2019-2020年高考物理專題04圓運(yùn)動(dòng)及平拋備考強(qiáng)化訓(xùn)練10勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力新人教版.doc

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2019-2020年高考物理專題04圓運(yùn)動(dòng)及平拋備考強(qiáng)化訓(xùn)練10勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力新人教版本套強(qiáng)化訓(xùn)練搜集近年來各地高中物理高考真題、模擬題及其它極有備考價(jià)值的習(xí)題等篩選而成。其主要目的在于理解和掌握勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)特點(diǎn).理解和掌握向心力的公式，并能熟練地進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.解答這種類型的題、不但要有扎實(shí)的物理基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)具有豐富的空間想象能力.一、破解依據(jù)1.線速度V=l/t=2r/T 2.角速度=/t=2/T=2f3.向心加速度a=V2/r=2r=(2/T)2r 4.向心力F心=mV2/r=m2r=m(2/T)2r=m(2f)2r5.周期與頻率T=1/f 6.角速度與線速度的關(guān)系V=r7.角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系=2n (此處頻率與轉(zhuǎn)速(r/s)意義相同)8.主要物理量及單位： 弧長(zhǎng)(l):米(m) 角度()：弧度（rad） 頻率（f）：赫（Hz）周期（T）：秒（s） 轉(zhuǎn)速（n）：r/s 半徑(r):米（m） 線速度（V）：m/s 角速度（）：rad/s 向心加速度：m/s2繩系小球豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)在最高點(diǎn) G + T2= mV22/r在最低點(diǎn) T1- G = mV12/r 在任意點(diǎn) T+ Gn = mV2/r=man, Gt=mat；an改變線速度方向， at改變線速度大小。*10桿連小球豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)在最高點(diǎn) G -N2= mV22/r在最低點(diǎn) T1 - G = mV12/r在上半周任意點(diǎn) Gn-N = mV2/r=man, Gt=mat；an改變線速度方向， at改變線速度大小在下半周任意點(diǎn)，情況與繩系小球情況相同。注：（1）向心力可以由具體某個(gè)力提供，也可以由合力提供，還可以由分力提供，方向始終與速度方向垂直。（2）做勻速度圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其向心力等于合力，并且向心力只改變速度的方向，不改變速度的大小，因此物體的動(dòng)能保持不變，但動(dòng)量不斷改變。二、 精選習(xí)題選擇題（每小題5分，共40分）（17天津） “天津之眼”是一座跨河建設(shè)、橋輪合一的摩天輪，是天津市的地標(biāo)之一摩天輪懸掛透明座艙，乘客隨座艙在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)下列敘述正確的是()圖-1A摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，乘客的機(jī)械能保持不變B在最高點(diǎn)時(shí)，乘客重力大于座椅對(duì)他的支持力C摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，乘客重力的沖量為零D摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，乘客重力的瞬時(shí)功率保持不變（16浙江）如圖-2所示為賽車場(chǎng)的一個(gè)“梨形”賽道，兩個(gè)彎道分別為半徑R=90m的大圓弧和r=40m的小圓弧，直道與彎道相切。大、小圓弧圓心O、O距離L=100m。賽車沿彎道路線行駛時(shí)，路面對(duì)輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2.25倍，假設(shè)賽車在直道上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，要使賽車不打滑，繞賽道一圈時(shí)間最短是（ ）。（發(fā)動(dòng)機(jī)功率足夠大，重力加速度g=10m/s2,=3.14）。 圖-2A在繞過小圓弧彎道后加速 B在大圓弧彎道上的速率為45 m/sC在直道上的加速度大小為5.63 m/s2 D通過小圓弧彎道的時(shí)間為5.85s 3（17全國(guó)2）如圖-3，半圓形光滑軌道固定在水平地面上，半圓的直徑與地面垂直，一小物快以速度從軌道下端滑入軌道，并從軌道上端水平飛出，小物快落地點(diǎn)到軌道下端的距離與軌道半徑有關(guān)，此距離最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的軌道半徑為（重力加速度為） 圖-3A. B. C. D.