（全國(guó)版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第4章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 第18課時(shí) 豎直面內(nèi)學(xué)案

《（全國(guó)版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第4章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 第18課時(shí) 豎直面內(nèi)學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《（全國(guó)版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第4章 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 第18課時(shí) 豎直面內(nèi)學(xué)案（16頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第18課時(shí)　豎直面內(nèi)(斜面)的圓周運(yùn)動(dòng)及其臨界問(wèn)題 1．豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)基本模型的比較 2．斜面上的圓周運(yùn)動(dòng)及其臨界問(wèn)題 常見(jiàn)類(lèi)型有三種 (1)物體受摩擦力在傾斜圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。臨界問(wèn)題在最低點(diǎn)。 (2)光滑斜面內(nèi)輕桿拉著物體轉(zhuǎn)動(dòng)。臨界問(wèn)題與豎直面內(nèi)的輕桿問(wèn)題相似。 (3)光滑斜面內(nèi)輕繩拉著物體轉(zhuǎn)動(dòng)。臨界問(wèn)題與豎直面內(nèi)的輕繩問(wèn)題相似。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 模型1　輕桿模型 [例1]　如圖所示，小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)壁半徑為R，小球半徑為r，則下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度v

2、min＝ B．小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度vmin＝ C．小球在水平線(xiàn)ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)側(cè)管壁對(duì)小球一定無(wú)作用力 D．小球在水平線(xiàn)ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力 解析　因是在圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，所以在最高點(diǎn)時(shí)，內(nèi)壁可以給小球沿半徑向外的支持力，所以小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度可以為零，故A、B錯(cuò)誤；小球在水平線(xiàn)ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下的重力沿半徑方向的分力沿半徑方向向外，小球的向心力是沿半徑指向圓心的，小球與外壁一定會(huì)相互擠壓，所以小球一定會(huì)受到外壁的作用力，內(nèi)側(cè)管壁對(duì)小球一定無(wú)作用力，故C正確；小球在水平線(xiàn)ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)速度較小時(shí)，重力沿

3、半徑方向上的分力大于或等于小球做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，此時(shí)小球與外壁不存在相互擠壓，外側(cè)管壁對(duì)小球沒(méi)有作用力，故D錯(cuò)誤。 答案　C 模型2　輕繩模型 [例2]　如圖所示，一質(zhì)量為m＝0.5 kg的小球，用長(zhǎng)為0.4 m的輕繩拴著在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。g取10 m/s2，求： (1)小球要做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)的速度至少為多大？ (2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為4 m/s時(shí)，輕繩拉力多大？ (3)若輕繩能承受的最大張力為45 N，小球的速度不能超過(guò)多 大？ 解析　(1)在最高點(diǎn)，對(duì)小球受力分析如圖甲，由牛頓第二定律得mg＋F1＝① 由于輕繩對(duì)小球只能提供指向圓心的拉力

4、，即F1不可能取負(fù)值，亦即F1≥0② 聯(lián)立①②得v≥ 代入數(shù)值得v≥2 m/s 所以，小球要做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)的速度至少為2 m/s。 (2)mg＋F2＝m，代入數(shù)據(jù)解得F2＝15 N。 (3)由分析可知，小球在最低點(diǎn)張力最大，對(duì)小球受力分析如圖乙， 由牛頓第二定律得F3－mg＝③ 將F3＝45 N代入③得v3＝4 m/s 即小球的速度不能超過(guò)4 m/s。 答案　(1)2 m/s　(2)15 N　(3)4 m/s 模型3　輕桿控制下的斜面上圓周運(yùn)動(dòng) [例3]　如圖所示，在傾角為α＝30°的光滑斜面上，有一根長(zhǎng)為L(zhǎng)＝0.8 m的輕桿，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一質(zhì)

