竖直平面的圆周运动与能量综合题含答案

1、精选文档L竖直平面内的圆周运动和能量综合题1、如图，固定于小车上的支架上用细线悬挂一小球线长为L小车以速度V0做匀速直线运动，当小车突然碰到障障碍物而停止运动时小球上升的高度的可能值是 ( ) A. 等于 B. 小于 C. 大于 D等于2L2、长为L的轻绳的一端固定在O点，另一端拴一个质量为m的小球，先令小球以O为圆心，在竖直平面内做圆周运动，小球能通过最高点，如图则（ ） A小球通过最高点时速度可能为零B小球通过最高点时所受轻绳的拉力可能为零C小球通过最低点时速度大小可能等于D小球通过最低点时所受轻绳的拉力一定不小于6mg3、如图所示，O点离地面高度为H，以O点为圆心，制作一半径为R的四分之

2、一光滑圆弧轨道，小球从与O点等高的圆弧最高点滚下后水平抛出，试求：小球落地点到O点的水平距离S；要使这一距离最大，R应满足什么条件？最大距离为多少？（1）s=（2）R=时，s最大，最大水平距离为smax=H解析:（1）小球在圆弧上滑下过程中受重力和轨道弹力作用，但轨道弹力不做功，即只有重力做功，机械能守恒，可求得小球平抛的初速度v0.根据机械能守恒定律得mgR=设水平距离为s，根据平抛运动规律可得s=.（2）因H为定值，则当R=H-R，即R=时，s最大，最大水平距离为smax=H4、（10分）如图7所示，质量m=2kg的小球，从距地面h=3.5m处的光滑斜轨道上由静止开始下滑，与斜轨道相接的是

3、半径R=1 m的光滑圆轨道，如图所示，试求：（1）小球滑至圆环顶点时对环的压力；图7（2）小球应从多高范围内由静止滑下才能使小球不脱离圆环。 （）（1）40N（2）h2.5m或h1m图65.如图6所示，和为两个对称斜面，其上部足够长，下部分分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为120，半径2.0，一个质量为1的物体在离弧高度为3.0处，以初速度4.0沿斜面运动，若物体与两斜面间的动摩擦因数0.2，重力加速度102，则（1）物体在斜面上（不包括圆弧部分）走过路程的最大值为多少？（2）试描述物体最终的运动情况（3）物体对圆弧最低点的最大压力和最小压力分别为多少？5、解：（1）物体在两斜面上

4、来回运动时，克服摩擦力所做的功-（1分）物体从开始直到不再在斜面上运动的过程中-（2分）解得-（3分）(2)物体最终是在、之间的圆弧上来回做变速圆周运动，-（4分）且在、点时速度为零。-（5分）（3）物体第一次通过圆弧最低点时，圆弧所受压力最大由动能定理得-（7分）由牛顿第二定律得 -（8分）解得 N-（9分）物体最终在圆弧上运动时，圆弧所受压力最小由动能定理得-（10分）由牛顿第二定律得-（11分）解得N-（12分）DABOC6.如图所示，水平轨道AB与位于竖直平面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连，半圆形轨道的BD连线与AB垂直。质量为m的小滑块（可视为质点）在恒定外力作用下从水平轨道上

5、的A点由静止开始向左运动，到达水平轨道的末端B点时撤去外力，小滑块继续沿半圆形光滑轨道运动，且恰好通过轨道最高点D，滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到A点。已知重力加速度为g。求：（1）滑块通过D点的速度大小；（2）滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小；（3）滑块在AB段运动过程中的加速度大小。 6、解：（1）设滑块恰好通过最高点D的速度为vD，根据牛顿第二定律有mg=mvD2/R 解得：vD= （2）滑块自B点到D点的过程机械能守恒，设滑块在B点的速度为vB，则有mvB2=mvD2+mg2R，解得：vB2=5gR 设滑块经过B点进入圆形轨道时所受的支持力为NB，根据牛顿第二定律有 NB-m

