=,解得:v=,A錯(cuò)誤;小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心加速度大小為g,所以小球在最高點(diǎn)的加速度為g,處于完全失重狀態(tài),B正確;當(dāng)輕桿轉(zhuǎn)到水平位置時(shí),輕桿對小球的作用力和重力的合力指向圓心,所以輕桿對小球的作用力方向不可能指向圓心O點(diǎn),C錯(cuò)誤;在最低點(diǎn)輕桿對小球的作用力最大,即F-mg=ma,解得:F=2mg,D錯(cuò)誤。
2.一截面為圓形的內(nèi)壁光滑細(xì)管被彎成一個(gè)半徑為R的大圓環(huán),并固定在豎直平面內(nèi)。在管內(nèi)的環(huán)底A處有一質(zhì)量為m、直徑比管徑略小的小球,小球上連有一根穿過位于環(huán)頂B處管口的輕繩,在水平外力F的作用下,小球以恒定的速率從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),如圖所示 23、。忽略內(nèi)、外側(cè)半徑差別(小球可視為質(zhì)點(diǎn)),此過程中外力F的變化情況是( )
A.逐漸增大 B.逐漸減小
C.先減小,后增大 D.先增大,后減小
解析:選D 小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合外力提供向心力,所以切線方向合力為零,設(shè)小球重力方向與切線方向的夾角為α,則有F=mgcos α,小球上升過程中,α從90°先減小到
0(與圓心等高處),后增大到90°(B點(diǎn)處),cos α 先增大后減小,所以F=mgcos α先增大后減小,故D正確。
3.如圖所示,一質(zhì)量為m的小物塊沿豎直面內(nèi)半徑為R的圓弧軌道下滑,滑到最低點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度為v,若小物塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)是μ,則當(dāng)小物塊滑到 24、最低點(diǎn)時(shí)受到的摩擦力為( )
A.μmg B.μ
C.μm D.μm
解析:選D 小物塊滑到軌道最低點(diǎn)時(shí),由重力和軌道的支持力提供向心力,由牛頓第二定律得FN-mg=m,得FN=m,則當(dāng)小物塊滑到最低點(diǎn)時(shí)受到的摩擦力為f=μFN=μm,D正確。
4.[多選](2018·洛陽高三統(tǒng)考)如圖所示,處于豎直平面內(nèi)的光滑細(xì)金屬圓環(huán)半徑為R,質(zhì)量均為m的帶孔小球A、B穿于環(huán)上,兩根長為R的細(xì)繩一端分別系于A、B球上,另一端分別系于圓環(huán)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn),現(xiàn)讓圓環(huán)繞豎直直徑轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)角速度緩慢增大到某一值時(shí),連接B球的繩子恰好拉直,轉(zhuǎn)動(dòng)過程中繩子不會斷,則下列說法正確的是( )
A.連接B球 25、的繩子恰好拉直時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為
B.連接B球的繩子恰好拉直時(shí),圓環(huán)對A球的作用力為零
C.繼續(xù)增大轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,圓環(huán)對B球的作用力可能為零
D.繼續(xù)增大轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,A球可能會沿圓環(huán)向上移動(dòng)
解析:選AB 當(dāng)連接B球的繩子剛好拉直時(shí),mgtan 60°=mω2Rsin 60°,解得ω=
,A項(xiàng)正確;連接B球的繩子恰好拉直時(shí),A球與B球轉(zhuǎn)速相同,由對稱性知,A球所受合力也為mgtan 60°,又A球所受重力為mg,可判斷出A球所受繩子的拉力為=2mg,A球不受圓環(huán)的作用力,B項(xiàng)正確;繼續(xù)增大轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,連接B球的繩子上會有拉力,要維持B球豎直方向所受外力的合力為零,圓環(huán)對B球 26、必定有彈力,C項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大,圓環(huán)對A球的彈力不為零,根據(jù)豎直方向上A球所受外力的合力為零,可知繩子對A球的拉力增大,繩子應(yīng)張得更緊,因此A球不可能沿圓環(huán)向上移動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5.(2019屆高三·合肥調(diào)研)如圖甲所示,輕桿一端與一小球相連,另一端連在光滑固定軸上,可在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)?,F(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),到達(dá)某一位置開始計(jì)時(shí),取水平向右為正方向,小球的水平分速度vx隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。不計(jì)空氣阻力。下列說法中正確的是( )
