高中物理曲线运动常见题型及答题技巧及练习题(含答案)及解析

高中物理曲线运动常见题型及答题技巧及练习题(含答案)及解析

一、高中物理精讲专题测试曲线运动

1．有一水平放置的圆盘，上面放一劲度系数为k的弹簧，如图所示，弹簧的一端固定于轴O上，另一端系一质量为m的物体A，物体与盘面间的动摩擦因数为μ，开始时弹簧未发生形变，长度为l．设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力．求：

（1）盘的转速ω0多大时，物体A开始滑动？

（2）当转速缓慢增大到2ω0时，A仍随圆盘做匀速圆周运动，弹簧的伸长量△x是多少？

【答案】（1）

g

l

μ

（2）

3

4

mgl

kl mg

μ

μ

-

【解析】

【分析】

（1）物体A随圆盘转动的过程中，若圆盘转速较小，由静摩擦力提供向心力；当圆盘转速较大时，弹力与摩擦力的合力提供向心力．物体A刚开始滑动时，弹簧的弹力为零，静摩擦力达到最大值，由静摩擦力提供向心力，根据牛顿第二定律求解角速度ω0．

（2）当角速度达到2ω0时，由弹力与摩擦力的合力提供向心力，由牛顿第二定律和胡克定律求解弹簧的伸长量△x．

【详解】

若圆盘转速较小，则静摩擦力提供向心力，当圆盘转速较大时，弹力与静摩擦力的合力提供向心力．

（1）当圆盘转速为n0时，A即将开始滑动，此时它所受的最大静摩擦力提供向心力，则有：

μmg＝mlω02，

解得：ω0=

g l μ

即当ω0＝

g

l

μ

A开始滑动．

（2）当圆盘转速达到2ω0时，物体受到的最大静摩擦力已不足以提供向心力，需要弹簧的弹力来补充，即：μmg+k△x＝mrω12，

r=l+△x

解得：

3

4

mgl x

kl mg

μ

μ

-

V＝

【点睛】

当物体相对于接触物体刚要滑动时，静摩擦力达到最大，这是经常用到的临界条件．本题关键是分析物体的受力情况．

2．如图所示，BC为半径r 2

2

5

=m竖直放置的细圆管，O为细圆管的圆心，在圆管的末端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ＝0.6的足够长粗糙斜面，一质量为m＝0.5kg的小球从O点正上方某处A点以v0水平抛出，恰好能垂直OB从B点进入细圆管，小球过C点时速度大小不变，小球冲出C点后经过

9

8

s再次回到C点。（g＝10m/s2）求：

（1）小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为多大？

（2）小球第一次过C点时轨道对小球的支持力大小为多少？

（3）若将BC段换成光滑细圆管，其他不变，仍将小球从A点以v0水平抛出，且从小球进入圆管开始对小球施加了一竖直向上大小为5N的恒力，试判断小球在BC段的运动是否为匀速圆周运动，若是匀速圆周运动，求出小球对细管作用力大小；若不是匀速圆周运动则说明理由。

【答案】（1）2m/s（2）20.9N（3）2N

【解析】

【详解】

（1）小球从A运动到B为平抛运动，有：r sin45°＝v0t

在B点有：tan45°

gt

v

=

解以上两式得：v0＝2m/s

（2）由牛顿第二定律得：

小球沿斜面向上滑动的加速度：

a1

4545

mgsin mgcos

m

μ

︒+︒

==g sin45°+μg cos45°＝22

小球沿斜面向下滑动的加速度：

a2

4545

mgsin mgcos

m

μ

︒-︒

==g sin45°﹣μg cos45°＝2m/s2

设小球沿斜面向上和向下滑动的时间分别为t1、t2，

由位移关系得：

1

2

a1t12

1

2

=a2t22

又因为：t1+t2

9

8

=s

解得：t1

3

8

=s，t2

3

4

=s

小球从C 点冲出的速度：v C ＝a 1t 1＝32m/s 在C 点由牛顿第二定律得：N ﹣mg ＝m 2C v r

解得：N ＝20.9N

（3）在B 点由运动的合成与分解有：v B 045v sin ==︒

22m/s 因为恒力为5N 与重力恰好平衡，小球在圆管中做匀速圆周运动。设细管对小球作用力大小为F

由牛顿第二定律得：F ＝m 2B v r

解得：F ＝52N

由牛顿第三定律知小球对细管作用力大小为52N ，

3．如图1所示是某游乐场的过山车，现将其简化为如图2所示的模型：倾角37θ=o 、长60cm L =的直轨道AB 与半径10cm R =的光滑圆弧轨道BCDEF 在B 处平滑连接，C 、F 为圆轨道最低点，D 点与圆心等高，E 为圆轨道最高点；圆轨道在F 点与水平轨道FG 平滑连接整条轨道宽度不计．现将一质量50g m =的滑块(可视为质点)从A 端由静止释放．已知滑块与AB 段的动摩擦因数10.25μ=，与FG 段的动摩擦因数20.5μ=，sin370.6=o ，cos370.8=o ．

（1）求滑块到达B 点时的动能1E ；

（2）求滑块到达E 点时对轨道的压力N F ；

（3）若要滑块能在水平轨道FG 上停下，求FG 长度的最小值x ；

（4）若改变释放滑块的位置，使滑块第一次运动到D 点时速度刚好为零，求滑块从释放到它第5次返回轨道AB 上离B 点最远时，它在AB 轨道上运动的总路程s ．

【答案】（1）0.12J ；（2）0.1N ；（3）0.52m ；（4）0.58m

【解析】

【分析】