6、g=mvB2/R 解得 NB=6mg 由牛顿第三定律可知，滑块经过B点时对轨道的压力大小NB=6mg （3）对于滑块自D点平抛到A点，设其运动时间为t，则有 2R=gt2，sAB=vDt。可解得sAB=2R 设滑块由A点到B点的过程中加速度为a，则有 vB2=2asAB 解得：a=5g4 25、如图所示，半径R = 0.4m的光滑半圆轨道与粗糙的水平面相切于A点，质量为 m = 1kg的小物体（可视为质点）在水平拉力F的作用下，从C点运动到A点，物体从A点进入半圆轨道的同时撤去外力F，物体沿半圆轨道通过最高点B后作平抛运动，正好落在C点，已知AC = 2m，F = 15N，g取10m/s2，试

7、求：（1）物体在B点时的速度以及此时半圆轨道对物体的弹力（2）物体从C到A的过程中，摩擦力做的功7、（20分）如25题图所示，竖直平面内的轨道ABCD由水平轨道AB与光滑的四分之一圆弧滑道CD组成，AB恰与圆弧CD在C点相切，轨道固定在水平面上。一个质量为m的小物块（可视为质点）从轨道的A端以初动能E冲上水平轨道AB，沿着轨道运动，由DC弧滑下后停在水平轨道AB的中点。已知水平滑道AB长为L，求：（1）小物块与水平轨道的动摩擦因数。（2）为了保证小物块不从轨道的D端离开轨道，圆弧轨道的半径R至少是多大？（3）若圆弧轨道的半径R取第（2）问计算出的最小值，增大小物块的初动能，使得小物块冲上轨道后

8、可以达到最大高度是1.5R处，试求小物块的初动能并分析小物块能否停在水平轨道上，如果能，将停在何处？如果不能，将以多大速度离开水平轨道？25题图13、（本题20分）解：(1) （6分）（2）（6分）（3）（8分）8（10分）如图所示，粗糙的水平面右端B处连接一个竖直的半径为R 的光滑半圆轨道，B点为水平面与轨道的切点，在距离B点长为X的A点，用水平恒力将质量为m的质点从静止开始推到B处后撤去恒力，质点沿半圆轨道运动到C 处后又正好落回A点，质点和水平面间的动摩擦因数为。 （1）求在上述运动过程中推力对小球所做的功。（2）x为多大时，完成上述运动过程所需的推力最小?最小的推力F为多大？8（1）质

9、点从半圆弧轨道做平抛运动又回到A点 在水平方向： x=vCt （1分） 竖直方向上：2R=gt2 （1分） 解得vC= （1分） 质点从A到C由动能定理 WFmgxmg2R=mv （1分） 解得 WF=mgx+mg2R +mgx2/8R （1分） （2） 由 WF=mgx+mg2R +mgx2/8R 和WF=F x 得： （2分） F 有最小值的条件是： =, 即x=4R （2分） 最小的推力F=mg (+1) （1分）26、某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，其中“2008”，四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成，固定在竖直平面内（所有数宇均由圆或半圆组成，圆半径比细管的内径大得多），底端

10、与水平地面相切。弹射装置将一个小物体（可视为质点）以v=5m/s的水平初速度由a点弹出，从b 点进人轨道，依次经过“8002 ”后从p 点水平抛出。小物体与地面ab段间的动摩擦因数=0.3 ，不计其它机械能损失。已知ab段长L=1 . 5m，数字“0”的半径R=0.2m，小物体质量m=0 .0lkg ，g=10m/s2 。求：( l ）小物体从p 点抛出后的水平射程。（s=0.8m） ( 2 ）小物体经过数字“0”的最高点时管道对小物体作用力的大小和方向（F=0.3N）25解析： (1)设小物体运动到p点时的速度大小为v，对小物体由a运动到p过程应用动能定理得 小物体自P点做平抛运动，设运动时

11、间为t水平射程为s，则 s=vt 联立式，代入数据解得s=0.8m (2)设在数字“0”的最高点时管道对小物体的作用力大小为F取竖直向下为正方向 联立式，代入数据解得 F=0.3N 方向竖直向下24(20分）某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，它由细圆管弯成，固定在竖直平面内。左右两侧的斜直管道PA与PB的倾角、高度、粗糙程度完全相同，管口A、B两处均用很小的光滑小圆弧管连接（管口处切线竖直)，管口到底端的高度H1=0.4m。中间“8”字型光滑细管道的圆半径R=10cm(圆半径比细管的内径大得多)，并与两斜直管道的底端平滑连接。一质量m=0.5kg的小滑块从管口 A的正上方H2处自由下落，第一

