《（浙江專(zhuān)用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 微型專(zhuān)題 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新人教版必修2》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《（浙江專(zhuān)用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 微型專(zhuān)題 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新人教版必修2（13頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、（浙江專(zhuān)用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 微型專(zhuān)題 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)案 新人教版必修2一、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的輕繩(過(guò)山車(chē))模型如圖1所示，甲圖中小球受繩拉力和重力作用，乙圖中小球受軌道的彈力和重力作用，二者運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，現(xiàn)以甲圖為例.圖1(1)最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程：FT1mgm所以FT1mgm(2)最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程：FT2mgm所以FT2mmg(3)最高點(diǎn)的最小速度：由于繩不可能對(duì)球有向上的支持力，只能產(chǎn)生向下的拉力，由FT2mg可知，當(dāng)FT20時(shí)，v2最小，最小速度為v2.討論：當(dāng)v2時(shí)，拉力或壓力為零.當(dāng)v2時(shí)，小球受向下的拉力或壓力.當(dāng)v2，桿或管的外側(cè)對(duì)球產(chǎn)生向下的

2、拉力或壓力，mgFm，所以Fmmg，F(xiàn)隨v 增大而增大.v，球在最高點(diǎn)只受重力，不受桿或管的作用力，F(xiàn)0，mgm.0v，桿或管的內(nèi)側(cè)對(duì)球產(chǎn)生向上的彈力，mgFm，所以Fmgm，F(xiàn)隨v的增大而減小.例2長(zhǎng)L0.5 m的輕桿，其一端連接著一個(gè)零件A，A的質(zhì)量m2 kg.現(xiàn)讓A在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖5所示.在A(yíng)通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，求下列兩種情況下A對(duì)桿的作用力大小(g10 m/s2).圖5(1)A的速率為1 m/s；(2)A的速率為4 m/s.答案(1)16 N(2)44 N解析以A為研究對(duì)象，設(shè)其受到桿的拉力為F，則有mgFm.(1)代入數(shù)據(jù)v11 m/s，可得Fm(g)2(10) N1

3、6 N，即A受到桿的支持力為16 N.根據(jù)牛頓第三定律可得A對(duì)桿的作用力為壓力，大小為16 N.(2)代入數(shù)據(jù)v24 m/s，可得Fm(g)2(10) N44 N，即A受到桿的拉力為44 N.根據(jù)牛頓第三定律可得A對(duì)桿的作用力為拉力，大小為44 N.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型例3如圖6所示，半徑為L(zhǎng)的圓管軌道(圓管內(nèi)徑遠(yuǎn)小于軌道半徑)豎直放置，管內(nèi)壁光滑，管內(nèi)有一個(gè)小球(小球直徑略小于管內(nèi)徑)可沿管轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)P時(shí)的速度為v，則(重力加速度為g)( )圖6A.v的最小值為B.v若增大，球所需的向心力也增大C.當(dāng)v由逐漸減小時(shí)，軌道對(duì)球的彈力也減小D.當(dāng)

4、v由逐漸增大時(shí)，軌道對(duì)球的彈力減小答案B解析由于小球在圓管中運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)速度可為零，A錯(cuò)誤；根據(jù)向心力公式有Fnm，v若增大，球所需的向心力一定增大，B正確；因?yàn)閳A管既可提供向上的支持力也可提供向下的壓力，當(dāng)v時(shí)，圓管受力為零，故v由逐漸減小時(shí)，軌道對(duì)球的彈力增大，C錯(cuò)誤；v由逐漸增大時(shí)，軌道對(duì)球的彈力也增大，D錯(cuò)誤.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型針對(duì)訓(xùn)練2一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球，以另一端O為圓心，使小球在豎直面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，如圖7所示，重力加速度為g，則下列說(shuō)法正確的是()圖7A.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿所受到的彈力可以等于零B.小球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度

5、是C.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球的作用力一定隨速度增大而增大D.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球的作用力一定隨速度增大而減小答案A解析小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，若v，桿所受彈力等于零，選項(xiàng)A正確.此題屬于輕桿模型，小球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度是零，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，若v，桿對(duì)球有向下的拉力，且該力隨速度的增大而增大，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型1.(輕繩作用下物體的運(yùn)動(dòng))雜技演員表演“水流星”，在長(zhǎng)為1.6 m的細(xì)繩的一端，系一個(gè)與水的總質(zhì)量為m0.5 kg的盛水容器，以繩的另一端為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖8所示，若“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速率為4 m/s，

