高中物理生活中的圆周运动试题类型及其解题技巧含解析.docx

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1、高中物理生活中的圆周运动试题类型及其解题技巧含解析一、高中物理精讲专题测试生活中的圆周运动1．如图，在竖直平面内，一半径为R的光滑圆弧轨道ABC和水平轨道PA在A点相切．BC为圆弧轨道的直径．3O为圆心，OA和OB之间的夹角为α，sinα=，一质量为m5的小球沿水平轨道向右运动，经A点沿圆弧轨道通过C点，落至水平轨道；在整个过程中，除受到重力及轨道作用力外，小球还一直受到一水平恒力的作用，已知小球在C点所受合力的方向指向圆心，且此时小球对轨道的压力恰好为零．重力加速度大小为g．求：（1）水平恒力的大小和小球到达C点时速度的大小；（2）小球到达A点时动量的大小；（3）小球从C点落至

2、水平轨道所用的时间．【答案】（1）5gR（2）m23gR（3）35R225g【解析】试题分析本题考查小球在竖直面内的圆周运动、受力分析、动量、斜下抛运动及其相关的知识点，意在考查考生灵活运用相关知识解决问题的的能力．解析（1）设水平恒力的大小为F0，小球到达C点时所受合力的大小为F．由力的合成法则有F0tan①mgF2(mg)2F02②设小球到达C点时的速度大小为v，由牛顿第二定律得v2Fm③R由①②③式和题给数据得F03mg④4v5gR⑤2（2）设小球到达A点的速度大小为v1，作CDPA，交PA于D点，由几何关系得DARsin⑥CDR(1cos）⑦由动能定理有mgCDF0DA1

3、mv21mv12⑧22由④⑤⑥⑦⑧式和题给数据得，小球在A点的动量大小为pmv1m23gR⑨2（3）小球离开C点后在竖直方向上做初速度不为零的匀加速运动，加速度大小为g．设小球在竖直方向的初速度为v，从C点落至水平轨道上所用时间为t．由运动学公式有vt1gt2CD⑩2vvsin由⑤⑦⑩式和题给数据得35Rtg5点睛小球在竖直面内的圆周运动是常见经典模型，此题将小球在竖直面内的圆周运动、受力分析、动量、斜下抛运动有机结合，经典创新．2．光滑水平面AB与竖直面内的圆形导轨在B点连接，导轨半径R＝0.5m，一个质量m＝2kg的小球在A处压缩一轻质弹簧，弹簧与小球不拴接．用手挡住小球不动

4、，此时弹簧弹性势能Ep＝49J，如图所示．放手后小球向右运动脱离弹簧，沿圆形轨道向上运动恰能通过最高点C，g取10m/s2．求：(1)小球脱离弹簧时的速度大小；(2)小球从B到C克服阻力做的功；(3)小球离开C点后落回水平面时的动能大小．【答案】（1）7m/s（2）24J（3）25J【解析】【分析】【详解】(1)根据机械能守恒定律12Ep＝mv1?①v1＝2Ep＝7m/s②m(2)由动能定理得－mg·2R－Wf＝1mv221mv12③22小球恰能通过最高点，故mgmv22④R由②③④得Wf＝24J(3)根据动能定理：mg2REk1mv222解得：Ek25J故本题答案是：（1）7m

5、/s（2）24J（3）25J【点睛】(1)在小球脱离弹簧的过程中只有弹簧弹力做功,根据弹力做功与弹性势能变化的关系和动能定理可以求出小球的脱离弹簧时的速度v;(2)小球从B到C的过程中只有重力和阻力做功,根据小球恰好能通过最高点的条件得到小球在最高点时的速度,从而根据动能定理求解从B至C过程中小球克服阻力做的功;(3)小球离开C点后做平抛运动,只有重力做功,根据动能定理求小球落地时的动能大小3．如图所示，一根长为0.1m的细线，一端系着一个质量是0.18kg的小球，拉住线的另一端，使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，当小球的转速增加到原转速的3倍时，细线断裂，这时测得线

6、的拉力比原来大40N．求：（1）线断裂的瞬间，线的拉力；（2）这时小球运动的线速度；（3）如果桌面高出地面0.8m，线断裂后小球沿垂直于桌子边缘的方向水平飞出去落在离桌面的水平距离．【答案】（1）线断裂的瞬间，线的拉力为45N；（2）线断裂时小球运动的线速度为5m/s；（3）落地点离桌面边缘的水平距离2m．【解析】【分析】【详解】(1)小球在光滑桌面上做匀速圆周运动时受三个力作用;重力mg、桌面弹力FN和细线的拉力F,重力mg和弹力FN平衡，线的拉力提供向心力，有：FN=F=mω2R，设原来的角速度为ω00ω,线断时的拉力是1,线上的拉力是F,加快后的角速度为F，则有：2F1:

7、F0=ω2:0=9:1，又F1=F0+40N，所以F0=5N,线断时有：F1=45N.(2)设线断时小球的线速度大小为v,由F1v2=m，R代入数据得：v=5m/s.(3)由平抛运动规律得小球在空中运动的时间为：t=2h20.8s=0.4s，g10则落地点离桌面的水平距离为：x=vt=5×0.4=2m.4．光滑水平面AB与一光滑半圆形轨道在B点相连，轨道位于竖直面内，其半径为R，一个质量为m的物块静止在水平面上，现向左推物块使其压紧弹簧，然后放手，物块在弹力作用下获得一速度，当它