12、次到达最低点P的速度大小为10m/s.此后小滑块经“8”字型和PB管道运动到B处竖直向上飞出，然后又再次落回，如此反复。小滑块视为质点，忽略小滑块进入管口时因碰撞造成的能量损失，不计空气阻力，且取g=10m/s2。求：(1) 滑块第一次由A滑到P的过程中，克服摩擦力做功；(2)滑块第一次到达“8”字型管道顶端时对管道的作用力；(3)滑块第一次离开管口B后上升的高度；(4）滑块能冲出槽口的次数。18. 某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，它由细圆管弯成，固定在竖直平面内。左右两侧的斜直管道PA与PB的倾角、高度完全相同，粗糙程度均匀且完全相同，管口A、B两处均用很小的光滑小圆弧管连接（管口处切线

13、竖直），管口到底端的高度H1=0.4m。中间“8”字型光滑细管道的圆半径R=10cm（圆半径比细管的内径大得多），并与两斜直管道的底端平滑连接。一质量m=0.5kg的小滑块从管口A的正上方H2=5m处自由下落，第一次到达最低点P的速度大小为10m/s。此后小滑块经“8”字型和PB管道运动到B处竖直向上飞出，然后又再次落回，如此反复。小滑块视为质点，忽略小滑块进入管口时因碰撞造成的能量损失，不计空气阻力，g取10m/s2。 （1）求滑块第一次由A滑到P的过程中，克服摩擦力做的功； （2）求滑块第一次到达“8”字型管道顶端时对管道的作用力； （3）求滑块能冲出两槽口的总次数；（4）若仅将“8”字型

14、管道半径变到30cm，能从B口出来几次？从A、B口出来的总次数是几次？18.（12分） （1）滑块第一次滑到P的速度计为V1，由A滑到P的过程中克服摩擦力做功计为W1 - 2分代入数据得W1=2J - 1分 （2）滑块第一次滑到顶端的速度计为V2 -1分 -1分 FN =455N，滑块管道对的弹力大小为455N，方向向上 -1分（3）滑块第一次由A到B克服摩擦力做的功W2=2W1=4J -1分 - 1分 所以滑块能离开槽口的次数为6次 - 1分（4）要想达到“8”字型管道最高点，在P点的动能临界值为Ek临=4mgR=6J 滑块具有的初始能量mg(H1+H2)=27J 第6次经过P处(VP向右)

15、的动能Ek6=27 -11W1=5J， 由于5JmgH1+W1 = 2+2=4J，还能第4次从B冲出。 第4次从B冲出再回到P处(VP向右)的动能为1J，再无法冲出 所以，冲出B口的次数为4次，-1分 冲出A口的次数为2次，-1分 冲出的总次数为6次。-1分9、（20分）如图所示的“S”形玩具轨道，该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成，放置在竖直平面内，轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆对接而成，圆半径比细管内径大得多，轨道底端与水平地面相切，轨道在水平面上不可移动。弹射装置将一个小球（可视为质点）从a点水平弹射向b点并进入轨道，经过轨道后从最高点d水平抛出。已知小球与地面ab段间的动摩擦因数=

16、0.2，不计其它机械能损失，ab段长L=1.25m，圆的半径R=0.1m，小球质量m=0.01kg，轨道质量为M=0.26kg，g=10m/s2，求：（1）要使小球从d点抛出后不碰轨道，小球的初速度v0需满足什么条件？ （2）设小球进入轨道之前，轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力，当v0至少为多少时，小球经过两半圆的对接处c点时，轨道对地面的压力为零。（3）若v0=3m/s，小球最终停在何处？9.（20分）（1）设小球到达d点处速度为vd，由动能定理，得O （1）如小球由d点做平抛运动刚好经过图中的O点，则有 （2） 3）联立并代入数值得 （4）小球的初速度v0需满足 （5）（2）设小球到