A.t1時(shí)刻小球通過最高點(diǎn),圖乙中S1和S2的面積相等
B.t2時(shí)刻小球通過最高點(diǎn),圖乙中S1和S2的面積相等
C.t1 27、時(shí)刻小球通過最高點(diǎn),圖乙中S1和S2的面積不相等
D.t2時(shí)刻小球通過最高點(diǎn),圖乙中S1和S2的面積不相等
解析:選A 由題意可知,題圖乙中t1時(shí)刻小球通過最高點(diǎn),面積S1表示的是小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到水平直徑最左端位置的過程中通過的水平位移,其大小等于輕桿的長度;S2表示的是小球從水平直徑最左端位置運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中通過的水平位移,其大小也等于輕桿的長度,所以選項(xiàng)A正確。
6.如圖所示,質(zhì)量為M的物體內(nèi)有光滑圓形軌道,現(xiàn)有一質(zhì)量為m的小滑塊沿該圓形軌道在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng),A、C點(diǎn)為圓周的最高點(diǎn)和最低點(diǎn),B、D點(diǎn)為與圓心O在同一水平線上的點(diǎn),小滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí),物體在地面上靜止不動(dòng) 28、,則關(guān)于物體對地面的壓力N和地面對物體的摩擦力的說法正確的是( )
A.小滑塊在A點(diǎn)時(shí),N>Mg,摩擦力方向向左
B.小滑塊在B點(diǎn)時(shí),N=Mg,摩擦力方向向左
C.小滑塊在C點(diǎn)時(shí),N>(M+m)g,物體與地面無摩擦力
D.小滑塊在D點(diǎn)時(shí),N=(M+m)g,摩擦力方向向左
解析:選C 小滑塊在A點(diǎn)時(shí)對物體的作用力豎直向上,物體在水平方向不受力的作用,所以不受摩擦力,A錯(cuò)誤;小滑塊在B點(diǎn)時(shí),需要的向心力向右,所以物體對小滑塊有向右的支持力作用,對物體受力分析可知,地面要對物體有向右的摩擦力作用,小滑塊在豎直方向上對物體沒有作用力,物體受力平衡,所以物體對地面的壓力N=Mg,B錯(cuò)誤;小滑 29、塊在C點(diǎn)對物體的作用力豎直向下,物體在水平方向不受力的作用,所以不受摩擦力;小滑塊對物體的壓力要大于自身所受的重力,則物體對地面的壓力N>(M+m)g,C正確;小滑塊在D點(diǎn)和B點(diǎn)受力情況類似,分析可知N=Mg,摩擦力方向向左,D錯(cuò)誤。
7.如圖所示,內(nèi)壁光滑的半球形碗放在水平面上,將質(zhì)量不同的A、B兩個(gè)小球(A球質(zhì)量小,B球質(zhì)量大)從碗口兩側(cè)同時(shí)由靜止釋放,讓兩球沿內(nèi)壁下滑,不計(jì)兩小球的大小,則下列說法正確的是( )
A.A球先到達(dá)碗底
B.B球先到達(dá)碗底
C.兩球下滑的過程中,碗有向左滑動(dòng)的趨勢
D.兩球下滑的過程中,碗有向右滑動(dòng)的趨勢
解析:選D 由于兩小球運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)于過球心 30、的豎直線對稱,兩小球下滑過程中在同一水平面上的加速度大小始終相同,所以同時(shí)到達(dá)碗底,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;由于B球質(zhì)量較大,下滑過程中對右側(cè)碗壁的作用力較大,所以兩球下滑的過程中,碗有向右滑動(dòng)的趨勢,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。
8.[多選](2018·廈門模擬)如圖所示,兩根等長的細(xì)線拴著兩個(gè)小球在豎直平面內(nèi)各自做圓周運(yùn)動(dòng),某一時(shí)刻小球1運(yùn)動(dòng)到自身軌道的最低點(diǎn),小球2恰好運(yùn)動(dòng)到自身軌道的最高點(diǎn),這兩點(diǎn)高度相同,此時(shí)兩小球速度大小相同,若兩小球質(zhì)量均為m,可視為質(zhì)點(diǎn),忽略空氣阻力的影響,則下列說法正確的是( )
A.此刻兩根細(xì)線拉力大小相同
