高考物理高考物理生活中的圆周运动解题技巧讲解及练习题(含答案)

高考物理高考物理生活中的圆周运动解题技巧讲解及练习题(含答案)

一、高中物理精讲专题测试生活中的圆周运动

1．如图，光滑轨道abcd 固定在竖直平面内，ab 水平，bcd 为半圆，在b 处与ab 相切．在直轨道ab 上放着质量分别为m A =2kg 、m B =1kg 的物块A 、B （均可视为质点），用轻质细绳将A 、B 连接在一起，且A 、B 间夹着一根被压缩的轻质弹簧（未被拴接），其弹性势能E p =12J ．轨道左侧的光滑水平地面上停着一质量M =2kg 、长L =0.5m 的小车，小车上表面与ab 等高．现将细绳剪断，之后A 向左滑上小车，B 向右滑动且恰好能冲到圆弧轨道的最高点d 处．已知A 与小车之间的动摩擦因数µ满足0.1≤µ≤0.3，g 取10m /s 2，求

（1）A 、B 离开弹簧瞬间的速率v A 、v B ； （2）圆弧轨道的半径R ；

（3）A 在小车上滑动过程中产生的热量Q （计算结果可含有µ）．

【答案】（1）4m/s （2）0.32m(3) 当满足0.1≤μ<0.2时，Q 1=10μ ；当满足0.2≤μ≤0.3

时，

22111

()22A A m v m M v -+ 【解析】 【分析】

（1）弹簧恢复到自然长度时，根据动量守恒定律和能量守恒定律求解两物体的速度； （2）根据能量守恒定律和牛顿第二定律结合求解圆弧轨道的半径R ；

（3）根据动量守恒定律和能量关系求解恰好能共速的临界摩擦力因数的值，然后讨论求解热量Q. 【详解】

（1）设弹簧恢复到自然长度时A 、B 的速度分别为v A 、v B ， 由动量守恒定律：

0=A A B B m v m v - 由能量关系：22

11=22

P A A B B E m v m v -

解得v A =2m/s ；v B =4m/s

（2）设B 经过d 点时速度为v d ，在d 点：2d

B B v m g m R

=

由机械能守恒定律：22d 11=222

B B B B m v m v m g R +⋅ 解得R=0.32m

（3）设μ=μ1时A 恰好能滑到小车左端，其共同速度为v,由动量守恒定律：

=()A A A m v m M v +由能量关系：()2

211122

A A A A m gL m v m M v μ=

-+ 解得μ1=0.2

讨论：

（ⅰ）当满足0.1≤μ<0.2时，A 和小车不共速，A 将从小车左端滑落，产生的热量为

110A Q m gL μμ== （J ）

（ⅱ）当满足0.2≤μ≤0.3时，A 和小车能共速，产生的热量为

()221111

22

A A Q m v m M v =

-+，解得Q 2=2J

2．如图所示,固定的光滑平台上固定有光滑的半圆轨道,轨道半径R =0.6m,平台上静止放置着两个滑块A 、B ,m A =0.1kg,m B =0.2kg,两滑块间夹有少量炸药,平台右侧有一带挡板的小车,静止在光滑的水平地面上．小车质量为M =0.3kg,车面与平台的台面等高,小车的上表面的右侧固定一根轻弹簧,弹簧的自由端在Q 点,小车的上表面左端点P 与Q 点之间是粗糙的,PQ 间距离为L 滑块B 与PQ 之间的动摩擦因数为μ=0.2,Q 点右侧表面是光滑的．点燃炸药后,A 、B 分离瞬间A 滑块获得向左的速度v A =6m/s,而滑块B 则冲向小车．两滑块都可以看作质点,炸药的质量忽略不计,爆炸的时间极短,爆炸后两个物块的速度方向在同一水平直线上,且g=10m/s 2．求:

(1)滑块A 在半圆轨道最高点对轨道的压力;

(2)若L =0.8m,滑块B 滑上小车后的运动过程中弹簧的最大弹性势能；

(3)要使滑块B 既能挤压弹簧,又最终没有滑离小车,则小车上PQ 之间的距离L 应在什么范围内

【答案】（1）1N ，方向竖直向上（2）0.22P E J =（3）0．675m ＜L ＜1．35m 【解析】 【详解】

(1)A 从轨道最低点到轨道最高点由机械能守恒定律得：

2

211222

A A A A m v m v m g R -=⨯ 在最高点由牛顿第二定律：

2

A N A v m g F m R

+=

滑块在半圆轨道最高点受到的压力为：

F N =1N

由牛顿第三定律得：滑块对轨道的压力大小为1N ，方向向上 （2）爆炸过程由动量守恒定律：

A A

B B m v m v =

解得：v B =3m/s

滑块B 冲上小车后将弹簧压缩到最短时，弹簧具有最大弹性势能，由动量守恒定律可知：

)B B B m v m M v =+共（

由能量关系：

2211()-22

P B B B B E m v m M v m gL μ=

-+共 解得E P =0.22J

(3)滑块最终没有离开小车，滑块和小车具有共同的末速度，设为u ，滑块与小车组成的系统动量守恒，有：

)B B B m v m M v =+（

若小车PQ 之间的距离L 足够大，则滑块还没与弹簧接触就已经与小车相对静止， 设滑块恰好滑到Q 点，由能量守恒定律得：

2211

1()22

B B B B m gL m v m M v μ=-+

联立解得：

L 1=1.35m

若小车PQ 之间的距离L 不是很大，则滑块必然挤压弹簧，由于Q 点右侧是光滑的，滑块必然被弹回到PQ 之间，设滑块恰好回到小车的左端P 点处，由能量守恒定律得：

222112()22

B B B B m gL m v m M v μ=

-+ 联立解得：

L 2=0.675m

综上所述，要使滑块既能挤压弹簧，又最终没有离开小车，PQ 之间的距离L 应满足的范围是0.675m ＜L ＜1.35m

3．如图所示，竖直平面内有一光滑的直角细杆MON ，其中ON 水平，OM 竖直，两个小物块A 和B 分别套在OM 和ON 杆上，连接AB 的轻绳长为L =0.5m ，．现将直角杆MON 绕过OM 的轴O 1O 2缓慢地转动起来．已知A 的质量为m 1=2kg ，重力加速度g 取10m/s 2。

（1）当轻绳与OM 的夹角θ=37°时，求轻绳上张力F 。 （2）当轻绳与OM 的夹角θ=37°时，求物块B 的动能E kB 。

（3）若缓慢增大直角杆转速，使轻绳与OM 的夹角θ由37°缓慢增加到53°，求这个过程中直角杆对A 和B 做的功W A 、W B 。