5、量為m＝0.2 kg的小球，沿斜面做圓周運(yùn)動(dòng)，取g＝10 m/s2，若要小球能通過(guò)最高點(diǎn)A，則小球在最低點(diǎn)B的最小速度是(　　) A．4 m/s B．2 m/s C．2 m/s D．2 m/s 解析　小球受輕桿控制，在A點(diǎn)的最小速度為零，由動(dòng)能定理可得：2mg·Lsinα＝mv－0，可得vB＝4 m/s，A正確。 答案　A 模型4　輕繩控制下的斜面上圓周運(yùn)動(dòng) [例4]　(2017·廈門(mén)模擬)如圖所示，在傾角θ＝30°的光滑斜面上，長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線(xiàn)一端固定在O點(diǎn)，另一端連接質(zhì)量為m的小球，小球在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)，A、B分別是圓弧的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，若小球在A、B兩點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的

6、最小速度分別為vA、vB，重力加速度為g，則(　　) A．vA＝0 B．vA＝ C．vB＝ D．vB＝ 解析　小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，由細(xì)線(xiàn)的拉力及重力沿斜面向下的分力的合力提供向心力，即mgsinθ＋T＝m。若vA取最小值，則此時(shí)拉力T＝0，即mgsinθ＝m，解得小球在A點(diǎn)的最小速度vA＝ ，故A、B錯(cuò)誤。對(duì)小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行研究，根據(jù)機(jī)械能守恒定律有mv＋mg·2Lsinθ＝mv，解得小球在B點(diǎn)的最小速度為vB＝，C正確，D錯(cuò)誤。 答案　C 模型5　摩擦力控制下的斜面上圓周運(yùn)動(dòng) [例5]　(2014·安徽高考)如圖所示，一傾斜的勻質(zhì)圓盤(pán)繞垂直于盤(pán)面的固

7、定對(duì)稱(chēng)軸以恒定角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)面上離轉(zhuǎn)軸距離2.5 m處有一小物體與圓盤(pán)始終保持相對(duì)靜止。物體與盤(pán)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(pán)面與水平面的夾角為 30°，g取10 m/s2。則ω的最大值是(　　) A. rad/s B. rad/s C．1.0 rad/s D．0.5 rad/s 解析　物體隨圓盤(pán)做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)最容易滑動(dòng)，因此物體在最低點(diǎn)且剛好要滑動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為最大值，這時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律有，μmgcos30°－mgsin30°＝mω2r，求得ω＝1.0 rad/s，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 答案　C (1)例1和例3思路

8、相似，例2和例4思路相似，它們的相同之處是臨界，完成圓周運(yùn)動(dòng)的臨界點(diǎn)都在最高點(diǎn)，繩子承受最大拉力的臨界點(diǎn)在最低點(diǎn)。 (2)例5中完成圓周運(yùn)動(dòng)的臨界點(diǎn)在最低點(diǎn)。 (3)求解這類(lèi)問(wèn)題的思路 定模型→確定臨界點(diǎn)→研究狀態(tài)→受力分析→過(guò)程分析→找出原理，列方程求解。 1．(2017·煙臺(tái)模擬)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)，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．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

9、的作用力一定隨速度增大而減小 答案　A 解析　當(dāng)小球過(guò)最高點(diǎn)的速度v＝時(shí)，桿所受的彈力等于 零，A正確；輕桿可對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力，小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)的速度可以為零，B錯(cuò)誤；若v<，則桿在最高點(diǎn)對(duì)小球的彈力豎直向上，mg－F＝m，隨v增大，F(xiàn)減小；若v>，則桿在最高點(diǎn)對(duì)小球的彈力豎直向下，mg＋F＝m，隨v增大，F(xiàn)增大，C、D均錯(cuò) 誤。 2.(多選)如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量均為m的小物塊a和b(可視為質(zhì)點(diǎn))靜止在傾斜的勻質(zhì)圓盤(pán)上，圓盤(pán)可繞垂直于盤(pán)面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，a到轉(zhuǎn)軸的距離為l，b到轉(zhuǎn)軸的距離為2l，物塊與盤(pán)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，盤(pán)面與水平面的夾角為30°。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力

