《备战2020年高考物理 3年高考2年模拟1年原创 专题4.9 竖直面内的圆周运动（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2020年高考物理 3年高考2年模拟1年原创 专题4.9 竖直面内的圆周运动（含解析）（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题4.9 竖直面内的圆周运动【考纲解读与考频分析】竖直面内的圆周运动主要有两种模型：绳模型和杆模型，高考对这两种模型都有考查。【高频考点定位】： 绳模型 杆模型考点一：绳模型【3年真题链接】1（2017江苏卷5）如图所示，一小物块被夹子夹紧，夹子通过轻绳悬挂在小环上，小环套在水平光滑细杆上，物块质量为M，到小环的距离为L，其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为F.小环和物块以速度v向右匀速运动，小环碰到杆上的钉子P后立刻停止，物块向上摆动.整个过程中，物块在夹子中没有滑动.小环和夹子的质量均不计，重力加速度为g.下列说法正确的是（ ）（A）物块向右匀速运动时，绳中的张力等于2F （B）小环碰到钉
2、子P时，绳中的张力大于2F（C）物块上升的最大高度为 （D）速度v不能超过 【参考答案】D【名师解析】：物块向右匀速运动时，则夹子与物体M，处于平衡状态，那么绳中的张力等于Mg，与2F大小关系不确定，选项A错误；小环碰到钉子P时，物体M做圆周运动，依据最低点由拉力与重力的合力提供向心力，因此绳中的张力大于Mg，而与2F大小关系不确定，选项B错误；依据机械能守恒定律，减小的动能转化为重力势能，则有：mv2=mgh，那么物块上升的最大高度为h=，选项C错误；因夹子对物体M的最大静摩擦力为2F，依据牛顿第二定律，结合向心力表达式，对物体M，则有：2F-Mg=M，解得：v=，选项D正确。【名师点睛】在
3、分析问题时，要细心。题中给的力F是夹子与重物间的最大静摩擦力，而在物体运动的过程中，没有信息表明夹子与物体间静摩擦力达到最大。另小环碰到钉子后，重物绕钉子做圆周运动，夹子与重物间的静摩擦力会突然增大。2.（2017全国II卷17）如图，半圆形光滑轨道固定在水平地面上，半圆的直径与地面垂直，一小物块以速度从轨道下端滑入轨道，并从轨道上端水平飞出，小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关，此距离最大时，对应的轨道半径为（重力加速度为g）（ ）A. B. C. D.【参考答案】B【名师解析】设小物块运动到最高点的速度为，半圆形光滑轨道半径为R，小物块由最低点运动到最高点，由机械能守恒定律，；小物块
4、从最高点飞出做平抛运动，x=vtt，2R=gt2，联立解得，x=2=4.当R=时，x最大，选项B正确。【2年模拟再现】1（4分）（2019山东济南期末）如图所示，固定在水平地面上的圆弧形容器，容器两端A、C在同一高度上，B为容器的最低点，圆弧上E、F两点也处在同一高度，容器的AB段粗糙，BC段光滑。一个可以看成质点的小球，从容器内的A点由静止释放后沿容器内壁运动到F以上、C点以下的H点（图中未画出）的过程中，则（）A小球运动到H点时加速度为零B小球运动到E点时的向心加速度和F点时大小相等C小球运动到E点时的切向加速度和F点时的大小相等D小球运动到E点时的切向加速度比F点时的小【思路分析】根据受