（16全國(guó)）如圖-4，一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面；在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)P。它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點(diǎn)的過程中，克服摩擦力做的功為W。重力加速度大小為g。設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn)時(shí)，向心加速度的大小為a，容器對(duì)它的支持力大小為N，則圖-4A. B. C. D. 圖（17全國(guó)）如圖-5，一光滑大圓環(huán)固定在桌面上，環(huán)面位于豎直平面內(nèi)，在大圓環(huán)上套著一個(gè)小環(huán)。小環(huán)由大圓環(huán)的最高點(diǎn)從靜止開始下滑，在小環(huán)下滑的過程中，大圓環(huán)對(duì)它的作用力圖-5A.一直不做功 B.一直做正功C.始終指向大圓環(huán)圓心 D.始終背離大圓環(huán)圓心 （14安徽）如圖-6所示，一傾斜的勻質(zhì)圓盤繞垂直于盤面的固定對(duì)稱軸以恒定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，盤面上離轉(zhuǎn)軸距離2.5 m處有一小物體與圓盤始終保持相對(duì)靜止物體與盤面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，盤面與水平面的夾角為30，g取10 m/s2.則的最大值是()圖-6A. rad/s B. rad/s C1.0 rad/s D0.5 rad/s（16新課標(biāo)II）小球P和Q用不可伸長(zhǎng)的輕繩懸掛在天花板上，P球的質(zhì)量大于Q球的質(zhì)量，懸掛P球的繩比懸掛Q球的繩短將兩球拉起，使兩繩均被水平拉直，如圖-7所示，將兩球由靜止釋放，在各自軌跡的最低點(diǎn)圖-7AP球的速度一定大于Q球的速度 BP球的動(dòng)能一定小于Q球的動(dòng)能CP球所受繩的拉力一定大于Q球所受繩的拉力DP球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度（14新課標(biāo)）如圖-8，兩個(gè)質(zhì)量均為m的小木塊a和b（可視為質(zhì)點(diǎn)）放在水平圓盤上，a與轉(zhuǎn)軸OO的距離為l，b與轉(zhuǎn)軸的距離為2l。木塊與圓盤的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍，重力加速度大小為g。若圓盤從靜止開始繞軸緩慢地加速轉(zhuǎn)動(dòng)，用表示圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，下列說法正確的是（ ）圖-8Ab一定比a先開始滑動(dòng) Ba、b所受的摩擦力始終相等C=是b開始滑動(dòng)的臨界角速度D當(dāng)=時(shí)，a所受摩擦力的大小為kmg填空題（20分） (15新課標(biāo)I)（6分）某物理小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)粗測(cè)玩具小車通過凹形橋最低點(diǎn)的速度的實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器（圓弧部分的半徑為R=0.20m）.圖-9完成下列填空：(1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖-9（a）所示，托盤秤的示數(shù)為1.00kg;(2)將玩具小車放置在凹形橋模擬器最低點(diǎn)時(shí)，托盤秤示數(shù)如圖（b）所示，該示數(shù)為_kg.(3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點(diǎn)后滑向另一側(cè)，此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m,多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示：序號(hào)12345M(kg)1.801.751.851.751.90(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為是_N,玩具小車通過最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為_m/s ,(重力加速度大小取9.80m/s2，計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字) （14天津）（14分）半徑為R的水平圓盤繞過圓心o的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，A為圓盤邊緣上一點(diǎn)，在o的正上方有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球以初速度v水平拋出時(shí)，半徑OA方向恰好與v的方向相同，如圖-10示。