【备战】全国高中物理试题汇编（11月第一期）D4圆周运动（含解析）.doc

d4 圆周运动【原创纯word版精品解析】物理卷2015届浙江省温州市十校联合体（温州中学等）高三第一次月考（201410）】20如图16，一个质量为m的小球,以某一初速度从a点水平抛出，恰好从圆管bcd的b点沿切线方向进入圆弧，经bcd从圆管的最高点d射出，恰好又落到b点。已知圆弧的半径为r且a与d在同一水平线上，bc弧对应的圆心角=600，不计空气阻力求：图16(1) （3分）小球从a点做平抛运动的初速度v0的大小；(2) （6分）在d点处管壁对小球的作用力n；(3) （3分）小球在圆管中运动时克服阻力做的功wf【知识点】动能定理的应用；牛顿第二定律；向心力c2 d4 e2【答案解析】（1） （2） （3） 解析： （1）小球从a到b：竖直方向 则 在b点，由速度关系 （2）小球从d到b：竖直方向 解得： 则小球从d点抛出的速度 在d点，由向心力公式得： 解得： 方向竖直向上 （3）从a到d全程应用动能定理： 解得： 【思路点拨】（1）根据几何关系求出平抛运动下降的高度，从而求出竖直方向上的分速度，根据运动的合成和分解求出初速度的大小（2）根据平抛运动知识求出小球在d点的速度，再根据牛顿第二定律求出管壁对小球的弹力作用（3）对a到d全程运用动能定理，求出小球在圆管中运动时克服阻力做的功本题综合考查了平抛运动和圆周运动的基础知识，难度不大，关键搞清平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，以及圆周运动向心力的来源【首发【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河南省洛阳市高三上学期期中考试（201410）word版】12.如图5所示，轮o1、o3固定在同一转轴上，轮o1、o2用皮带连接且不打滑。在o1、o2、o3三个轮的边缘各取一个点a、b、c，已知三个轮的半径比，当转轴匀速转动时，下列说法中正确的是a.a、b、c三点的线速度之比为2:2:1 b.a、b、c三点的角速度之比为1:2:1c.a、b、c三点的加速度之比为2:4:1 d.a、b、c三点的周期之比为1:2:1【知识点】向心加速度；线速度、角速度和周期、转速d4 d6【答案解析】abc 解析： a、a、b两点靠传送带传动，线速度大小相等，a、c共轴转动，角速度相等，根据v=r，则va：vc=r1：r3=2：1所以a、b、c三点的线速度大小之比va：vb：vc=2：2：1故a正确；b、a、c共轴转动，角速度相等，a、b两点靠传送带传动，线速度大小相等，根据v=r，a：b=r2：r1=1：2所以a、b、c三点的角速度之比a：b：c=1：2：1，故b正确；c、根据an=v，可知，a、b、c三点的加速度之比为2：4：1故c正确；d、由t=，可知，a、b、c三点的周期之比为2：1：2，故d错误故选：abc【思路点拨】共轴转动，角速度相等，靠传送带传动，线速度相等，根据v=r，求出各点的线速度、角速度之比解决本题的知道共轴转动的点，角速度相等，靠传送带传动轮子边缘上的点，线速度相等【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】20.(11分)如图所示，半径为r的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心o的对称轴重合，转台以一定角速度匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和o点的连线与之间的夹角为60。重力加速度大小为g。(1)若=，小物块受到的摩擦力恰好为零，求；(3分)(2)若=(1)，且0k1，求小物块受到的摩擦力大小和方向。(8分)【知识点】向心力；线速度、角速度和周期、转速d4 d6【答案解析】（1） (2) 当=（1+k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向下，大小为当=（1-k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向上，大小为 向下解析：（1）当摩擦力为零，支持力和重力的合力提供向心力，有： mgtanmrsin02，解得0（2）当=（1+k）0时，重力和支持力的合力不够提供向心力，摩擦力方向沿罐壁切线向下，根据牛顿第二定律得，fcos60+ncos30=mrsin602fsin60+mg=nsin30联立两式解得f当=（1-k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向上，根据牛顿第二定律得，ncos30-fcos60=mrsin602mg=nsin30+fsin60联立两式解得f【思路点拨】（1）若=0，小物块受到的摩擦力恰好为零，靠重力和支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律求出角速度的大小（2）当0，重力和支持力的合力不够提供向心力，摩擦力方向沿罐壁切线向下，根据牛顿第二定律求出摩擦力的大小当0，重力和支持力的合力大于向心力，则摩擦力的方向沿罐壁切线向上，根据牛顿第二定律求出摩擦力的大小解决本题的关键搞清物块做圆周运动向心力的来源，结合牛顿第二定律，抓住竖直方向上合力为零，水平方向上的合力提供向心力进行求解【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】12.