高考物理生活中的圆周运动解题技巧和训练方法及练习题(含答案)

高考物理生活中的圆周运动解题技巧和训练方法及练习题(含答案)

一、高中物理精讲专题测试生活中的圆周运动

1．如图所示，水平桌面上有一轻弹簧，左端固定在A 点，自然状态时其右端位于B 点．D 点位于水平桌面最右端，水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP ，其形状为半径R ＝0.45m 的圆环剪去左上角127°的圆弧，MN 为其竖直直径，P 点到桌面的竖直距离为R ，P 点到桌面右侧边缘的水平距离为1.5R ．若用质量m 1＝0.4kg 的物块将弹簧缓慢压缩到C 点，释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B 点，用同种材料、质量为m 2＝0.2kg 的物块将弹簧缓慢压缩到C 点释放，物块过B 点后其位移与时间的关系为x ＝4t ﹣2t 2，物块从D 点飞离桌面后恰好由P 点沿切线落入圆轨道．g ＝10m/s 2，求：

（1）质量为m 2的物块在D 点的速度；

（2）判断质量为m 2＝0.2kg 的物块能否沿圆轨道到达M 点：

（3）质量为m 2＝0.2kg 的物块释放后在桌面上运动的过程中克服摩擦力做的功. 【答案】（1）2.25m/s （2）不能沿圆轨道到达M 点 （3）2.7J 【解析】 【详解】

（1）设物块由D 点以初速度v D 做平抛运动，落到P 点时其竖直方向分速度为：

v y 22100.45gR =⨯⨯m/s ＝3m/s

y D

v v =tan53°43

=

所以：v D ＝2.25m/s

（2）物块在内轨道做圆周运动，在最高点有临界速度，则

mg ＝m 2

v R

，

解得：v 32

2

gR =

=

m/s 物块到达P 的速度：

22

223 2.25P D y v v v =+=+＝3.75m/s

若物块能沿圆弧轨道到达M 点，其速度为v M ，由D 到M 的机械能守恒定律得：

()22

222111cos5322

M P m v m v m g R =-⋅+︒ 可得：2

0.3375M v =-，这显然是不可能的，所以物块不能到达M 点

（3）由题意知x ＝4t -2t 2，物块在桌面上过B 点后初速度v B ＝4m/s ，加速度为：

24m/s a =

则物块和桌面的摩擦力：22m g m a μ= 可得物块和桌面的摩擦系数: 0.4μ=

质量m 1＝0.4kg 的物块将弹簧缓慢压缩到C 点，释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B 点，由能量守恒可弹簧压缩到C 点具有的弹性势能为：

p 10BC E m gx μ-=

质量为m 2＝0.2kg 的物块将弹簧缓慢压缩到C 点释放，物块过B 点时，由动能定理可得：

2p 221

2

BC B E m gx m v μ-=

可得，2m BC x = 在这过程中摩擦力做功：

12 1.6J BC W m gx μ=-=-

由动能定理，B 到D 的过程中摩擦力做的功：

W 2222201122

D m v m v =

- 代入数据可得：W 2＝-1.1J

质量为m 2＝0.2kg 的物块释放后在桌面上运动的过程中摩擦力做的功

12 2.7J W W W =+=-

即克服摩擦力做功为2.7 J .

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：

2211222

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