版高三物理一轮复习专题4曲线运动含高考真题.docx
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版高三物理一轮复习专题4曲线运动含高考真题
专题4曲线运动
1.[2016·全国卷Ⅰ]如图1 ，一轻弹簧原长为2R，其一端固定在倾角为37°的固定直轨道AC的底端A处，另一端位于直轨道上B处，弹簧处于自然状态，直轨道与一半径为R的光滑圆弧轨道相切于C点，AC＝7R，A、B、C、D均在同一竖直平面内．质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑，最低到达E点（未画出），随后P沿轨道被弹回，最高到达F点，AF＝4R，已知P与直轨道间的动摩擦因数μ＝，重力加速度大小为g.（取sin37°＝，cos37°＝）
（1）求P第一次运动到B点时速度的大小．
（2）求P运动到E点时弹簧的弹性势能．
（3）改变物块P的质量，将P推至E点，从静止开始释放．已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后，恰好通过G点．G点在C点左下方，与C点水平相距R、竖直相距R，求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量．
图1
解析：
（1）根据题意知，B、C之间的距离l为
l＝7R－2R ①
设P到达B点时的速度为vB，由动能定理得
mglsinθ－μmglcosθ＝mv ②
式中θ＝37°，联立①②式并由题给条件得
vB＝2 ③
（2）设BE＝x，P到达E点时速度为零，设此时弹簧的弹性势能为Ep.P由B点运动到E点的过程中，由动能定理有
mgxsinθ－μmgxcosθ－Ep＝0－mv ④
E、F之间的距离l1为
l1＝4R－2R＋x ⑤
P到达E点后反弹，从E点运动到F点的过程中，由动能定理有
Ep－mgl1sinθ－μmgl1cosθ＝0 ⑥
联立③④⑤⑥式并由题给条件得
x＝R ⑦
Ep＝mgR ⑧
（3）设改变后P的质量为m1，D点与G点的水平距离x1和竖直距离y1分别为
x1＝R－Rsinθ ⑨
y1＝R＋R＋Rcosθ ⑩
式中，已应用了过C点的圆轨道半径与竖直方向夹角仍为θ的事实．
设P在D点的速度为vD，由D点运动到G点的时间为t.由平抛物运动公式有
y1＝gt2 ⑪
x1＝vDt ⑫
联立⑨⑩⑪⑫式得
vD＝ ⑬
设P在C点速度的大小为vC，在P由C运动到D的过程中机械能守恒，有
m1v＝m1v＋m1g ⑭
P由E点运动到C点的过程中，同理，由动能定理有
Ep－m1g（x＋5R）sinθ－μm1g（x＋5R）cosθ＝m1v⑮
联立⑦⑧⑬⑭⑮式得
m1＝m ⑯
2.[2016·天津卷]如图1 所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E＝5N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B＝0.5T．有一带正电的小球，质量m＝1×10－6kg，电荷量q＝2×10－6C，正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场（不考虑磁场消失引起的电磁感应现象），g取10m/s2.求：
图1
（1）小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；
（2）从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t.
解析：
（1）小球匀速直线运动时受力如图1 所示，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有
qvB＝ ①
图1
代入数据解得v＝20m/s ②
速度v的方向与电场E的方向之间的夹角θ满足
tanθ＝ ③
代入数据解得tanθ＝
θ＝60° ④
（2）解法一：
撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，设其加速度为a，有
a＝ ⑤
设撤掉磁场后小球在初速度方向上的分位移为x，有
x＝vt ⑥
设小球在重力与电场力的合力方向上分位移为y，有
y＝at2 ⑦
a与mg的夹角和v与E的夹角相同，均为θ，又
tanθ＝ ⑧
联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据解得
t＝2s＝3.5s ⑨
解法二：
撤去磁场后，由于电场力垂直于竖直方向，它对竖直方向的分运动没有影响，以P点为坐标原点，竖直向上为正方向，小球在竖直方向上做匀减速运动，其初速度为vy＝vsinθ ⑤
若使小球再次穿过P点所在的电场线，仅需小球的竖直方向上分位移为零，则有
vyt－gt2＝0 ⑥
联立⑤⑥式，代入数据解得t＝2s＝3.5s
3.[2016·江苏卷3分]有A、B两小球，B的质量为A的两倍．现将它们以相同速率沿同一方向抛出，不计空气阻力．图中①为A的运动轨迹，则B的运动轨迹是（ ）
图1
A．①B．②
C．③D．④
答案：
A
解析：
抛体运动的加速度始终为g，与抛体的质量无关．当将它们以相同速率沿同一方向抛出时，运动轨迹应该相同．故选项A正确．
4.[2016·浙江卷]在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图19所示．P是一个微粒源，能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒．高度为h的探测屏AB竖直放置，离P点的水平距离为L，上端A与P点的高度差也为h.