17、达c点处速度为vc，由动能定理，得 （6）当小球通过c点时，由牛顿第二定律得 （7）要使轨道对地面的压力为零，则有N=Mg （8）联立并代入数值，解得小球的最小速度v0=6 m/s （9）（3）小球能通过d点，需满足，由动能定理 （10）得：因，小球过不了d点而沿轨道原路返回（11）对整个过程由动能定理，有 （12）得 （13）小球最终停在a右侧处 （14）评分标准：共20分，其中（1）（6）各3分（7）（12）各2分，其余各1分。21、过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成，B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点，B、C间距与C、D

18、间距相等，半径R1=2.0m、R2=1.4m。一个质量为m=1.0kg的小球（视为质点），从轨道的左侧A点以v0=12.0m/s的初速度沿轨道向右运动，A、B间距L1=6.0m。小球与水平轨道间的动摩擦因数=0.2，圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠。重力加速度取g=10m/s2，计算结果保留小数点后一位数字。试求 （1）小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小； （2）如果小球恰能通过第二圆形轨道，B、C间距应是多少； （3）在满足（2）的条件下，如果要使小球不能脱离轨道，在第三个圆形轨道的设计中，半径R3应满足的条件；小球最终停留点与起点的距离。R

19、1R2R3ABCDv0第一圈轨道第二圈轨道第三圈轨道LLL121答案：（1）10.0N；（2）12.5m(3) 当时， ；当时， 解析：（1）设小于经过第一个圆轨道的最高点时的速度为v1根据动能定理 小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力F，根据牛顿第二定律 由得 （2）设小球在第二个圆轨道的最高点的速度为v2，由题意 由得 （3）要保证小球不脱离轨道，可分两种情况进行讨论：I轨道半径较小时，小球恰能通过第三个圆轨道，设在最高点的速度为v3，应满足 由得 II轨道半径较大时，小球上升的最大高度为R3，根据动能定理 解得 为了保证圆轨道不重叠，R3最大值应满足 解得 R3=27.9m综合I、

20、II，要使小球不脱离轨道，则第三个圆轨道的半径须满足下面的条件 或 当时，小球最终焦停留点与起始点A的距离为L，则 当时，小球最终焦停留点与起始点A的距离为L，则 22、倾角为37的光滑导轨，顶端高H=1.45m，下端通过一小段光滑圆弧与薄壁细管做成的玩具轨道相接于最低端B。玩具轨道由间距为x0=1m的若干个相同圆环组成，圆环半径R=0.5m，整个玩具轨道固定在竖直平面内。第一个圆环记作0号，第二个圆环记作1号，其余依次类推，如图所示。一质量m=0.5kg的小球在倾斜导轨顶端A以v02m/s速度水平发射，在落到倾斜导轨上P点后即沿轨道运动（P点在图中未画出）。假设小球落到轨道时平行轨道方向速度

21、不变，玩具轨道圆环部分内壁光滑，水平段的动摩擦因数0.2，取g10m/s2，求：（1）小球落到倾斜导轨上的P点位置和开始沿倾斜导轨运动的速度大小vP？（2）小球最终停在什么位置？x0=1mH=1.45mv0=2m/s01n37B22.解（1）小球从A做平抛运动，经过时间t落到倾斜导轨上的P点，水平位移x，竖直位移y，有 （1） （2） （3） （4） （5）由上述式子得 x=0.6m或P点位置，即距抛出点l=0.75m （6） （7）（2）设小球到B点的动能为EkB，从P到B机械能守恒，有 （9）设小球射入某一圆环低端时动能为Ek0，则要使小球能通过圆环，必须有 （10）小球每次通过水平段轨道