如图，轨道是由一直轨道和一半圆轨道组成，一个小滑块从距轨道最低点b为h的a处由静止开始运动，滑块质量为m，不计一切摩擦。则下列说法错误的是( )a.若滑块能通过圆轨道最高点d，h最小为2.5rb.若h=2r，当滑块到达与圆心等高的c点时，对轨道的压力为3mgc.若h=2r，滑块会从c、d之间的某个位置离开圆轨道做斜抛运动d.若要使滑块能返回到a点，则hr【知识点】机械能守恒定律；牛顿第二定律；向心力c2 d4 e3【答案解析】 b 解析： a、要使物体能通过最高点，则由mg=m可得：v=，从a到d根据机械能守恒定律得：mgh=mg2r+mv2，解得h=2.5r，故a正确；b、若h=2r，从a到c根据机械能守恒定律得：mgh=mgr+mv2，在c点有：n=m，解得：n=2mg，故b错误；c、若h=2r，小滑块不能通过d点，在cd中间某一位置即做斜上抛运动离开轨道，做斜抛运动，故c正确；d、若要使滑块能返回到a点，则物块在圆弧中运动的高度不能超过c点，否则就不能回到a点，则则hr，故d正确故选b【思路点拨】物体进入右侧半圆轨道后做圆周运动，由圆周运动的临界条件可知物体能到达d点的临界值；再由机械能守恒定律可得出a点最小高度，分情况讨论即可机械能守恒定律与圆周运动的结合题目较为常见，在解题时一定要把握好竖直平面内圆周运动的临界值的分析【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】20.(11分)如图所示，半径为r的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心o的对称轴重合，转台以一定角速度匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和o点的连线与之间的夹角为60。重力加速度大小为g。(1)若=，小物块受到的摩擦力恰好为零，求；(3分)(2)若=(1)，且0k1，求小物块受到的摩擦力大小和方向。(8分)【知识点】向心力；线速度、角速度和周期、转速d4 d6【答案解析】（1） (2) 当=（1+k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向下，大小为当=（1-k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向上，大小为 向下解析：（1）当摩擦力为零，支持力和重力的合力提供向心力，有： mgtanmrsin02，解得0（2）当=（1+k）0时，重力和支持力的合力不够提供向心力，摩擦力方向沿罐壁切线向下，根据牛顿第二定律得，fcos60+ncos30=mrsin602fsin60+mg=nsin30联立两式解得f当=（1-k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向上，根据牛顿第二定律得，ncos30-fcos60=mrsin602mg=nsin30+fsin60联立两式解得f【思路点拨】（1）若=0，小物块受到的摩擦力恰好为零，靠重力和支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律求出角速度的大小（2）当0，重力和支持力的合力不够提供向心力，摩擦力方向沿罐壁切线向下，根据牛顿第二定律求出摩擦力的大小当0，重力和支持力的合力大于向心力，则摩擦力的方向沿罐壁切线向上，根据牛顿第二定律求出摩擦力的大小解决本题的关键搞清物块做圆周运动向心力的来源，结合牛顿第二定律，抓住竖直方向上合力为零，水平方向上的合力提供向心力进行求解【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】12.如图，轨道是由一直轨道和一半圆轨道组成，一个小滑块从距轨道最低点b为h的a处由静止开始运动，滑块质量为m，不计一切摩擦。则下列说法错误的是( )a.若滑块能通过圆轨道最高点d，h最小为2.5rb.若h=2r，当滑块到达与圆心等高的c点时，对轨道的压力为3mgc.若h=2r，滑块会从c、d之间的某个位置离开圆轨道做斜抛运动d.若要使滑块能返回到a点，则hr【知识点】机械能守恒定律；牛顿第二定律；向心力c2 d4 e3【答案解析】 b 解析： a、要使物体能通过最高点，则由mg=m可得：v=，从a到d根据机械能守恒定律得：mgh=mg2r+mv2，解得h=2.5r，故a正确；b、若h=2r，从a到c根据机械能守恒定律得：mgh=mgr+mv2，在c点有：n=m，解得：n=2mg，故b错误；c、若h=2r，小滑块不能通过d点，在cd中间某一位置即做斜上抛运动离开轨道，做斜抛运动，故c正确；d、若要使滑块能返回到a点，则物块在圆弧中运动的高度不能超过c点，否则就不能回到a点，则则hr，故d正确故选b【思路点拨】物体进入右侧半圆轨道后做圆周运动，由圆周运动的临界条件可知物体能到达d点的临界值；再由机械能守恒定律可得出a点最小高度，分情况讨论即可机械能守恒定律与圆周运动的结合题目较为常见，在解题时一定要把握好竖直平面内圆周运动的临界值的分析【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】20.