高考物理生活中的圆周运动模拟试题.docx

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1、高考物理生活中的圆周运动模拟试题一、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

2、量的大小；（3）小球从C点落至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

3、，由几何关系得DARsin⑥CDR(1cos）⑦由动能定理有mgCDF0DA1mv21mv12⑧22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．如图所示，光滑轨道CD

4、EF是一“过山车”的简化模型，最低点D处入、出口不重合，E点是半径为R0.32m的竖直圆轨道的最高点，DF部分水平，末端F点与其右侧的水平传送带平滑连接，传送带以速率v=1m/s逆时针匀速转动，水平部分长度L=1m．物块B静止在水平面的最右端F处．质量为mA1kg的物块A从轨道上某点由静止释放，恰好通过竖直圆轨道最高点E，然后与B发生碰撞并粘在一起．若B的质量是A的k倍，A、B与传送带的动摩擦因数都为0.2，物块均可视为质点，物块A与物块B的碰撞时间极短，取g10m/s2．求：（1）当k3时物块A、B碰撞过程中产生的内能；（2）当k

5、=3时物块A、B在传送带上向右滑行的最远距离；（3）讨论k在不同数值范围时，A、B碰撞后传送带对它们所做的功W的表达式．k22k15【答案】（1）6J（2）0.25m（3）①W2k1J②W12k【解析】（1）设物块A在E的速度为v0，由牛顿第二定律得：mAgmAv02①，R设碰撞前A的速度为v1．由机械能守恒定律得：2mAgR1mAv021mAv12②，22联立并代入数据解得：v14m/s③；设碰撞后A、B速度为v2，且设向右为正方向，由动量守恒定律得mAv1mAm2v2④；解得：v2mAv1141m/s⑤；mAmB13由能量转化与

6、守恒定律可得：Q1mAv121mAmBv22⑥，代入数据解得Q=6J⑦；22（2）设物块AB在传送带上向右滑行的最远距离为s，由动能定理得：mAmBgs1mAmBv22⑧，代入数据解得s0.25m⑨；2（3）由④式可知：v2mAv14m/s⑩；mAmB1k（i）如果A、B能从传送带右侧离开，必须满足1mAmBv22mAmBgL，2解得：k＜1，传送带对它们所做的功为：WmAmBgL2k1J；（ii）（I）当v2v时有：k3，即AB返回到传送带左端时速度仍为v2；由动能定理可知，这个过程传送带对AB所做的功为：W=0J，（II）当0k

7、时，AB沿传送带向右减速到速度为零，再向左加速，当速度与传送带速度相等时与传送带一起匀速运动到传送带的左侧．在这个过程中传送带对AB所做的功为W1mAmBv21mAmBv22，22k22k15解得Wk1；2【点睛】本题考查了动量守恒定律的应用，分析清楚物体的运动过程是解题的前提与关键，应用牛顿第二定律、动量守恒定律、动能定理即可解题；解题时注意讨论，否则会漏解．A恰好通过最高点E，由牛顿第二定律求出A通过E时的速度，由机械能守恒定律求出A与B碰撞前的速度，A、B碰撞过程系统动量守恒，应用动量守恒定律与能量守恒定律求出碰撞过程产生的内

8、能，应用动能定理求出向右滑行的最大距离．根据A、B速度与传送带速度间的关系分析AB的运动过程，根据运动过程应用动能定理求出传送带所做的功．3．图示为一过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的光滑圆形轨道组成，BC分别是圆形轨道的