10、加速度大小為g，若a、b隨圓盤(pán)以角速度ω 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．a(chǎn)在最高點(diǎn)時(shí)所受摩擦力可能為0 B．a(chǎn)在最低點(diǎn)時(shí)所受摩擦力可能為0 C．ω＝ 是a開(kāi)始滑動(dòng)的臨界角速度 D．ω＝ 是b開(kāi)始滑動(dòng)的臨界角速度 答案　AD 解析　a在最高點(diǎn)時(shí)可能有重力沿斜面的分力提供向心力，所以所受摩擦力可能為0，故A正確；a在最低點(diǎn)，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律f－mgsinθ＝m，所以a在最低點(diǎn)時(shí)所受摩擦力不可能為0，故B錯(cuò)誤；對(duì)a在最低點(diǎn)，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律μmgcosθ－mgsinθ＝mω2l，代入數(shù)據(jù)解得ω＝，故C錯(cuò)誤；對(duì)b在最低點(diǎn)，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律μmgcosθ－mgsinθ＝mω2(2l

11、)，代入數(shù)據(jù)解得ω＝ ，故D正確。 1.如圖所示，乘坐游樂(lè)園的翻滾過(guò)山車(chē)時(shí)，質(zhì)量為m的人隨車(chē)在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．過(guò)山車(chē)在最高點(diǎn)時(shí)人處于倒坐狀態(tài)，全靠保險(xiǎn)帶拉住，沒(méi)有保險(xiǎn)帶，人就會(huì)掉下來(lái) B．人在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力 C．人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力等于mg D．人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力大于mg 答案　D 解析　人過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)N＋mg＝m，當(dāng)v≥時(shí)，不用保險(xiǎn)帶，人也不會(huì)掉下來(lái)，當(dāng)v＝時(shí)，人在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座位產(chǎn)生的壓力為mg，A、B均錯(cuò)誤；人在最低點(diǎn)具有豎直向上的加速度，處于超重狀態(tài)，故人此時(shí)對(duì)座位的壓力大于mg，C錯(cuò)誤、D

12、正確。 2．(2017·咸陽(yáng)一模)固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道ABCD，其A點(diǎn)與圓心等高，D點(diǎn)為軌道的最高點(diǎn)，DB為豎直線(xiàn)，AC為水平線(xiàn)，AE為水平面，如圖所示。今使小球自A點(diǎn)正上方某處由靜止釋放，且從A點(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道運(yùn)動(dòng)，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)釋放點(diǎn)的高度，總能使球通過(guò)最高點(diǎn)D，則小球通過(guò)D點(diǎn)后(　　) A．一定會(huì)落到水平面AE上 B．一定會(huì)再次落到圓弧軌道上 C．可能會(huì)再次落到圓弧軌道上 D．不能確定 答案　A 解析　設(shè)小球恰好能夠通過(guò)最高點(diǎn)D，根據(jù)mg＝m，得：vD＝，知在最高點(diǎn)的最小速度為。小球經(jīng)過(guò)D點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)R＝gt2得：t＝。則平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移為：x＝ ·＝

13、R，知小球一定落在水平面AE上。故A正確，B、 C、D錯(cuò)誤。 3．如圖所示，長(zhǎng)均為L(zhǎng)的兩根輕繩，一端共同系住質(zhì)量為m的小球，另一端分別固定在等高的A、B兩點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)間的距離也為L(zhǎng)。重力加速度大小為g?，F(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)以AB為軸做圓周運(yùn)動(dòng)，若小球在最高點(diǎn)速率為v時(shí)，兩根繩的拉力恰好均為零，則小球在最高點(diǎn)速率為2v時(shí)，每根繩的拉力大小為(　　) A.mg B.mg C．3mg D．2mg 答案　A 解析　設(shè)小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)輕繩與圓周運(yùn)動(dòng)軌道平面的夾角為θ＝30°，則有r＝Lcosθ＝L。根據(jù)題述小球在最高點(diǎn)速率為v時(shí)，兩根繩的拉

14、力恰好均為零，有mg＝m；小球在最高點(diǎn)速率為2v時(shí)，設(shè)每根繩的拉力大小為F，則有2Fcosθ＋mg＝m，聯(lián)立解得F＝mg，A正確。 4．(多選)“水流星”是一種常見(jiàn)的雜技項(xiàng)目，該運(yùn)動(dòng)可以簡(jiǎn)化為細(xì)繩一端系著小球在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)模型。已知繩長(zhǎng)為l，重力加速度為g，則(　　) A．小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)Q時(shí)，處于失重狀態(tài) B．小球初速度v0越大，則在P、Q兩點(diǎn)繩對(duì)小球的拉力差越大 C．當(dāng)v0>時(shí)，小球一定能通過(guò)最高點(diǎn)P D．當(dāng)v0<時(shí)，細(xì)繩始終處于繃緊狀態(tài) 答案　CD 解析　小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)Q時(shí)，由于加速度向上，故處于超重狀態(tài)，A錯(cuò)誤；小球在最低點(diǎn)時(shí)：FT1－mg＝m；在最高點(diǎn)時(shí)：

