高考物理三轮冲刺突破训练专题06 圆周运动(解析版).doc

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专题06圆周运动

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TOC\o1-3\h\u专题06圆周运动 1

考向一水平面内的圆周运动 1

考向二竖直平面内的圆周运动 7

【题型演练】 10

考向一水平面内的圆周运动

1.解决圆周运动问题的“四步骤”

2.水平面内圆周运动的临界问题

(1)水平面内做圆周运动的物体其向心力可能由弹力、摩擦力等力提供,常涉及绳的张紧与松弛、接触面分离等临界状态.

(2)常见临界条件:①绳的临界:张力FT=0;②接触面滑动的临界:F=f;③接触面分离的临界:FN=0.

【典例1】如图所示,足够大的水平圆台中央固定一光滑竖直细杆,原长为L的轻质弹簧套在竖直杆上,质量均为m的光滑小球A、B用长为L的轻杆及光滑铰链相连,小球A穿过竖直杆置于弹簧上。让小球B以不同的角速度ω绕竖直杆匀速转动,当转动的角速度为ω0时,小球B刚好离开台面。弹簧始终在弹性限度内,劲度系数为k,重力加速度为g,则下列判断正确的是()

A.小球均静止时,弹簧的长度为L-SKIPIF10

B.角速度ω=ω0时,小球A对弹簧的压力为mg

C.角速度ω0=SKIPIF10

D.角速度从ω0继续增大的过程中,弹簧的形变量增大

【答案】AC

【解析】

A.若两球静止时,均受力平衡,对B球分析可知杆的弹力为零,SKIPIF10

设弹簧的压缩量为x,再对A球分析可得:SKIPIF10

故弹簧的长度为:SKIPIF10故A项正确;

BC.当转动的角速度为ω0时,小球B刚好离开台面,即SKIPIF10,设杆与转盘的夹角为SKIPIF10,由牛顿第二定律可知:SKIPIF10;SKIPIF10而对A球依然处于平衡,有:SKIPIF10

而由几何关系:SKIPIF10联立四式解得:SKIPIF10;SKIPIF10

则弹簧对A球的弹力为2mg,由牛顿第三定律可知A球对弹簧的压力为2mg,故B错误,C正确;

D.当角速度从ω0继续增大,B球将飘起来,杆与水平方向的夹角SKIPIF10变小,对A与B的系统,在竖直方向始终处于平衡,有:SKIPIF10

则弹簧对A球的弹力是2mg,由牛顿第三定律可知A球对弹簧的压力依然为2mg,弹簧的形变量不变,故D错误。

故选AC。

【典例2】天花板下悬挂的轻质光滑小圆环P可绕过悬挂点的竖直轴无摩擦地旋转.一根轻绳穿过P,两端分别连接质量为m1和m2的小球A、B(m1≠m2).设两球同时做如图6所示的圆锥摆运动,且在任意时刻两球均在同一水平面内,则()

A.两球运动的周期相等

B.两球的向心加速度大小相等

C.球A、B到P的距离之比等于m2∶m1

D.球A、B到P的距离之比等于m1∶m2

【答案】AC

【解析】对其中一个小球受力分析,其受到重力和绳的拉力FT,绳的拉力在竖直方向的分力与重力平衡,设轻绳与竖直方向的夹角为θ,则有FTcosθ=mg,拉力在水平方向上的分力提供向心力,设该小球到P的距离为l,则有FTsinθ=mgtanθ=meq\f(4π2,T2)lsinθ,解得周期为T=2πeq\r(\f(lcosθ,g))=2πeq\r(\f(h,g)),因为任意时刻两球均在同一水平面内,故两球运动的周期相等,选项A正确;连接两球的绳的张力FT相等,由于向心力为Fn=FTsinθ=mω2lsinθ,故m与l成反比,即eq\f(l1,l2)=eq\f(m2,m1),又小球的向心加速度a=ω2htanθ=(eq\f(2π,T))2htanθ,故向心加速度大小不相等,选项C正确,B、D错误.

【典例3】如图所示,半径为R的半球形容器固定在水平转台上,转台绕过容器球心O的竖直轴线以角速度ω匀速转动.质量不同的小物块A、B随容器转动且相对器壁静止,A、B和球心O点连线与竖直方向的夹角分别为α和β,αβ,则()

A.A的质量一定小于B的质量

B.A、B受到的摩擦力可能同时为零

C.若A不受摩擦力,则B受沿容器壁向上的摩擦力

D.若ω增大,A、B受到的摩擦力可能都增大

【答案】D

【解析】当B受到的摩擦力恰为零时,受力分析如图;根据牛顿第二定律得:mgtanβ=mωB2Rsinβ,解得:ωB=eq\r(\f(g,Rcosβ)),同理可得:ωA=eq\r(\f(g,Rcosα)),

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