22、时克服摩擦力做功Wf，有 （11）设小球通过N号圆环后，剩余能量为EN，共克服水平段轨道摩擦力做功n*1J，当其能量E大于1J且小于5J时，就只能到达N+1号圆环，但不能通过该圆环，它将在N号圆环与N+1号圆环间来回运动有 （12）n2.89 （13）即当小球通过2号圆环后就不能通过3号圆环，只能在2号、3号圆环间来回运动 （14）小球刚通过2号圆环时具有的能量E3=7.89-3=4.89J （15）E3=mgx，即x=4.89m （16）所以，最终小球将停在2、3号圆环之间，离2号圆环底端0.11m位置 （17）说明：共18分，其中（17）式2分，其余每式1分，即完成（14）式得14分，其余

23、类推。10、如图所示，在同一竖直平面内有两个正对着的相同半圆光滑轨道，相隔一定的距离，虚线沿竖直方向，一小球能在其间运动。今在最高点A与最低点B各放一个压力传感器，测量小球对轨道的压力，并通过计算机显示出来。当轨道距离变化时，测得两点压力差与距离x的关系如图所示，g取10 m/s2，不计空气阻力，求：（1）小球的质量为多少？（2）若小球在最低点B的速度为20 m/s，为使小球能沿轨道运动，x的最大值为多少？DFN/Nx/m05105101510解：（1）设轨道半径为R，由机械能守恒定律；（1） （4分）对B点：（2） ( 2分)对A点：（3） ( 2分)由（1）（2）（3）式得：两点压力差（4

24、） ( 2分)由图象得：截距 得 （5） ( 3分) （2）因为图线的斜率 得（6） ( 3分)在A点不脱离的条件为：（7） ( 2分)由（1）（5）（6）（7）式得：（8） ( 2分)PAOHCDB11.（20分）如图所示，ABCDO是处于竖直平面内的光滑轨道，AB是半径为R=15m的圆周轨道，CDO是直径为15m的半圆轨道。AB轨道和CDO轨道通过极短的水平轨道（长度忽略不计）平滑连接。半径OA处于水平位置，直径OC处于竖直位置。一个小球P从A点的正上方高H处自由落下，从A点进入竖直平面内的轨道运动（小球经过A点时无机械能损失）。当小球通过CDO轨道最低点C时对轨道的压力等于其重力的倍，取

25、g为10m/s2。 试求高度H的大小； 试讨论此球能否到达CDO轨道的最高点O，并说明理由； 求小球沿轨道运动后再次落回轨道上时的速度大小。11. （20分）解：（1）在C点对轨道的压力等于重力的倍，由牛顿第三定律得，在C点轨道PAOHCDB 对小球的支持力大小为mg-2分。 设小球过C点速度v1 -2分 P到C过程，由机械能守恒： -2分 解得： -2分（2）设小球能到达O点，由P到O，机械能守恒，到O点的速度v2： -2分 设小球能到达轨道的O点时的速度大小为v0，则 mg = v0 -2分 v2 v0 所以小球能够到达O点。 -2分 （3）小球在O点的速度离开O点小球做平抛运动：水平方向

26、： -1分 竖直方向：-1分 且有：-2分 解得： 再次落到轨道上的速度-2分 12如图3所示，AB是倾角为的粗糙直轨道，BCD是光滑的圆弧轨道，AB恰好在B点与圆弧相切，圆弧的半径为R一个质量为m的物体（可以看作质点）从直轨道上的P点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动已知P点与圆弧的圆心O等高，物体与轨道AB间的动摩擦因数为求：（1）物体做往返运动的整个过程中在AB轨道上通过的总路程；（2）最终当物体通过圆弧轨道最低点E时，对圆弧轨道的压力；（3）为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点D，释放点距B点的距离L应满足什么条件图312解析：（1）因为摩擦始终对物体做负功，所以物体最终在圆心角为

27、2的圆弧上往复运动对整体过程由动能定理得：mgRcos mgcos s0，所以总路程为s（2）对BE过程mgR（1cos ）mvFNmg由得对轨道压力：FN（32cos ）mg（3）设物体刚好到D点，则mg对全过程由动能定理得：mgLsin mgcos LmgR（1cos ）mv由得应满足条件：LR答案：（1）（2）（32cos ）mg（3）R13（19分）如图（甲）所示，弯曲部分AB和CD是两个半径相等的四分之一圆弧，中间的BC段是竖直的薄壁细圆管（细圆管内径略大于小球的直径），分别与上、下圆弧轨道相切连接，BC段的长度L可作伸缩调节。下圆弧轨道与地面相切，其中D、A分别是上、下圆弧轨道的最

