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1、
平拋運動與圓周運動綜合應用(一)
1.(2018·江都中學、揚中中學等六校聯考)如圖1所示,一質量為m=10 kg的物體(可視為質點),由光滑圓弧軌道上端從靜止開始下滑,到達底端后沿水平面向右滑動1 m距離后停止.已知軌道半徑R=0.8 m,g=10 m/s2.求:
圖1
(1)物體滑至圓弧底端時的速度大小;
(2)物體滑至圓弧底端時對軌道的壓力大??;
(3)物體沿水平面滑動過程中,摩擦力做的功.
2.(2018·揚州學測模擬)如圖2所示,一個圓盤在水平面內勻速轉動,角速度ω=1 rad/s.有一個小物體(可視為質點)距圓盤中心r=0.5 m
2、,隨圓盤一起做勻速圓周運動.物體質量m=1.0 kg,與圓盤間的動摩擦因數μ=0.2,設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度g=10 m/s2.求:
圖2
(1)物體受到的摩擦力大小Ff;
(2)欲使物體能隨圓盤一起做勻速圓周運動,圓盤的角速度ω應滿足什么條件?
(3)圓盤角速度由0緩慢增大到1.6 rad/s過程中,圓盤對物體所做的功W.
3.(2018·南京學測訓練樣題)如圖3甲所示,水平桌面離地面高度h=1.25 m,桌面上固定一個厚度可以忽略的長木板AB.一個可以視為質點的物塊每次以相同的速度v0=6 m/s從A端滑向B端.物塊和長木板間的動摩
3、擦因數為μ=0.2,不計空氣阻力,取g=10 m/s2.
圖3
(1)若物塊滑到B端時的速度vB=2 m/s,則它在空中運動的時間t1和飛行的水平距離x1各是多少?
(2)在(1)的情況下,求長木板AB段的長度l1;
(3)若木板的長度可以改變,請通過計算定量在圖乙中畫出物塊滑出B端后落地的水平距離的平方x2與木板長度l的關系圖象.
4.(2018·如皋學測模擬)在水平地面上豎直固定一根內壁光滑的圓管,管的半徑R=3.6 m(管的內徑大小可以忽略),管的出口A在圓心的正上方,入口B與圓心的連線與豎直方向成60°角,如圖4所示,現有一個質量m=1 k
4、g的小球(可視為質點)從某點P以一定的初速度水平拋出,恰好從管口B處沿切線方向飛入,小球到達A時恰好與管壁無作用力,取g=10 m/s2.求:
圖4
(1)小球到達圓管最高點A時的速度大小;
(2)小球在管的最低點C時,小球對管壁的彈力;
(3)小球拋出點P到管口B的水平距離x.
答案精析
1.(1)4 m/s (2)300 N (3)-80 J
解析 (1)由機械能守恒定律得mgR=mv2
解得v=4 m/s
(2)在圓弧底端,由牛頓第二定律得FN-mg=m
解得FN=300 N
由牛頓第三定律知,物體滑至圓弧底端時對軌道的壓力大小為300 N.
5、
(3)由動能定理知Wf=0-mv2
解得Wf=-80 J
2.(1)0.5 N (2)ω≤2 rad/s (3)0.32 J
解析 (1)靜摩擦力提供向心力Ff=mω2r
解得Ff=0.5 N
(2)欲使物體能隨圓盤做勻速圓周運動,mω2r≤μmg
解得ω≤2 rad/s
(3)當ω=1.6 rad/s時,物體的線速度v=ωr=0.8 m/s
由動能定理得,圓盤對物體所做的功
W=mv2-0=0.32 J
3.(1)0.5 s 1 m (2)8 m (3)見解析圖
解析 (1)物塊滑出B端后做平拋運動.
h=gt12
x1=vBt1
代入數據解得t1=0.5 s
6、,x1=1 m
(2)物塊從A到B做勻減速運動,設物塊質量為m,加速度大小為a,則μmg=ma
由運動學公式得vB2-v02=-2al1
代入數據得l1=8 m
(3)由(2)可知
vB′2=v02-2al
x=vB′t1
代入數據得x2=9-l
由函數關系作出圖象如圖
4.(1)6 m/s (2)60 N,方向豎直向下 (3) m
解析 (1)小球在最高點時對管壁無作用力,重力提供向心力,由向心力公式得:mg=
可得小球到達圓管最高點時的速度為:
vA== m/s=6 m/s
(2)設小球在最低點C的速度為v,小球從管的最低點C到最高點A,由機械能守恒定律可知
7、
mg·2R=mv2-mvA2
可得v2=4gR+vA2=(4×10×3.6+62) m2/s2=180 m2/s2
在最低點C,由向心力公式可知FN-mg=
即FN=mg+=(1×10+) N=60 N,方向豎直向上.
由牛頓第三定律知,在最低點C時小球對管壁的彈力為60 N,方向豎直向下.
(3)設小球在B點的速度為vB,由B→A,由機械能守恒定律可知mg·(R+Rcos 60°)=mvB2-mvA2
代入數據得:vB=12 m/s
由平拋運動規(guī)律可知,小球做平拋運動的初速度為:
v0=vBcos 60°=12× m/s=6 m/s
在B點時的豎直分速度為:
vy=vBsin 60°=12× m/s=6 m/s
由vy=gt可知t== s= s
則小球的拋出點P到管口B的水平距離為
x=v0t=6× m= m.
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