5、力分析和功能关系分析速度和加速度。【名师解析】H为光滑圆弧上的最高点，速度为零，加速度不为零，故A错误；小球在AB粗糙，运动过程机械能减小，BC光滑，运动的过程机械能守恒，所以同一高点速度大小不同，所以向心加速度不同，故B错误；根据受力分析知在AB弧受摩擦力，BC弧不受摩擦力，切线方向BC上的合力较大，根据牛顿第二定律知切线方向加速度E点加速度较小，故C错误，D正确；【参考答案】：D。【名师点评】本题需要注意的是E、F的速度问题，注意AB段粗糙，BC段光滑所引起的速度不同。2. .（2019高考仿真模拟4）太极球是广大市民中较流行的一种健身器材将太极球（拍和球）简化成如图所示的平板和小球，熟练
6、的健身者让球在竖直面内始终不脱离板而做半径为R的匀速圆周运动，且在运动到图中的A、B、C、D位置时球与板间无相对运动趋势A为圆周的最高点，C为最低点，B、D与圆心O等高球的质量为m，重力加速度为g，则（）A在C处板对球施加的力比在A处大6mgB球在运动过程中机械能不守恒C球在最低点C的速度最小值为D板在B处与水平方向的倾角随速度的增大而增大【参考答案】BD【名师解析】设球运动的线速率为v，半径为R，则在A处时： 在C处时：由式得： ，即在C处板对球所需施加的力比A处大，故A错误；球在运动过程中，动能不变，势能时刻变化，故机械能不守恒，故B正确；球在任意时刻的速度大小相等，即球在最低点C的速度最
7、小值为等于在最高点最小速度，根据，得，故C错误；根据重力沿水平方向的分力提供向心力，即，故，故板在B处与水平方向倾斜角随速度的增大而增大，故D正确。【名师点睛】本题考查了向心力公式的应用，重点要对物体的受力做出正确的分析，列式即可解决此类问题。3（2019杭州模拟）如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动(不计一切阻力)，小球运动到最高点时绳对小球的拉力为T，小球在最高点的速度大小为v，其Tv2图象如图乙所示，则()A轻质绳长为B当地的重力加速度为C当v2c时，轻质绳的拉力大小为aD只要v2b，小球在最低点和最高点时绳的拉力差均为6a【参考答案】BD【名师解析】设绳长
8、为L，最高点由牛顿第二定律得：Tmg，则Tmg。对应图象有：mga得g，故B正确。得：L，故A错误。当v2c时，Tcmgca，故C错误。当v2b时，小球能通过最高点，恰好通过最高点时速度为v，则mg。在最低点的速度v，则mv2mg2Lmv2，Fmg，可知小球在最低点和最高点时绳的拉力差为6mg即6a，故D正确。4.(2019海南联考)如图，光滑圆轨道固定在竖直面内，一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动。已知小球在最低点时对轨道的压力大小为N1，在最高点时对轨道的压力大小为N2。重力加速度大小为g，则N1N2的值为()A.3mg B.4mg C.5mg D.6mg【参考答案】D【名师解析】设小
9、球在最低点速度为v1，在最高点速度为v2，根据牛顿第二定律，在最低点：N1mgm，在最高点：N2mgm，同时从最高点到最低点，根据机械能守恒定律得mg2Rmvmv联立以上三式可得N1N26mg，故选项D正确。5.（2018洛阳名校联考）如图所示，内壁光滑半径大小为R的圆轨道竖直固定在桌面上，一个质量为m的小球静止在轨道底部A点现用小锤沿水平方向快速击打小球，击打后迅速移开，使小球沿轨道在竖直面内运动当小球回到A点时，再次用小锤沿运动方向击打小球，通过两次击打，小球才能运动到圆轨道的最高点已知小球在运动过程中始终未脱离轨道，在第一次击打过程中小锤对小球做功W1，第二次击打过程中小锤对小球做功W2
10、.设先后两次击打过程中小锤对小球做功全部用来增加小球的动能，则W1/W2的值可能是() A1/2B2/3 C3/4 D1【参考答案】AB【名师解析】：由于通过两次击打，小球才能运动到圆轨道的最高点，且小球始终未脱离轨道，所以第一次击打小球后，小球运动的高度不能超过R，则有W1mgR，由于第二次击打后小球能运动到最高点，则有W1W2mg2Rmv2，mgm，可得，故选项A、B项正确6（2019洛阳联考）如图所示，轻绳的一端固定在O点，另一端系一质量为m的小球(可视为质点)当小球在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动时，通过传感器测得轻绳拉力F、轻绳与竖直线OP的夹角满足关系式Fabcos ，式中a、b