28、高点与最低点，整个轨道固定在竖直平面内。一小球多次以某一速度从A点水平进入轨道而从D点水平飞出。今在A、D两点各放一个压力传感器，测试小球对轨道A、D两点的压力，计算出压力差F。改变BC间距离L，重复上述实验，最后绘得F-L的图线如图（乙）所示。（不计一切摩擦阻力，g取10m/s2）（1）某一次调节后D点离地高度为0.8m。小球从D点飞出，落地点与D点水平距离为2.4m，求小球过D点时速度大小。F/N20（甲）ADCBvL（乙）15100.501L/m第24题图（2）求小球的质量和弯曲圆弧轨道的半径大小。13解：小球在竖直方向做自由落体运动， （2分） 水平方向做匀速直线运动 （2分） 得：

29、（1分）设轨道半径为r，A到D过程机械能守恒： （3分）在A点： （2分）在D点： （2分） 由以上三式得： （2分） 由图象纵截距得：6mg=12 得m=0.2kg （2分）由L=0.5m时 F=17N （1分） 代入得：r=0.4m （2分）14如图15所示，水平桌面上有一轻弹簧，左端固定在A点，弹簧处于自然状态时其右端位于B点水平桌面右侧有一竖直放置的光滑圆弧形轨道MNP，其半径R0.8 m，OM为水平半径，ON为竖直半径，P点到桌面的竖直距离也是R，PON45第一次用质量m11.1 kg的物块(可视为质点)将弹簧缓慢压缩到C点，释放后物块停在B点(B点为弹簧原长位置)，第二次用同种材料

30、、质量为m20.1 kg的物块将弹簧也缓慢压缩到C点释放，物块过B点后做匀减速直线运动，其位移与时间的关系为，物块从桌面右边缘D点飞离桌面后，由P点沿圆轨道切线落入圆轨道(g10 m/s2，不计空气阻力)求：(1)BC间的距离；(2)m2由B运动到D所用时间；(3)物块m2运动到M点时，m2对轨道的压力14、(1)由x6t2t2知vB6 m/sa4 m/s2 (2分)m2在BD上运动时m2gm2a解得0.4 (1分)设弹簧长为AC时，弹簧的弹性势能为Epm1释放时Epm1gsBC (1分)m2释放时Epm2gsBCm2vB2 (1分)解得sBC0.45 m(1分)(2)设m2由D点抛出时速度为

31、vD，落到P点的竖直速度为vy在竖直方向vy22gR，解得vy4 m/s (1分)在P点时tan 45 (1分)解得vD4 m/s (1分)m2由B到D所用的时间t0.5 s (2分)(3)m2由P运动到M的过程，由机械能守恒定律得m2vP2m2g(RRcos 45)m2vM2m2gR (2分)在M点时，对m2受力分析，由牛顿第二定律得FNm (1分)解得FN(4) N 由牛顿第三定律知，小球对轨道的压力为(4) N(1分)0P15、（16）如图所示，质量为m的小球用不可伸长的细线悬于O点，细线长为L，在O点正下方P处有一钉子，将小球拉至与悬点等高的位置无初速释放，小球刚好绕P处的钉子作圆周运

32、动。那么钉子到悬点的距离OP等于多少？ 3L/516如图所示，竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道半径为R，A端与圆心O等高，AD为水平面，B点在O的正上方，一个小球在A点正上方由静止释放，自由下落至A点进入圆轨道并恰能到达B点。求：释放点距A点的竖直高度；落点C与A点的水平距离。(3)小球落到C点的速度。ACDBO16、（1）h= （2）S=AHR小OBCDE17（18分）如图所示，四分之三周长圆管的半径R=0.4m，管口B和圆心O在同一水平面上，D是圆管的最高点，其中半圆周BE段存在摩擦，BC和CE段动摩擦因数相同，ED段光滑；直径稍小于圆管内径、质量m=0.5kg的小球从距B正上方高H=2.

