高中物理生活中的圆周运动提高训练.docx

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1、高中物理生活中的圆周运动提高训练一、高中物理精讲专题测试生活中的圆周运动1．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，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】【

2、分析】【详解】(1)根据机械能守恒定律Ep＝1mv12?①212Ep＝7m/s②v＝m(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/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

3、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2．如图所示，半径为R的四分之三圆周轨道固定在竖直平面内，O为圆轨道的圆心，D为圆轨道的最高点，圆轨道内壁光滑，圆轨道右侧的水平面BC与圆心等高．质量为m的小球从离B点高度为h处（3R2h3R）的A点由静止开始下落，从B点进入圆轨道，重力加速度为g）．（1）小球能否到达D点？试通过计算说明；（2）求小球在最高点对轨道的压力

4、范围；（3）通过计算说明小球从D点飞出后能否落在水平面BC上，若能，求落点与B点水平距离d的范围．【答案】（1）小球能到达D点；（2）0F3mg；（3）21Rd221R【解析】【分析】【详解】（1）当小球刚好通过最高点时应有：mvD2mgR由机械能守恒可得：mghRmvD22联立解得h3R，因为h的取值范围为3Rh3R，小球能到达D点；22（2）设小球在D点受到的压力为F，则mvD2FmgRmghRmvD22联立并结合h的取值范围33R解得：0F3mgRh2据牛顿第三定律得小球在最高点对轨道的压力范围为：0F3m

5、g（3）由（1）知在最高点D速度至少为vDmingR此时小球飞离D后平抛，有：R1gt22xminvDmint联立解得xmin2RR，故能落在水平面BC上，当小球在最高点对轨道的压力为3mg时，有：mg3mgmvD2maxR解得vDmax2gR小球飞离D后平抛R1gt2，2xmaxvDmaxt联立解得xmax22R故落点与B点水平距离d的范围为：21Rd221R3．如图所示，在竖直平面内固定有两个很靠近的同心圆形轨道，外圆ABCD光滑，内圆的上半部分B′C′粗D糙′，下半部分B′A′光D滑．一质量′m=0.2kg

6、的小球从轨道的最低点A处以初速度v0向右运动，球的直径略小于两圆间距，球运动的轨道半径R=0.2m，取g=10m/s2．（1）若要使小球始终紧贴着外圆做完整的圆周运动，初速度v0至少为多少？（2）若v0C=3m/s，经过一段时间小球到达最高点，内轨道对小球的支持力F=2N，则小球在这段时间内克服摩擦力做的功是多少？（3）若v0=3.1m/s，经过足够长的时间后，小球经过最低点A时受到的支持力为多少？小球在整个运动过程中减少的机械能是多少？（保留三位有效数字）【答案】（1）v0=10m/s（2）0.1J（3）6N；

7、0.56J【解析】【详解】（1）在最高点重力恰好充当向心力mg从到机械能守恒mvC2R2mgR1mv02-1mvC222解得v010m/s（2）最高点mvC'2mg-FCR从A到C用动能定理-2mgR-Wf1mvC'2-1mv0222得Wf=0.1J（3）由v0=3.1m/s<10m/s于，在上半圆周运动过程的某阶段，小球将对内圆轨道间有弹力，由于摩擦作用，机械能将减小．经足够长时间后，小球将仅在半圆轨道内做往复运动．设此时小球经过最低点的速度为vA，受到的支持力为FA12mgRmvAmv2AFA-mg得FA=

8、6N整个运动过程中小球减小的机械能RE1mv02-mgR2得E=0.56J,l,质量为m的小球与两根不可伸长的轻绳a,b连接,两轻绳的另一端分4．如图所示半径为4别固定在一根竖直光滑杆的A,B两点上.已知A,B两点相距为l,当两轻绳伸直后A、B两点到球心的距离均为l,重力加速度为g．（1）装置静止时,求小球受到的绳子的拉力大小T；（2）现以竖直杆为轴转动并达到稳定（轻绳