B.運(yùn)動(dòng)過程中,兩根細(xì)線上拉力的差值最大為2mg
C.運(yùn) 31、動(dòng)過程中,兩根細(xì)線上拉力的差值最大為10mg
D.相對同一零勢能面,球1在最高點(diǎn)的機(jī)械能等于球2在最低點(diǎn)的機(jī)械能
解析:選CD 題述位置,球1加速度方向向上,處于超重狀態(tài),球2加速度方向向下,處于失重狀態(tài),故拴著球1的細(xì)線拉力較大,故A錯(cuò)誤;球1在最高點(diǎn)時(shí),有:F1+mg=m,球2在最低點(diǎn)時(shí),有:F2-mg=m,兩球運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒,球1:mv2=
mv12+2mgR,球2:mv2=mv22-2mgR,解得:F1=m-5mg,F(xiàn)2=m+5mg,故
F2-F1=10mg,故B錯(cuò)誤,C正確;兩球運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒,而題述位置兩球的機(jī)械能相等,故兩球的機(jī)械能一直是相等的,故D正確。
32、9.如圖所示,一傾角為30°的勻質(zhì)圓盤繞垂直于盤面的固定對稱軸以恒定角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng),盤面上離轉(zhuǎn)軸距離為d處,有一帶負(fù)電的電荷量為q、質(zhì)量為m的物體與圓盤始終保持相對靜止。整個(gè)裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)電場中,電場強(qiáng)度E=,則物體與盤面間的動(dòng)摩擦因數(shù)至少為(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,g為重力加速度)( )
A. B.
C. D.
解析:選A 對物體隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的各個(gè)位置分析比較可知,當(dāng)物體轉(zhuǎn)到圓盤的最低點(diǎn)時(shí),所受的靜摩擦力沿斜面向上達(dá)到最大,由牛頓第二定律得:μ(mg+qE)cos 30°-(mg+qE)sin 30°=mω2d,解得:μ=,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。
10.固定在豎直 33、平面內(nèi)的光滑圓弧軌道ABCD,其A點(diǎn)與圓心等高,D點(diǎn)為軌道的最高點(diǎn),DB為豎直直徑,AC為水平直徑,AE為水平面,如圖所示。今使小球自A點(diǎn)正上方某處由靜止釋放,且從A點(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道運(yùn)動(dòng),只要適當(dāng)調(diào)節(jié)釋放點(diǎn)的高度,總能使小球通過最高點(diǎn)D,則小球通過D點(diǎn)后( )
A.一定會落到水平面AE上
B.一定會再次落到圓弧軌道上
C.可能會再次落到圓弧軌道上
D.一定不會落到水平面AE上
解析:選A 設(shè)圓弧軌道半徑為R,若小球恰好能夠通過最高點(diǎn)D,根據(jù)mg=m,得:vD=,知在最高點(diǎn)D的最小速度為,小球經(jīng)過D點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)R=
gt2,得:t= ,則平拋運(yùn)動(dòng)的最小水平位移為:x=vDt= 34、·=R,知小球一定會落到水平面AE上。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。
11.如圖所示,一塊足夠大的光滑平板放置在水平面上,能繞水平固定軸MN旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)其與水平面所成的傾角。板上一根長為L=0.60 m的輕繩,它的一端系住一質(zhì)量為m的小球,另一端固定在板上的O點(diǎn)。當(dāng)平板的傾角為α?xí)r,先將輕繩平行于水平軸MN拉直,第一次給小球一初速度使小球恰能在平板上做完整的圓周運(yùn)動(dòng),小球在最高點(diǎn)的速度大小為 m/s,若要使小球在最高點(diǎn)時(shí)輕繩的拉力大小恰與小球所受的重力大小相等,則小球在最高點(diǎn)的速度大小為(取重力加速度g=10 m/s2)( )
A. m/s B.2 m/s
C.3 m/s D.2 m 35、/s
解析:選C 小球在傾斜平板上運(yùn)動(dòng)時(shí)受重力、輕繩拉力、傾斜平板彈力。在垂直傾斜平板方向上合力為0,重力沿傾斜平板方向的分量為mgsin α,若小球恰能通過最高點(diǎn),輕繩拉力T=0,此時(shí)mgsin α=m,代入數(shù)據(jù)得:sin α=,若要使小球在最高點(diǎn)時(shí)輕繩的拉力大小恰與小球所受的重力大小相等,小球在最高點(diǎn)時(shí),有mg+mgsin α=m,代入數(shù)據(jù)得:v′=3 m/s,故C正確。