33、5m处的A处自由下落，到达圆管最低点C时的速率为6m/s，并继续运动直到圆管的最高点D飞出，恰能再次进入圆管，假定小球再次进入圆管时不计碰撞能量损失，取重力加速度g=10m/s2，求（1） 小球飞离D点时的速度（2） 小球从B点到D点过程中克服摩擦所做的功（3） 小球再次进入圆管后，能否越过C点？请分析说明理由17、解（1）小球飞离D点做平抛运动，有 （1） （2）由（1）（2）得 （3）（2）设小球从B到D的过程中克服摩擦力做功Wf1，在A到D过程中根据动能定理，有 （4）代入计算得， Wf1=10J （5）（3）设小球从C到D的过程中克服摩擦力做功Wf2，根据动能定理，有 （6）代入计算得

34、， Wf2=4.5J （7）小球从A到C的过程中，克服摩擦力做功Wf3，根据动能定理，有Wf3=5.5J小球再次从D到C的过程中，克服摩擦力做功Wf4，根据动能定理，有 （8） （9）小球过BE段时摩擦力大小随速度减小而减小，摩擦力做功也随速度减小而减少。第二次通过BC段与CE段有相等的路程，速度减小 （10）所以 Wf40，即小球能过C点。ABCShLR18、某校物理兴趣小组决定举行遥控塞车比赛。比赛路径如图所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，出B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟。已知赛车质量m0.1kg，通电后以额定功

35、率1.5W工作，进入竖直圆轨道前受到的阻值为0.3N，随后在运动中受到的阻力均可不计。图中L10.00m，R=0.32m，h1.25m,S1.50m。问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？（取g10 m/s2）18解：从C平抛过壕沟，至少有， 得：则从圆轨道出来到B位置速度至少为,得：而能经过圆轨道最高点，设有v，进入圆轨道速度为得：可见进入圆轨道速度至少为根据动能定理：得：图9HRO19如图9所示，在圆柱形屋顶中心天花板上的O点，挂一根L3m的细绳，绳的下端挂一个质量为m0.5kg的小球，已知绳能承受的最大拉力为10N。小球在水平面内做圆周运动，当速度逐渐增大到绳断裂后，小球以v9m

36、/s的速度落在墙边。求这个圆柱形屋顶的高度H和半径R。（g取10m/s2）19.设绳与竖直方向夹角为，则cos=,所以=60，小球在绳断时离地高度为：h=H-Lcos小球做匀速圆周运动的半径为：r=LsinF向=m=mgtan联立式求得：H=3.3 m,平抛运动时间为：t=0.6 s,水平距离为：s=v0t=m,圆柱半径为：R=4.8 m.20. 如下图所示，一个质量为M的人，站在台秤上，手拿一个质量为m，悬线长为R的小球，在竖直平面内做圆周运动，且摆球正好通过圆轨道最高点，求台秤示数的变化范围。20.解：小球运动到最低点时，悬线对人的拉力最大，且方向竖直向下，故台秤示数最大，由机械能守恒定律

37、得：所以台秤的最大示数为F（M6m）g当小球经过如下图所示的状态时，23.如图所示，滑块A的质量m=0.01kg，与水平地面间的动摩擦因数=0.2，用细线悬挂的小球质量均为m=0.01kg，沿x轴排列，A与第一只小球及相邻两小球间距离均为s=2m，线长分别为L1、L2、L3(图中只画出三只小球，且小球可视为质点).开始时，滑块以速度v0=10m/s沿x轴正方向运动，设滑块与小球碰撞时不损失机械能，碰撞后小球均能xv0AL1O1O2L2O3L3在竖直平面内完成完整的圆周运动并再次与滑块正碰，g取10m/s2，求:(1)滑块能与几个小球碰撞？(2)求出碰撞中第n个小球悬线长Ln的表达式.(3)滑块