11、为常数若不计空气阻力，则当地的重力加速度为()A. B. C. D.【参考答案】D解析：在最高点时：设此时物体的速度为v1，由题意可知：180，绳的拉力F1ab；根据向心力公式有：mgab；在最低点时：设此时物体的速度为v2，由题意可知：0，绳的拉力T1ab；根据向心力公式有：abmg；只有重力做功，由机械能守恒定律：mvmvmg(2r)，解得：g，选项D正确考点二：杆模型【3年真题链接】1（2019高考江苏卷物理6）如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为，重力加速度为g，则座舱（）（A）运动周期为 （B）线速度的大小为R（C）受摩天轮作
12、用力的大小始终为mg （D）所受合力的大小始终为m2R【参考答案】BD【名师解析】由于座舱做匀速圆周运动，由公式，解得：，故A错误；由圆周运动的线速度与角速度的关系可知，故B正确；由于座舱做匀速圆周运动，所以座舱受到摩天轮的作用力是变力，不可能始终为，故C错误；由匀速圆周运动的合力提供向心力可得：，故D正确。【2年模拟再现】1（2019四川泸州一诊）在考驾驶证的科目二阶段，有一项测试叫半坡起步，这是一条类似于凸型桥面设计的坡道。要求学员在半坡定点位置a启动汽车，一段时间后匀速率通过最高点b以及剩下路段，如图所示。下列说法正确的是（）A.若汽车以额定功率从a点加速到b点，牵引力一直增大B.在最高
13、点b汽车处于平衡状态C.在最高点b汽车对路面的压力小于汽车的重力D.汽车从a到b运动过程中，合外力做功为0【参考答案】.C 【名师解析】由P=Fv可知，若汽车以额定功率从a点加速到b点，牵引力一直减小，选项A错误；匀速率通过最高点b以及剩下路段，在最高点b汽车处于匀速圆周运动，加速度向下，不是平衡状态，是失重状态，.在最高点b汽车对路面的压力小于汽车的重力，选项B错误C正确；汽车从a到b运动过程中，动能增大，由动能定理可知，合外力做正功，选项D错误。【名师点评】 驾考，是每个人司机都经历的。驾考很多情景都可以作为高考命题素材，可以考查匀变速直线运动规律、圆周运动、牛顿运动定律、功和功率等知识点
14、，以驾考为情景命题可能是高考命题的新热点。2(2018安徽第三次联考)如图所示，光滑轨道由AB、BCDE两段细圆管平滑连接组成，其中AB段水平，BCDE段为半径为R的四分之三圆弧，圆心O及D点与AB等高，整个轨道固定在竖直平面内，现有一质量为m，初速度v0的光滑小球水平进入圆管AB，设小球经过轨道交接处无能量损失，圆管孔径远小于R，则(小球直径略小于圆管内径)()A小球到达C点时的速度大小vCB小球能通过E点且抛出后恰好落至B点C无论小球的初速度v0为多少，小球到达E点时的速度都不能为零D若将DE轨道拆除，则小球能上升的最大高度与D点相距2R【参考答案】B【名师解析】对小球从A点至C点过程，由机械能守恒有mv02mgRmvC2，解得vC，选项A错误；对小球从A点至E点的过程，由机械能守恒有mv02mvE2mgR，解得vE，小球从E点抛出后，由平抛运动规律有xvEt，Rgt2，解得xR，则小球恰好落至B点，选项B正确；因为圆管内壁可提供支持力，所以小球到达E点时的速度可以为零，选项C错误；若将DE轨道拆除，设小球能上升的最大高度为h，则有mvD2mgh，又由机械能守恒可知vDv0，解得hR，选项D错误。预测考点一：绳模型【2年模拟再现】1.(2019福建联考)如图，长均