6、則下列說(shuō)法正確的是(g10 m/s2)()圖8A.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，有水從容器中流出B.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩的張力及容器底部受到的壓力均為零C.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，處于完全失重狀態(tài)，不受力的作用D.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩子的拉力大小為5 N答案B解析“水流星”在最高點(diǎn)的臨界速度v4 m/s，由此知繩的拉力恰為零，且水恰不流出，故選B.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“繩”模型2.(軌道約束下小球的運(yùn)動(dòng))如圖9所示，過(guò)山車(chē)的軌道可視為豎直平面內(nèi)半徑為R的圓軌道.質(zhì)量為m的游客隨過(guò)山車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)游客以速度v經(jīng)過(guò)圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)()圖9A.處于超重狀態(tài)B.向心加

7、速度方向豎直向下C.速度v的大小一定為D.座位對(duì)游客的作用力為m答案B解析游客經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，加速度方向豎直向下.處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)誤，B正確；由牛頓第二定律得FNmgm，分析知C、D錯(cuò)誤.3.(球在管形軌道中的運(yùn)動(dòng))(多選)如圖10所示，小球m在豎直放置的光滑的圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是()圖10A.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度是B.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度為零C.小球在水平線(xiàn)ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定無(wú)作用力D.小球在水平線(xiàn)ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力答案BD解析小球通過(guò)最高點(diǎn)的最小速度為0，圓形管外側(cè)、內(nèi)側(cè)都可以對(duì)小球提供彈力，

8、小球在水平線(xiàn)ab以下時(shí)，必須有指向圓心的力提供向心力，即外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力，故B、D正確.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型4.(輕桿作用下小球的運(yùn)動(dòng))如圖11所示，質(zhì)量為m的小球固定在桿的一端，在豎直面內(nèi)繞桿的另一端O做圓周運(yùn)動(dòng).當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，瞬時(shí)速度為v ，L是球心到O點(diǎn)的距離，則球?qū)U的作用力是()圖11A.mg的拉力 B.mg的壓力C.零 D.mg的壓力答案B解析當(dāng)重力完全充當(dāng)向心力時(shí)，球?qū)U的作用力為零，所以mgm，解得：v，而 mg，根據(jù)牛頓第三定律得D正確.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“繩”模型考點(diǎn)二輕桿(管道)模型5.

9、長(zhǎng)度為1 m的輕桿OA的A端有一質(zhì)量為2 kg的小球，以O(shè)點(diǎn)為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度為3 m/s，g取10 m/s2，則此時(shí)小球?qū)?)圖3A.受到18 N的拉力B.受到38 N的支持力C.受到2 N的拉力D.受到2 N的支持力答案D解析設(shè)此時(shí)輕桿拉力大小為F，根據(jù)向心力公式有Fmgm，代入數(shù)值可得F2 N，表示小球受到2 N的支持力，選項(xiàng)D正確.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型6.(多選)如圖4所示，一個(gè)內(nèi)壁光滑的彎管處于豎直平面內(nèi)，其中管道半徑為R.現(xiàn)有一個(gè)半徑略小于彎管橫截面半徑的光滑小球在彎管里運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速

10、率為v0，則下列說(shuō)法中正確的是()圖4A.若v0，則小球?qū)軆?nèi)壁無(wú)壓力B.若v0，則小球?qū)軆?nèi)上壁有壓力C.若0 v0，則小球?qū)軆?nèi)下壁有壓力D.不論v0多大，小球?qū)軆?nèi)下壁都有壓力答案ABC解析在最高點(diǎn)，只有重力提供向心力時(shí)，由mgm，解得v0，因此小球?qū)軆?nèi)壁無(wú)壓力，選項(xiàng)A正確.若v0，則有mgFNm，表明小球?qū)軆?nèi)上壁有壓力，選項(xiàng)B正確.若0v0，則有mgFNm，表明小球?qū)軆?nèi)下壁有壓力，選項(xiàng)C正確.綜上分析，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型7.(多選)長(zhǎng)為l的輕桿一端固定著一個(gè)小球A，另一端可繞光滑水平軸O在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖5所示，下列敘述

11、符合實(shí)際的是()圖5A.小球在最高點(diǎn)的速度至少為B.小球在最高點(diǎn)的速度大于時(shí)，受到桿的拉力作用C.當(dāng)球在直徑ab下方時(shí)，一定受到桿的拉力D.當(dāng)球在直徑ab上方時(shí)，一定受到桿的支持力答案BC解析小球在最高點(diǎn)的速度最小可以為0，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；球在最高點(diǎn)的速度大于時(shí)，向心力大于mg，一定受到桿的拉力作用，選項(xiàng)B正確；當(dāng)球在直徑ab下方時(shí)，重力和輕桿彈力的合力提供向心力，小球一定受到桿的拉力，選項(xiàng)C正確；當(dāng)球在直徑ab上方時(shí)，可能受到桿的支持力或拉力或不受桿的作用力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型8.如圖6所示，質(zhì)量為m的小球置于正方體的光滑盒子中，盒子的邊長(zhǎng)略大