(11分)如图所示，半径为r的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心o的对称轴重合，转台以一定角速度匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和o点的连线与之间的夹角为60。重力加速度大小为g。(1)若=，小物块受到的摩擦力恰好为零，求；(3分)(2)若=(1)，且0k1，求小物块受到的摩擦力大小和方向。(8分)【知识点】向心力；线速度、角速度和周期、转速d4 d6【答案解析】（1） (2) 当=（1+k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向下，大小为当=（1-k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向上，大小为 向下解析：（1）当摩擦力为零，支持力和重力的合力提供向心力，有： mgtanmrsin02，解得0（2）当=（1+k）0时，重力和支持力的合力不够提供向心力，摩擦力方向沿罐壁切线向下，根据牛顿第二定律得，fcos60+ncos30=mrsin602fsin60+mg=nsin30联立两式解得f当=（1-k）0时，摩擦力方向沿罐壁切线向上，根据牛顿第二定律得，ncos30-fcos60=mrsin602mg=nsin30+fsin60联立两式解得f【思路点拨】（1）若=0，小物块受到的摩擦力恰好为零，靠重力和支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律求出角速度的大小（2）当0，重力和支持力的合力不够提供向心力，摩擦力方向沿罐壁切线向下，根据牛顿第二定律求出摩擦力的大小当0，重力和支持力的合力大于向心力，则摩擦力的方向沿罐壁切线向上，根据牛顿第二定律求出摩擦力的大小解决本题的关键搞清物块做圆周运动向心力的来源，结合牛顿第二定律，抓住竖直方向上合力为零，水平方向上的合力提供向心力进行求解【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】12.如图，轨道是由一直轨道和一半圆轨道组成，一个小滑块从距轨道最低点b为h的a处由静止开始运动，滑块质量为m，不计一切摩擦。则下列说法错误的是( )a.若滑块能通过圆轨道最高点d，h最小为2.5rb.若h=2r，当滑块到达与圆心等高的c点时，对轨道的压力为3mgc.若h=2r，滑块会从c、d之间的某个位置离开圆轨道做斜抛运动d.若要使滑块能返回到a点，则hr【知识点】机械能守恒定律；牛顿第二定律；向心力c2 d4 e3【答案解析】 b 解析： a、要使物体能通过最高点，则由mg=m可得：v=，从a到d根据机械能守恒定律得：mgh=mg2r+mv2，解得h=2.5r，故a正确；b、若h=2r，从a到c根据机械能守恒定律得：mgh=mgr+mv2，在c点有：n=m，解得：n=2mg，故b错误；c、若h=2r，小滑块不能通过d点，在cd中间某一位置即做斜上抛运动离开轨道，做斜抛运动，故c正确；d、若要使滑块能返回到a点，则物块在圆弧中运动的高度不能超过c点，否则就不能回到a点，则则hr，故d正确故选b【思路点拨】物体进入右侧半圆轨道后做圆周运动，由圆周运动的临界条件可知物体能到达d点的临界值；再由机械能守恒定律可得出a点最小高度，分情况讨论即可机械能守恒定律与圆周运动的结合题目较为常见，在解题时一定要把握好竖直平面内圆周运动的临界值的分析【原创纯word版精品解析】物理卷2015届湖南省衡阳八中高三上学期第二次月考（201409）】18、（12分）如图所示，半径r0.4 m的光滑圆弧轨道bc固定在竖直平面内，轨道的上端点b和圆心o的连线与水平方向的夹角30，下端点c为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧的右端固定在竖直挡板上质量m0.1 kg的小物块(可视为质点)从空中a点以v02 m/s的速度被水平抛出，恰好从b点沿轨道切线方向进入轨道，经过c点后沿水平面向右运动至d点时，弹簧被压缩至最短，c、d两点间的水平距离l1.2 m，小物块与水平面间的动摩擦因数0.5，g取10 m/s2.求：(1)小物块经过圆弧轨道上b点时速度vb的大小；(2)小物块经过圆弧轨道上c点时对轨道的压力大小；(3)弹簧的弹性势能的最大值epm.