15、FT2＋mg＝m，其中mv－mg·2l＝mv2，解得FT1－FT2＝6mg，故在P、Q兩點(diǎn)繩對(duì)小球的拉力差與初速度v0無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；當(dāng)v0＝時(shí)，可求得v＝，因?yàn)樾∏蚪?jīng)過(guò)最高點(diǎn)的最小速度為，則當(dāng) v0>時(shí)小球一定能通過(guò)最高點(diǎn)P，C正確；當(dāng)v0＝時(shí)，由mv＝mgh得小球能上升的高度h＝l，即小球不能越過(guò)與懸點(diǎn)等高的位置，故當(dāng)v0<時(shí)，小球?qū)⒃谧畹忘c(diǎn)位置附近來(lái)回?cái)[動(dòng)，細(xì)繩始終處于繃緊狀態(tài)，D正確。 5．如圖所示，質(zhì)量為M的物體內(nèi)有光滑圓形軌道，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的小滑塊沿該圓形軌道在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。A、C點(diǎn)為圓周的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，B、D點(diǎn)是與圓心O同一水平線(xiàn)上的點(diǎn)。小滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體在地面上靜止

16、不動(dòng)，則物體對(duì)地面的壓力FN和地面對(duì)物體的摩擦力有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．小滑塊在A點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)N>Mg，摩擦力方向向左 B．小滑塊在B點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)N＝Mg，摩擦力方向向右 C．小滑塊在C點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)N＝(M＋m)g，M與地面無(wú)摩擦 D．小滑塊在D點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)N＝(M＋m)g，摩擦力方向向左 答案　B 解析　因?yàn)檐壍拦饣?，所以小滑塊與軌道之間沒(méi)有摩擦力。小滑塊在A點(diǎn)時(shí)，與軌道沒(méi)有水平方向的作用力，所以軌道沒(méi)有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，即摩擦力為零；當(dāng)小滑塊的速度v＝時(shí)，對(duì)軌道A點(diǎn)的壓力為零，物體對(duì)地面的壓力FN＝Mg，當(dāng)小滑塊的速度v>時(shí)，對(duì)軌道A點(diǎn)的壓力向上，物體對(duì)地面的壓力FN

17、在B點(diǎn)時(shí)，對(duì)軌道的作用力水平向左，所以物體對(duì)地有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，地面給物體向右的摩擦力；豎直方向上對(duì)軌道無(wú)作用力，所以物體對(duì)地面的壓力FN＝Mg，故B正確；小滑塊在C點(diǎn)時(shí)，地面對(duì)物體也沒(méi)有摩擦力；豎直方向上小滑塊對(duì)軌道的壓力大于其重力，所以物體對(duì)地面的壓力FN>(M＋m)g，故C錯(cuò)誤；小滑塊在D點(diǎn)時(shí)，地面給物體向左的摩擦力，物體對(duì)地面的壓力FN＝Mg，故D錯(cuò)誤。 6.如圖所示，豎直環(huán)A半徑為r，固定在木板B上，木板B放在水平地面上，B的左右兩側(cè)各有一擋板固定在地上，B不能左右運(yùn)動(dòng)，在環(huán)的最低點(diǎn)靜放一小球C，A、B、C的質(zhì)量均為m?，F(xiàn)給小球一水平向右的瞬時(shí)速度v，小球會(huì)在環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，為保