12、于球的直徑.某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，空氣阻力不計(jì)，則()圖6A.若盒子在最高點(diǎn)時(shí)，盒子與小球之間恰好無(wú)作用力，則該盒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為2B.若盒子以周期做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)盒子運(yùn)動(dòng)到圖示球心與O點(diǎn)位于同一水平面位置時(shí)，小球?qū)凶幼髠?cè)面的力為4mgC.若盒子以角速度2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)盒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，小球?qū)凶酉旅娴牧?mgD.盒子從最低點(diǎn)向最高點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，球處于超重狀態(tài)；當(dāng)盒子從最高點(diǎn)向最低點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，球處于失重狀態(tài)答案A解析由mgmR可得，盒子運(yùn)動(dòng)周期T2，A正確.由FN1mR，T1，得FN14mg，

13、由牛頓第三定律可知，小球?qū)凶佑覀?cè)面的力為4mg，B錯(cuò)誤.由FN2mgm2R得，小球以2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，在最高點(diǎn)小球?qū)凶由厦娴膲毫?mg，C錯(cuò)誤.盒子由最低點(diǎn)向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，小球的加速度先斜向上，后斜向下，故小球先超重后失重，D錯(cuò)誤.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】圓周運(yùn)動(dòng)的超重問(wèn)題9.(多選)如圖7甲所示，輕桿一端固定在O點(diǎn)，另一端固定一小球，現(xiàn)讓小球在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng).小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，桿與小球間彈力大小為F，小球在最高點(diǎn)的速度大小為v，其Fv2圖象如圖乙所示.則()圖7A.小球的質(zhì)量為B.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮镃.v2c時(shí)，小球?qū)U的彈力方向向上D.v2

14、2b時(shí)，小球受到的彈力與重力大小相等答案ACD解析當(dāng)小球受到的彈力F方向向下時(shí)，F(xiàn)mg，解得Fv2mg，當(dāng)彈力F方向向上時(shí)，mgFm，解得Fmgm，對(duì)比Fv2圖象可知，bgR，amg，聯(lián)立解得g，m，A正確，B錯(cuò)誤.v2c時(shí)，小球受到的彈力方向向下，則小球?qū)U的彈力方向向上，C正確.v22b時(shí)，小球受到的彈力與重力大小相等，D正確.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型二、非選擇題10.(繩作用下物體的運(yùn)動(dòng))在雜技節(jié)目“水流星”的表演中，碗的質(zhì)量m10.1 kg，內(nèi)部盛水質(zhì)量m20.4 kg，拉碗的繩子長(zhǎng)l0.5 m，使碗在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如果碗通過(guò)最高點(diǎn)的速度v19

15、 m/s，g10 m/s2，求碗在最高點(diǎn)時(shí)繩的拉力大小及水對(duì)碗的壓力大小.答案76 N60.8 N解析對(duì)水和碗：mm1m20.5 kg，在最高點(diǎn)，F(xiàn)T1mg，得：FT1mgN76 N，以水為研究對(duì)象，設(shè)在最高點(diǎn)碗對(duì)水的壓力為F1，則F1m2g，解得F160.8 N，根據(jù)牛頓第三定律可得水對(duì)碗的壓力F1F160.8 N，方向豎直向上.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“繩”模型11.(桿作用下小球的運(yùn)動(dòng))如圖8所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)0.5 m的輕桿OA繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，A端連著一個(gè)質(zhì)量m2 kg的小球，g取10 m/s2.圖8(1)如果小球的速度為3 m/s，求在最低點(diǎn)時(shí)桿對(duì)

16、小球的拉力為多大；(2)如果在最高點(diǎn)桿對(duì)小球的支持力為4 N，求桿旋轉(zhuǎn)的角速度為多大.答案(1)56 N(2)4 rad/s解析(1)小球在最低點(diǎn)受力如圖甲所示：合力提供向心力：FAmgm解得：FA56 N(2)小球在最高點(diǎn)受力如圖乙所示，則：mgFBm2L解得：4 rad/s.【考點(diǎn)】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析【題點(diǎn)】豎直面內(nèi)的“桿”模型12.(桿作用下小球的運(yùn)動(dòng))質(zhì)量為0.2 kg的小球固定在長(zhǎng)為0.9 m的輕桿一端，桿可繞過(guò)另一端O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).(g10 m/s2)求：(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為多大時(shí)，球?qū)U的作用力為零？(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度分別為6 m/s和1.5 m/s時(shí)，球?qū)U的作用力.答案(1)3 m/s(2)6 N，方向豎直向上1.5 N，方向豎直向下解析(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)對(duì)桿的作用力為零時(shí)，重力提供向心力，則mgm，解得v03 m/s.(2)v1v0，由牛頓第二定律得：mgF1m，由牛頓第三定律得：F1F1，解得F16 N，方向豎直向上.v2v0，由牛頓第二定律得：mgF2m，由牛頓第三定律得：F2F2，解得：F21.5 N，方向豎直向下.