【知识点】机械能守恒定律；向心力；功能关系d4 e2 e3 e6【答案解析】 （1）4m/s；（2）8n；（3）0.8j 解析： (1)小物块恰好从b点沿切线方向进入轨道，由几何关系有vb 4 m/s. (2)小物块由b点运动到c点，由机械能守恒定律有(3)小物块从b点运动到d点，由能量守恒定律有epmmvmgr(1sin )mgl0.8 j.mgr(1sin )mvmv在c点处，由牛顿第二定律有f mg m解得f 8 n根据牛顿第三定律，小物块经过圆弧轨道上c点时对轨道的压力f大小为8 n.【思路点拨】（1）小物块从a到b做平抛运动，恰好从b端沿切线方向进入轨道，速度方向沿切线方向，根据几何关系求得速度b的大小；（2）小物块由b运动到c，据机械能守恒求出到达c点的速度，再由牛顿运动定律求解小物块经过圆弧轨道上c点时对轨道压力nc的大小（3）小物块从b运动到d，根据能量关系列式求解该题为平抛运动与圆周运动的结合的综合题，要能够掌握平抛运动的规律、牛顿第二定律和机械能守恒定律，关键能正确分析能量如何转化【原创纯word版精品解析】物理卷2015届湖南省衡阳八中高三上学期第二次月考（201409）】17、（10分）图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的ab段轨道与四分之一光滑圆弧轨道bc在b点水平相切点a距水面的高度为h，圆弧轨道bc的半径为r，圆心o恰在水面一质量为m的游客(视为质点)可从轨道ab的任意位置滑下，不计空气阻力(1)若游客从a点由静止开始滑下，到b点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的d点，od2r，求游客滑到b点时的速度vb大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功wf；(2)若游客从ab段某处滑下，恰好停在b点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到p点后滑离轨道，求p点离水面的高度h.(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为f向m)【知识点】 动能定理；平抛运动；向心力d2 d4 e2【答案解析】 （1）(mgh2mgr)（2）r 解析： (1)游客从b点做平抛运动，有2rvbtrgt2由式得vb从a到b，根据动能定理，有mg(hr)wfmv0由式得wf(mgh2mgr)(2)设op与ob间夹角为，游客在p点时的速度为vp，受到的支持力为n，从b到p由机械能守恒定律，有mg(rrcos )mv0过p点时，根据向心力公式，有mgcos nmn0 cos 由式解得hr.【思路点拨】（1）游客从b点开始做平抛运动，将运动分解，即可求出游客到达b的速度，a到b的过程中由动能定理即可求出运动过程轨道摩擦力对其所做的功wf（2）设op与ob最近的夹角是，在p点离开轨道时，轨道对游客的支持力是0，由重力指向圆心的分力提供向心力，结合机械能守恒与向心力的表达式即可求解该题中正确判断出游客在p点离开轨道时，轨道对游客的支持力是0，由重力指向圆心的分力提供向心力是解题的关键【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】20.(11分)如图所示，半径为r的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心o的对称轴重合，转台以一定角速度匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和o点的连线与之间的夹角为60。重力加速度大小为g。(1)若=，小物块受到的摩擦力恰好为零，求；(3分)(2)若=(1)，且0k，对外轨有压力，轨道对小车的作用力向下mgfnm解得fn=10n 根据牛顿第三定律得，小车对轨道的压力大小 fnfn=10n 方向竖直向上(3)（共4分）从e到a的过程中，由动能定理：ptmgx0mg4r 解得p=5w 【思路点拨】（1）小车离开a后做平抛运动，根据竖直方向的分运动可以求出小车的运动时间与竖直分速度，然后在c点根据运动的合成与分解可以求出小车的速度；（2）小车在a点做圆周运动，由牛顿第二定律求出求出轨道对小车的支持力，然后由牛顿第三定律求出小车对轨道的压力；（3）从d到a只有重力做功，机械能守恒，应用机械能守恒定律可以求出d点的速度，从e到d应用动能定理可以求出小车的功率小车的运动过程较为复杂，分析清楚小车的运动过程是正确解题的前提与关键；对小车应用运动的合成与分解、牛顿第二定律、机械能守恒定律、动能定理即可正确解题 【全网首发-【原创纯word版精品解析】物理卷2015届河北省衡水中学高三上学期二调考试（201410）word版】20.(11分)如图所示，半径为r的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心o的对称轴重合，转台以一定角速度匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和o点的连线与之间的夹角为60。重力加速度大小为g。(1)若=，小物块受到的摩擦力恰好为零，求；(3分)(2)若=(1)，且0kmg，摩擦力方向向左b滑块运动到b点时，n(mm)g，摩擦力方向向右c滑块运动到c点时，n(mm)g，m与