18、證小球能通過(guò)環(huán)的最高點(diǎn)，且不會(huì)使環(huán)在豎直方向上跳起(不計(jì)小球與環(huán)之間的摩擦阻力)，則瞬時(shí)速度v必須滿(mǎn)足(　　) A．最小值 B．最大值 C．最小值 D．最大值 答案　D 解析　要保證小球能通過(guò)環(huán)的最高點(diǎn)，在最高點(diǎn)最小速度滿(mǎn)足mg＝m，對(duì)小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過(guò)程應(yīng)用機(jī)械能守恒得mv＝mg·2r＋mv，可得小球在最低點(diǎn)瞬時(shí)速度的最小值為 ，A、C錯(cuò)誤；為了不使環(huán)在豎直方向上跳起，則在最高點(diǎn)球有最大速度時(shí)，對(duì)環(huán)的壓力為2mg，滿(mǎn)足3mg＝m，從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)由機(jī)械能守恒得mv＝mg·2r＋mv，可得小球在最低點(diǎn)瞬時(shí)速度的最大值為，B錯(cuò)誤，D正確。 7．(多選)如圖甲所示

19、，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)，受到的彈力為F，速度大小為 v，其F-v2圖象如圖乙所示。則(　　) A．小球的質(zhì)量為 B．當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮? C．v2＝c時(shí)，小球?qū)U的彈力方向向下 D．v2＝2b時(shí)，小球受到的彈力與重力大小相等 答案　AD 解析　由題圖乙可知：當(dāng)v2＝b時(shí)，桿對(duì)球的彈力恰好為零，此時(shí)只受重力，重力提供向心力，mg＝m＝m，即重力加速度g＝，故B錯(cuò)誤；當(dāng)v2＝0時(shí)，向心力為零，桿對(duì)球的彈力恰好與球的重力等大反向，F(xiàn)彈＝mg＝a，即小球的質(zhì)量m＝＝，故A正確；根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，當(dāng)v2＝b

20、時(shí)桿對(duì)球的彈力為零，當(dāng)v2b時(shí)，mg＋F彈＝m，桿對(duì)球的彈力方向向下，v2＝c>b，桿對(duì)小球的彈力方向向下，根據(jù)牛頓第三定律，小球?qū)U的彈力方向向上，故C錯(cuò)誤；當(dāng)v2＝2b時(shí)，mg＋F彈＝m＝m，又g＝，F(xiàn)彈＝m－mg＝mg，故D正確。 8．(2017·山西孝義一模)如圖質(zhì)量為20 kg的小孩坐在秋千板上，小孩離拴繩子的橫梁2 m。如果秋千板擺到最低點(diǎn)時(shí)，速度為3 m/s，問(wèn)小孩對(duì)秋千板的壓力是多大？如果繩子最大承受力為1200 N，則小孩通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的最大速度是多少？(忽略秋千板的質(zhì)量，g取10 m/s2) 答案　290 N　

21、10 m/s 解析　小孩通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)時(shí)，合外力提供向心力，則有FN－mg＝m，解得FN＝290 N。根據(jù)牛頓第三定律可知，小孩對(duì)秋千板的壓力是290 N。 當(dāng)繩子的拉力達(dá)到最大承受力1200 N時(shí)，小孩的速度最大，則有F－mg＝m，解得vm＝10 m/s。 9．(2015·天津高考)未來(lái)的星際航行中，宇航員長(zhǎng)期處于零重力狀態(tài)，為緩解這種狀態(tài)帶來(lái)的不適，有人設(shè)想在未來(lái)的航天器上加裝一段圓柱形“旋轉(zhuǎn)艙”，如圖所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)艙繞其軸線(xiàn)勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，宇航員站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)圓柱形側(cè)壁上，可以受到與他站在地球表面時(shí)相同大小的支持力。為達(dá)到上述目的，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．旋轉(zhuǎn)艙的半徑越

22、大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度就應(yīng)越大 B．旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度就應(yīng)越小 C．宇航員質(zhì)量越大，旋轉(zhuǎn)艙的角速度就應(yīng)越大 D．宇航員質(zhì)量越大，旋轉(zhuǎn)艙的角速度就應(yīng)越小 答案　B 解析　旋轉(zhuǎn)艙對(duì)宇航員的支持力提供宇航員做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即mg＝mω2r，解得ω＝，即旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，角速度越 小，而且與宇航員的質(zhì)量無(wú)關(guān)，B正確。 10. (2017·安徽蚌埠三模)(多選)如圖所示，一托盤(pán)托著一個(gè)物體m一起在豎直平面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，A、C分別是軌跡圓的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，B與軌跡圓心等高。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．物體m在B處受到的摩擦力最大 B．物體m在C處受到的支持