12.[多選](2018·大慶模擬)如圖所示,豎直平面內(nèi)的兩個(gè)半圓軌道在B點(diǎn)平滑相接,兩個(gè)半圓的圓心O1、O2在同一水平線上,粗糙的小半圓半徑為R,光滑的大半圓半徑為2R;一質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從大半圓的 36、一端A點(diǎn)以一定的初速度向上沿著半圓內(nèi)壁運(yùn)動(dòng),且剛好能通過大半圓的最高點(diǎn),最后滑塊從小半圓的左端沖出軌道,剛好能到達(dá)大半圓的最高點(diǎn),已知重力加速度為g,則( )
A.滑塊在A點(diǎn)的初速度為
B.滑塊在A點(diǎn)對半圓軌道的壓力為6mg
C.滑塊第一次通過小半圓過程克服摩擦力做的功為mgR
D.增大滑塊在A點(diǎn)的初速度,則滑塊通過小半圓克服摩擦力做的功不變
解析:選AC 由于滑塊恰好能通過大半圓的最高點(diǎn),在最高點(diǎn)重力提供向心力,即
mg=m,解得v=,根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得mvA2=2mgR+m()2,解得
vA=,A正確;滑塊在A點(diǎn)時(shí)受到半圓軌道的支持力為:F=m=3mg,由牛頓第
三定 37、律可知,B錯(cuò)誤;設(shè)滑塊在O1點(diǎn)的速度為v1,則v1==2,在小半圓運(yùn)動(dòng)的過程中,根據(jù)動(dòng)能定理得Wf=mvA2-mv12=mgR,C正確;增大滑塊在A點(diǎn)的初速度,則滑塊在小半圓中各個(gè)位置速度都增大,滑塊對小半圓的平均壓力增大,因此克服摩擦力做的功增多,D錯(cuò)誤。
13.[多選](2018·湖南六校聯(lián)考)如圖所示為用絞車拖物塊的示意圖。拴接物塊的細(xì)線被纏繞在輪軸上,輪軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)從而拖動(dòng)物塊。已知輪軸的半徑R=0.5 m,細(xì)線始終保持水平;被拖動(dòng)物塊質(zhì)量m=1 kg,與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5;輪軸的角速度隨時(shí)間變化的關(guān)系是 ω=kt,k=2 rad/s2,g取10 m/s2,以下判斷正確的是 38、( )
A.物塊做勻速運(yùn)動(dòng)
B.細(xì)線對物塊的拉力是5 N
C.細(xì)線對物塊的拉力是6 N
D.物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小是1 m/s2
解析:選CD 由題意知,物塊的速度為:v=ωR=2t×0.5=t,又v=at,故可得:a=1 m/s2,所以物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小是1 m/s2,故A錯(cuò)誤,D正確;由牛頓第二定律可得,物塊所受合外力為:F=ma=1 N,F(xiàn)=T-f,地面摩擦力為:f=μmg=0.5×
1×10 N=5 N,故可得物塊受細(xì)線拉力為:T=f+F=5 N+1 N=6 N,故B錯(cuò)誤,C正確。
14.[多選](2018·鐵嶺協(xié)作體模擬)如圖所示,半徑為R 39、的內(nèi)壁光滑圓軌道豎直固定在桌面上,一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m的小球靜止在軌道底部A點(diǎn)?,F(xiàn)用小錘沿水平方向快速擊打小球,使小球在極短的時(shí)間內(nèi)獲得一個(gè)水平速度后沿軌道在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小球回到A點(diǎn)時(shí),再次用小錘沿運(yùn)動(dòng)方向擊打小球,通過兩次擊打,小球才能運(yùn)動(dòng)到軌道的最高點(diǎn)。已知小球在運(yùn)動(dòng)過程中始終未脫離軌道,在第一次擊打過程中小錘對小球做功大小為W1,第二次擊打過程中小錘對小球做功大小為W2。設(shè)先后兩次擊打過程中小錘對小球做功全部用來增加小球的動(dòng)能,則的值可能是( )
A. B.
C. D.1
解析:選BC 第一次擊打后小球最多到達(dá)與圓心O等高位置,根據(jù)功能關(guān)系,有:W1≤mgR,兩次擊打后小球可以到達(dá)軌道最高點(diǎn),根據(jù)功能關(guān)系,有:W1+W2-2mgR=
mv2,在最高點(diǎn),有:mg+FN=m≥mg,解得:W1≤mgR,W2≥mgR,故≤,故B、C正確,A、D錯(cuò)誤。
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