38、与第一个小球碰撞后瞬间，悬线对小球的拉力为多大？23解:(1)因滑块与小球质量相等且碰撞中机械能守恒，所以滑块与小球相碰撞会互换速度，小球在竖直平面内做圆周运动，机械能守恒，设滑块滑行总距离为s0，有: (2分)得s0=25m (1分)个 (2分)(2)滑块与第n个小球碰撞，设小球运动到最低点时速度为vn 对小球由机械能守恒定律得: (2分) 小球恰好到达最高点，则 (2分)对滑块由动能定理得: (2分)由以上三式得: (2分)(3)滑块做匀减速运动到第一个小球处与第一个小球碰前的速度为v1，则有: (2分)由于滑块与小球碰撞时不损失机械能，则碰撞前后动量守恒、动能相等，滑块与小球相互碰撞会互

39、换速度，碰撞后瞬间小球的速度也为v1，此时小球受重力和绳子的拉力作用，由牛顿第二定律得: (2分)因为 (1分)由以上三式得:T=0.6N (2分)25（12分） 一轻质细绳一端系一质量为的小球A，另一端挂在光滑水平轴O 上，O到小球的距离为L=0.1m，小球跟水平面接触，但无相互作用，在球的两侧等距离处分别固定一个光滑的斜面和一个挡板，如图所示，水平距离s为2m，动摩擦因数为0.25现有一小滑块B，质量也为m，从斜面上滑下，与小球碰撞时交换速度，与挡板碰撞不损失机械能若不计空气阻力，并将滑块和小球都视为质点，g取10m/s2，试问：（1）若滑块B从斜面某一高度h处滑下与小球第一次碰撞后，使小

40、球恰好在竖直平面内做圆周运动，求此高度h.（2）若滑块B从h=5m处滑下，求滑块B与小球第一次碰后瞬间绳子对小球的拉力（3）若滑块B从h=5m 处下滑与小球碰撞后，小球在竖直平面内做圆周运动，求小球做完整圆周运动的次数n17.（1）小球刚能完成一次完整的圆周运动，它到最高点的速度为v0，在最高点，仅有重力充当向心力，则有 （2分） 在小球从h处运动到最高点的过程中，机械能守恒，则有 解上式有h=05m （2分）（2）若滑块从=5m处下滑到将要与小球碰撞时速度为，则有 （2分） 滑块与小球碰后的瞬间，同理滑块静止，小球以的速度开始作圆周运动，绳的拉力T和重力的合力充当向心力，则有 解式得T=48

41、N （2分）（3）滑块和小球第一次碰撞后，每在平面上经s路程后再次碰撞，则 （2分） 解得，n=10次 （ 2分 ）27如图所示是放置在竖直平面内的游戏滑轨，有一质量m2 kg的小球穿在轨道上滑轨由四部分粗细均匀的滑杆组成；水平轨道AB；与水平面间的成夹角且长L6m的倾斜直轨道CD；半径R1 m的圆弧轨道APC；半径R3 m的圆弧轨道BQED。直轨道与圆弧轨道相切，切点分别为A、B、D、C，E为最低点倾斜轨道CD与小球间的动摩擦因数，其余部分均为光滑轨道，取，现让小球从AB的正中央以初速度开始向左运动，问：(1)第一次经过E处时，轨道对小球的作用力为多大?(2)小球第一次经过C点时的速度为多大

42、?(3)小球在运动过程中，损失的机械能最多为多少26.（18分）（1）设球第一次过E点时，速度大小为，由机械能守恒定律，有： - （2分）在E点，根据牛顿第二定律，有 - （2分）联立式，可解得：轨道对小球的支持力为 （2分）（2）从E到C的过程中，重力做功： - （1分）从D到C的过程中，滑动摩擦力做功 -（1分）设第一次到达C点的速度大小为，小球从E到C的过程中，由动能定理，有 -（2分）由式，可解得 （2分）（3）经过多次运动后，小球最终在E两侧的圆轨道上做来回的运动，在E点右侧，最高能到达D点。（2分）所以，小球在运动过程中，损失的机械能最多为 （4分）28（18分）在半径为R=5000km某星球表面，宇航员做了如下实验，实验装置如图甲所示，竖直平面内的光滑轨道由斜轨道AB和圆弧轨道BC组成，将质量m=0.2kg的小球，从轨道AB上的高H处的某点静止释放，用力传感器测出小球