若小球與圓盤只碰一次，且落在A點(diǎn)，重力加速度為g，則小球拋出時(shí)距o的高度h= 圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為 圖-10計(jì)算題（共40分）（15寶雞三檢）（12分）某學(xué)生設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)簡(jiǎn)易水輪機(jī)，如圖所示，讓水從水平放置的水管流出，水流軌跡與下邊放置的輪子邊緣相切，水沖擊輪子邊緣上安裝的擋水板，可使輪子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該裝置工作穩(wěn)定時(shí)，可近似認(rèn)為水到達(dá)輪子邊緣時(shí)的速度與輪子邊緣的線速度相同。調(diào)整輪軸的位置，使水流與輪邊緣切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的半徑與水平方向成角。測(cè)得水從管口流出速度，輪子半徑。(已知，)求： （1）若不計(jì)擋水板的大小，則輪子轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為多少？（2）水管出水口距輪軸水平距離和豎直距離。圖-11（15海南）】（12分）如圖-12，位于豎直水平面內(nèi)的光滑軌道由四分之一圓弧ab和拋物線bc組成，圓弧半徑Oa水平，b點(diǎn)為拋物線頂點(diǎn)。已知h=2m,，s=。取重力加速度大小。（1）一小環(huán)套在軌道上從a點(diǎn)由靜止滑下，當(dāng)其在bc段軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，與軌道之間無相互作用力，求圓弧軌道的半徑；（2）若環(huán)從b點(diǎn)由靜止因微小擾動(dòng)而開始滑下，求環(huán)到達(dá)c點(diǎn)時(shí)速度的水平分量的大小。圖-12.（15福建）（16分）如圖-13，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑的水平面上，小車AB段是半徑為R的四分之一圓弧光滑軌道，BC段是長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平粗糙軌道，兩段軌道相切于B點(diǎn)，一質(zhì)量為m的滑塊在小車上從A點(diǎn)靜止開始沿軌道滑下，重力加速度為g。（1）若固定小車，求滑塊運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)小車的最大壓力；（2）若不固定小車，滑塊仍從A點(diǎn)由靜止下滑，然后滑入BC軌道，最后從C點(diǎn)滑出小車，已知滑塊質(zhì)量,在任一時(shí)刻滑塊相對(duì)地面速度的水平分量是小車速度大小的2倍，滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求：滑塊運(yùn)動(dòng)過程中，小車的最大速度vm；滑塊從B到C運(yùn)動(dòng)過程中，小車的位移大小s。 圖-13(四)選做題（16海南）如圖-14，光滑圓軌道固定在豎直面內(nèi)，一質(zhì)量為m的小球沿軌道做完整的圓周運(yùn)動(dòng)。已知小球在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為N1，在高點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為N2.重力加速度大小為g，則N1N2的值為（ ）。A3mg B4mgC5mg D6mg圖-14圖-1515.（15浙江）如圖-15所示為賽車場(chǎng)的一個(gè)水平“U”形彎道，轉(zhuǎn)彎處為圓心在O點(diǎn)的半圓，內(nèi)外半徑分別為r和2r。一輛質(zhì)量為m的賽車通過AB線經(jīng)彎道到達(dá)線，有如圖所示的三條路線，其中路線是以為圓心的半圓，。賽車沿圓弧路線行駛時(shí)，路面對(duì)輪胎的最大徑向靜摩擦力為。選擇路線，賽車以不打滑的最大速率通過彎道（所選路線內(nèi)賽車速率不變，發(fā)動(dòng)機(jī)功率足夠大），則A選擇路線，賽車經(jīng)過的路程最短 B選擇路線，賽車的速率最小C選擇路線，賽車所用時(shí)間最短D三條路線的圓弧上，賽車的向心加速度大小相等16.（15江蘇）（16分）一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置如圖-18所示，四根輕桿OA、OC、AB和CB與兩小球以及一小環(huán)通過鉸鏈連接，輕桿長(zhǎng)均為l，球和環(huán)的質(zhì)量均為m，O端固定在豎直的輕質(zhì)轉(zhuǎn)軸上，套在轉(zhuǎn)軸上的輕質(zhì)彈簧連接在O與小環(huán)之間，原長(zhǎng)為L(zhǎng)，裝置靜止時(shí)，彈簧長(zhǎng)為，轉(zhuǎn)動(dòng)該裝置并緩慢增大轉(zhuǎn)速，小環(huán)緩慢上升。