23、力最小 C．從A向B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體m受到的摩擦力和支持力均增大 D．從B向C運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體m受到的摩擦力和支持力均減小 答案　ABD 解析　物體m在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受重力、支持力、靜摩擦力，三個(gè)力的合力提供向心力。因?yàn)樽鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，所以受到的合力大小不變，方向時(shí)刻指向圓心，合力沿水平方向的分力等于物體m所受的摩擦力，合力沿豎直方向的分力等于重力和支持力的合力，從A到B再到C的過(guò)程中，設(shè)向心力與水平方向的夾角為θ，摩擦力f＝Fncosθ，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中θ先減小后增大，故摩擦力先增大后減小，在B處最大，A正確；從A向B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重力和支持力的合力F＝Fnsinθ，故兩者的合力減小，即N－mg

24、減小，重力不變，所以支持力減小，從B向C運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重力和支持力的合力F＝Fnsinθ，增大，即mg－N 增大，重力不變，所以支持力減小，物體m在C處受到的支持力最小，B、D正確，C錯(cuò)誤。 11．(2017·陜西西安一中模擬)(多選)如圖甲所示，用一輕質(zhì)繩拴著一質(zhì)量為m的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切阻力)，小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)繩對(duì)小球的拉力為T(mén)，小球在最高點(diǎn)的速度大小為v，其T-v2圖象如圖乙所示，則(　　) A．輕質(zhì)繩長(zhǎng)為 B．當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹? C．當(dāng)v2＝c時(shí)，輕質(zhì)繩的拉力大小為＋a D．只要v2≥b，小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)繩的拉力差均為6a 答案　BD 解

25、析　在最高點(diǎn)重力和繩子的拉力的合力充當(dāng)向心力，所以有T＋mg＝m，即T＝v2－mg，故斜率k＝，縱截距y＝－mg，根據(jù)幾何知識(shí)可得k＝，y＝－a，聯(lián)立解得g＝，R＝，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)v2＝c時(shí)，代入T＝v2－mg，解得T＝－a，C錯(cuò)誤；只要v2≥b，繩子的拉力大于0，根據(jù)牛頓第二定律得最高點(diǎn)T1＋mg＝m，最低點(diǎn)T2－mg＝m，從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的過(guò)程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mv＝mv＋mg·2R，聯(lián)立解得T2－T1＝6mg＝6a，即小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)繩的拉力差均為6a，D正確。 12．(2017·昆明七校調(diào)研)如圖所示，一長(zhǎng)l＝0.45 m的輕繩一端固定在O點(diǎn)，另一端連接一質(zhì)量m＝0.

26、10 kg的小球，懸點(diǎn)O距離水平地面的高度H＝0.90 m。開(kāi)始時(shí)小球處于A點(diǎn)，此時(shí)輕繩拉直處于水平方向上，讓小球從靜止釋放，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，輕繩碰到懸點(diǎn)O正下方一個(gè)固定的釘子P時(shí)立刻斷裂。不計(jì)輕繩斷裂的能量損失，取重力加速度g＝10 m/s2。 (1)輕繩斷裂后小球從B點(diǎn)拋出并落在水平地面的C點(diǎn)，求C點(diǎn)與B點(diǎn)之間的水平距離； (2)若＝0.30 m，輕繩碰到釘子P時(shí)繩中拉力達(dá)到所能承受的最大拉力而斷裂，求輕繩能承受的最大拉力。 答案　(1)0.90 m　(2)7 N 解析　(1)設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為vB，由機(jī)械能守恒定律得mv＝mgl 解得小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度大小 vB＝＝3.0 m/s 小球從B點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律得 x＝vBt y＝H－l＝gt2 解得C點(diǎn)與B點(diǎn)之間的水平距離 x＝vB＝0.90 m。 (2)若輕繩碰到釘子時(shí)，輕繩拉力恰好達(dá)到最大值Fm，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得 Fm－mg＝ r＝l－ 由以上各式解得Fm＝7 N。 16