新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第4单元8圆周运动与平抛运动的综合问题科学思维(人教版)

这是一份新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第4单元8圆周运动与平抛运动的综合问题科学思维(人教版)，共6页。试卷主要包含了如图所示,半径R=0，4s等内容，欢迎下载使用。

(1)石块落地时速度的大小;
(2)石块到达P点时对凹槽压力的大小及方向。
2.“水上乐园”中有一巨大的水平转盘,人在其上随盘一起转动,给游客带来无穷乐趣。如图所示,转盘的半径为R,离水平面的高度为H,可视为质点的游客的质量为m,现转盘以角速度ω匀速转动,游客在转盘边缘与转盘保持相对静止,不计空气阻力。
(1)求游客受到的摩擦力大小和方向;
(2)若转盘突然停止转动,求游客落水点到转动轴的水平距离。
3.如图所示,用内壁光滑的薄壁细圆管弯成的由半圆形APB(圆半径比细管的内径大得多)和直线BC组成的轨道固定在水平桌面上,已知APB部分的半径R=1 m,BC段长L=1.5 m。弹射装置将一个质量为0.1 kg的小球(可视为质点)以v0=3 m/s的水平初速度从A点射入轨道,小球从C点离开轨道随即水平抛出,桌子的高度h=0.8 m,不计空气阻力,g取10 m/s2。求:
(1)小球在半圆形轨道中运动时的角速度ω、向心加速度an的大小;
(2)小球从A点运动到B点的时间t;
(3)小球在空中做平抛运动的时间及落到地面D点时的速度大小。
4.如图所示,竖直平面内有一光滑圆弧管道,其半径为R=0.5 m,一质量m=0.8 kg的小球从平台边缘的A处水平射出,恰能沿圆弧管道上P点的切线方向进入管道内侧,管道半径OP与竖直线的夹角为53°,已知管道最高点Q与A点等高,sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,g取10 m/s2。
(1)求小球从平台上的A点射出时的速度大小v0;
(2)如果小球沿管道通过圆弧的最高点Q时的速度大小为3 m/s,求小球运动到Q点时对轨道的压力。
5.(2023浙江杭州期末)如图甲所示,我国传统民俗文化表演“抡花”活动已被列入国家级非物质文化遗产。“抡花”原理如图乙所示,快速转动竖直转轴O1O2上的手柄AB,带动“花筒”M、N在水平面内转动,筒内烧红的铁片沿轨迹切线飞出,落到地面,形成绚丽的图案。已知lMO1=lNO1=2 m,M、N离地高3.2 m,若手摇AB转动的角速度大小为15 rad/s,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,求:
(1)“花筒”M的线速度大小;
(2)“花筒”(内含铁片)质量为2 kg时所需向心力大小;
(3)铁片落地点距O2的距离大小(计算结果可用根号表示)。
6.如图所示,半径R=0.5 m的光滑圆弧轨道ABC与足够长的粗糙直轨道CD在C处平滑连接,O为圆弧轨道ABC的圆心,B点为圆弧轨道的最低点,半径OA、OC与OB的夹角分别为53°和37°。将一个质量为m=0.5 kg的物体(视为质点)从A点左侧高为h=0.8 m处的P点水平抛出,恰从A点沿切线方向进入圆弧轨道。已知物体与轨道CD间的动摩擦因数μ=0.8,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:
(1)物体水平抛出时的初速度大小v0;
(2)物体经过B点时,对圆弧轨道的压力大小FN;
(3)物体在轨道CD上运动的距离x(结果保留三位有效数字)。
参考答案
素养练8 圆周运动与平抛运动的
综合问题(科学思维)
1.答案 (1)20m/s
(2)5 800 N,方向竖直向上
解析 (1)依题意,石块从P点抛出后做平抛运动,则有s=v0t=80m,L+h=gt2=20m
求得石块从P点抛出到到达地面所用时间为t=2s
从P点抛出时的速度大小为v0=40m/s
则落地时的速度大小为v==20m/s。
(2)石块到达P点时,根据牛顿第二定律有FN+mg=m
代入数据求得,凹槽对石块的弹力为FN=5800N
说明凹槽对石块的弹力方向与重力方向相同,即竖直向下
根据牛顿第三定律可知,石块对凹槽压力的大小为5800N,方向竖直向上。
2.答案 (1)mω2R,沿半径方向指向圆心O (2)R
解析 (1)游客所受的摩擦力提供向心力,大小为Ff=mω2R,方向沿半径方向指向圆心O。
(2)游客转动时的线速度即平抛运动的初速度v=ωR
竖直方向,根据H=gt2
游客做平抛运动的水平位移x=vt
游客落水点到转动轴的水平距离s=
联立可得s=R。
3.答案 (1)3 rad/s 9 m/s2 (2)1.05 s (3)0.4 s 5 m/s
解析 (1)小球在半圆形轨道中做匀速圆周运动,角速度为ω=rad/s=3rad/s
向心加速度为an=m/s2=9m/s2。
(2)小球从A到B的时间为t==1.05s。
(3)小球水平抛出后,在竖直方向做自由落体运动,根据h=得
t1=s=0.4s
落地时竖直方向的速度为vy=gt1=10×0.4m/s=4m/s
落地时的速度大小为v=m/s=5m/s。
4.答案 (1)3 m/s (2)6.4 N,方向向上
解析 (1)小球从A到P的高度差为h=R(1+cs53°)
小球做平抛运动,竖直方向上有h=gt2
则小球在P点的竖直分速度vy=gt
把小球在P点的速度分解可得tan53°=
联立解得小球平抛运动初速度v0=3m/s。
(2)若小球到达Q时vQ=3m/s
在Q点根据向心力公式得FN+mg=m
解得FN=6.4N>0,表明方向向下
由牛顿第三定律可知,小球通过管道的最高点Q时对管道的压力FN'=FN=6.4N,方向向上。
5.答案 (1)30 m/s (2)900 N (3)2m
解析 (1)“花筒”M转动的角速度与AB相同,其线速度大小为v=ωr=15×2m/s=30m/s。
(2)“花筒”所需向心力大小为F=mrω2=mω2·lMO1=2kg×(15rad/s)2×2m=900N。
(3)烧红的铁片沿切线飞出后,做平抛运动,竖直方向做自由落体运动,有h=gt2
解得t==0.8s
水平方向做匀速直线运动,有x=vt=30×0.8m=24m
所以,落地点距O2的距离大小为d=m=2m。
6.答案 (1)3 m/s (2)34 N (3)1.09 m
解析 (1)由平抛运动规律知=2gh
竖直分速度vy==4m/s
初速度v0=vytan37°=3m/s。
(2)从P点至B点的过程,由机械能守恒定律有
mg(h+R-Rcs53°)=
经过B点时,由向心力公式有FN'-mg=m
代入数据解得FN'=34N
由牛顿第三定律知,物体对轨道的压力大小为FN=34N。
(3)因μmgcs37°>mgsin37°,物体沿轨道CD向上做匀减速运动,速度减为零后不再下滑
从B点到上滑至最高点的过程,由动能定理有
-mgR(1-cs37°)-(mgsin37°+μmgcs37°)x=0-
代入数据可解得x=1.09m。