彈簧始終在彈性限度內(nèi)，忽略一切摩擦和空氣阻力，重力加速度為g，求：（1）彈簧的勁度系數(shù)k；（2）AB桿中彈力為零時(shí)，裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；（3）彈簧長(zhǎng)度從緩慢縮短為的過程中，外界對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置所做的功W。圖-17三、參考答案選擇題【答案】B【解析】乘客隨座艙在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能保持不變，而重力勢(shì)能時(shí)刻改變，A錯(cuò)誤；在最高點(diǎn)合外力提供向心力，方向向下，所以在最高點(diǎn)，乘客重力大于座椅對(duì)他的支持力，B正確；乘客重力的沖量等于重力與時(shí)間的乘積，C錯(cuò)誤；乘客向下的瞬時(shí)分速度時(shí)刻在改變，所以重力的瞬時(shí)功率也時(shí)刻在變化，D錯(cuò)誤【答案】AB【解析】在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓定律，故當(dāng)彎道半徑 時(shí)，在彎道上的最大速度是一定的，且在大彎道上的最大速度大于小灣道上的最大速度，故要想時(shí)間最短，故可在繞過小圓弧彎道后加速，選項(xiàng)A正確；在大圓弧彎道上的速率為，選項(xiàng)B正確；直道的長(zhǎng)度為，在小彎道上的最大速度：，故在在直道上的加速度大小為，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由幾何關(guān)系可知，小圓弧軌道的長(zhǎng)度為，通過小圓弧彎道的時(shí)間為，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選AB【答案】B【解析】物塊上升到最高點(diǎn)的過程，機(jī)械能守恒，有mv22mgrmv，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，水平方向，有xv1t，豎直方向，有2rgt2，解得x，當(dāng)r時(shí)，x最大，B正確【答案】AC【解析】質(zhì)點(diǎn)P下滑過程中，利用動(dòng)能定理可得，在最低點(diǎn)由牛頓第二定律有,可得：,故B、D錯(cuò)誤，A、C正確。5. 【答案】A【解析】選A.由于大圓環(huán)是光滑的，因此小環(huán)下滑的過程中，大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力方向始終與速度方向垂直，因此作用力不做功，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；小環(huán)剛下滑時(shí)，大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力背離大圓環(huán)的圓心，滑到大圓環(huán)圓心以下的位置時(shí)，大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力指向大圓環(huán)的圓心，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】C【解析】本題考查受力分析、應(yīng)用牛頓第二定律、向心力分析解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的能力物體在最低點(diǎn)最可能出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，應(yīng)用牛頓第二定律，有mgcos mgsin m2r，解得1.0 rad/s，選項(xiàng)C正確?！敬鸢浮緾【解析】由動(dòng)能定理可知， 由 ，則 A錯(cuò) 大小無法判斷 B錯(cuò)受力分析 由得 則 C對(duì) D錯(cuò)【答案】AC【解析】本題考查了圓周運(yùn)動(dòng)與受力分析a與b所受的最大摩擦力相等，而b需要的向心力較大，所以b先滑動(dòng)，A項(xiàng)正確；在未滑動(dòng)之前，a、b各自受到的摩擦力等于其向心力，因此b受到的摩擦力大于a受到的摩擦力，B項(xiàng)錯(cuò)誤；b處于臨界狀態(tài)時(shí)kmgm22l，解得 ，C項(xiàng)正確；小于a的臨界角速度，a所受摩擦力沒有達(dá)到最大值 ，D項(xiàng)錯(cuò)誤填空題【答案】 （2）1.40 （2分） （4）7.9（2分） 1.4（2分）【解析】(2)根據(jù)秤盤指針可知量程是10kg , 指針?biāo)甘緮?shù)是1.4kg ; (4)記錄的托盤示數(shù)各次并不相同，而多次測(cè)量求平均值可以減少誤差，即,而模擬器的質(zhì)量為1.00kg , 所以小車經(jīng)過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)小車對(duì)橋的壓力；徑向合力提供向心力，由牛頓第二、三定律和向心力的公式有：, , 代入數(shù)據(jù)得出小車通過最低點(diǎn)的速度是：?！敬鸢浮?，?！窘馕觥咳⌒∏?yàn)檠芯繉?duì)象，設(shè)從拋點(diǎn)到落到A點(diǎn)的時(shí)間為t,則有，由以上兩式求得由題意可知，在小球下落的時(shí)間t內(nèi)，圓盤轉(zhuǎn)過的角度為則易得計(jì)算題【答案】（1）；（2）、【解析】（1）水從管口流出后做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)水流到達(dá)輪子邊緣的速度大小為，所以：由題意可得：輪子邊緣的線速度： （2）所以輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度： （3）（2）設(shè)水流到達(dá)輪子邊緣的豎直分速度為，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為，水平、豎直分位移分別為、： （4） （5） （6） （7）水管出水口距輪軸O水平距離和豎直距離為： （8） （9）答：（1）若不計(jì)擋水板的大小，則輪子轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為；（2）水管出水口距輪軸水平距離為和豎直距離為。【答案】（1）（2）【解析】（1）一小環(huán)套在bc段軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，與軌道之間無相互作用力，則說明下落到b點(diǎn)時(shí)的速度，使得小環(huán)套做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡與軌道bc重合，故有，從ab滑落過程中，根據(jù)動(dòng)能定理可得，聯(lián)立三式可得（2）下滑過程中，初速度為零，只有重力做功，根據(jù)動(dòng)能定理可得因?yàn)槲矬w滑到c點(diǎn)時(shí)與豎直方向的夾角等于（1）問中做平拋運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過c點(diǎn)時(shí)速度與豎直方向的夾角相等，設(shè)為，則根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解可得聯(lián)立可得【答案】（1）3mg （2）s=L/3【解析】（1）由圖知，滑塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)對(duì)小車的壓力最大從A到B，根據(jù)動(dòng)能定理：在B點(diǎn)：聯(lián)立解得： FN=3mg，根據(jù)牛頓第三定律得，滑塊對(duì)小車的最大壓力為3mg（2）若不固定小車， 滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，小車的速度最大根據(jù)動(dòng)量守恒可得：從A到B，根據(jù)能量守恒：聯(lián)立解得：設(shè)滑塊到C處時(shí)小車的速度為v，則滑塊的速度為2v，根據(jù)能量守恒：解得：小車的加速度：根據(jù)解得：s=L/3（四）選做題【答案】D【解析】設(shè)小球在最低點(diǎn)速度為，在最高點(diǎn)速度為，在根據(jù)牛頓第二定律：在最低點(diǎn)：在最高點(diǎn)：同時(shí)從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，根據(jù)動(dòng)能定理：聯(lián)立以上三個(gè)方程式可以得到：，故選項(xiàng)D正確。【答案】ACD【解析】路線的路程為，路線的路程為，路線的路程為，故選擇路線，賽車經(jīng)過的路程最短，A正確；因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過程中賽車以不打滑的最大速率通過彎道，即最大徑向靜摩擦力充當(dāng)向心力，所以有，所以運(yùn)動(dòng)的相信加速度相同，根據(jù)公式可得，即半徑越大，速度越大，路線的速率最小，B錯(cuò)誤D正確；因?yàn)?，結(jié)合，根據(jù)公式可得選擇路線，賽車所用時(shí)間最短，C正確；【答案】（1）4mg/L （2） （3）【解析】（1）裝置靜止時(shí)，設(shè)OA、AB桿中的彈力分別為、，OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為.小環(huán)受到彈簧的彈力小環(huán)受力平衡小球受力平衡；解得(2) 設(shè)OA、AB桿中的彈力分別為、，OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為，彈簧長(zhǎng)度為。小環(huán)受到彈簧的彈力小環(huán)受力平衡,得對(duì)小球；解得：（3）彈簧長(zhǎng)度為時(shí)，設(shè)OA、AB桿中的彈力分別為、，OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為，小環(huán)受到彈簧的彈力小環(huán)受力平衡，對(duì)小球； 解得 整個(gè)過程彈簧彈性勢(shì)能變化為0，則彈力做功為0，由動(dòng)能定理解得 為方便讀者查閱，作出小球和小環(huán)位置示意圖如上。