图19
（1）若微粒打在探测屏AB的中点，求微粒在空中飞行的时间；
（2）求能被屏探测到的微粒的初速度范围；
（3）若打在探测屏A、B两点的微粒的动能相等，求L与h的关系．
解析：
（1）打在中点的微粒
h＝gt2 ①
t＝ ②
（2）打在B点的微粒
v1＝；2h＝gt ③
v1＝L ④
同理，打在A点的微粒初速度v2＝L ⑤
微粒初速度范围L≤v≤L ⑥
（3）由能量关系
mv＋mgh＝mv＋2mgh ⑦
代入④、⑤式得L＝2h ⑧
5.[2016·全国卷Ⅲ]如图所示，一固定容器的内壁是半径为R的半球面；在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P.它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中，克服摩擦力做的功为W.重力加速度大小为g.设质点P在最低点时，向心加速度的大小为a，容器对它的支持力大小为N，则（ ）
图1
A．a＝B．a＝
C．N＝D．N＝
答案：
AC
解析：
质点P下滑到底端的过程，由动能定理得mgR－W＝mv2－0，可得v2＝，所以a＝＝，A正确，B错误；在最低点，由牛顿第二定律得N－mg＝m，故N＝mg＋m＝mg＋·＝，C正确，D错误．
6.[2016·全国卷Ⅲ]如图1 所示，在竖直平面内有由圆弧AB和圆弧BC组成的光滑固定轨道，两者在最低点B平滑连接．AB弧的半径为R，BC弧的半径为.一小球在A点正上方与A相距处由静止开始自由下落，经A点沿圆弧轨道运动．
（1）求小球在B、A两点的动能之比；
（2）通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点．
图1
解析：
（1）设小球的质量为m，小球在A点的动能为EkA，由机械能守恒得EkA＝mg ①
设小球在B点的动能为EkB，同理有EkB＝mg ②
由①②式得＝5 ③
（2）若小球能沿轨道运动到C点，小球在C点所受轨道的正压力N应满足N≥0 ④
设小球在C点的速度大小为vC，由牛顿运动定律和向心加速度公式有N＋mg＝ ⑤
由④⑤式得，vC应满足mg≤m ⑥
由机械能守恒有mg＝mv ⑦
由⑥⑦式可知，小球恰好可以沿轨道运动到C点．
7.[2016·天津卷]我国将于2022年举办冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一．如图1 所示，质量m＝60kg的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a＝3.6m/s2匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度vB＝24m/s，A与B的竖直高度差H＝48m．为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧．助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h＝5m，运动员在B、C间运动时阻力做功W＝－1530J，g取10m/s2.
图1
（1）求运动员在AB段下滑时受到阻力Ff的大小；
（2）若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大？
解析：
（1）运动员在AB上做初速度为零的匀加速运动，设AB的长度为x，则有v＝2ax ①
由牛顿第二定律有mg－Ff＝ma ②
联立①②式，代入数据解得Ff＝144N ③
（2）设运动员到达C点时的速度为vC，在由B到达C的过程中，由动能定理有
mgh＋W＝mv－mv ④
设运动员在C点所受的支持力为FN，由牛顿第二定律有FN－mg＝m ⑤
由运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍，联立④⑤式，代入数据解得R＝12.5m
8.[2016·浙江卷6分]如图16所示为赛车场的一个水平“梨形”赛道，两个弯道分别为半径R＝90m的大圆弧和r＝40m的小圆弧，直道与弯道相切．大、小圆弧圆心O、O′距离L＝100m．赛车沿弯道路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力是赛车重力的2.25倍．假设赛车在直道上做匀变速直线运动，在弯道上做匀速圆周运动．要使赛车不打滑，绕赛道一圈时间最短（发动机功率足够大，重力加速度g取10m/s2，π＝3.14），则赛车（ ）
图16
A．在绕过小圆弧弯道后加速
B．在大圆弧弯道上的速率为45m/s
C．在直道上的加速度大小为5.63m/s2
D．通过小圆弧弯道的时间为5.58s
答案：
AB
解析：
要使赛车绕赛道一圈时间最短，则通过弯道的速度都应最大，由f＝2.25mg＝m可知，通过小弯道的速度v1＝30m/s，通过大弯道的速度v2＝45m/s，故绕过小圆弧弯道后要加速，选项A、B正确；如图所示，由几何关系可得AB长x＝＝50m，故在直道上的加速度a＝＝m/s2≈6.5m/s2，选项C错误；由sin＝＝可知，小圆弧对应的圆心角θ＝，故通过小圆弧弯道的时间t＝＝＝s＝2.79s，选项D错误．
D5万有引力与天体运动
9.[2016·全国卷Ⅰ6分]利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯，目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为（ ）
A．1hB．4h
C．8hD．16h
答案：
B
解析：
B 当一地球卫星的信号刚好覆盖赤道120°的圆周时，卫星的轨道半径r＝＝2R；对同步卫星，分别有＝m·6.6R和＝m2·2R，即＝，解得T＝4h，选项B正确．
10.[2016·全国卷Ⅲ6分]关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是（ ）
A．开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律
B．开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律
C．开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因
D．开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律
答案：
B
解析：
开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，牛顿在开普勒研究基础上结合自己发现的牛顿运动定律，发现了万有引力定律，指出了行星按照这些规律运动的原因，选项B正确．
11.（2016年海南卷7题6分）通过观察冥王星的卫星，可以推算出冥王星的质量。
假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动，除了引力常量外，至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。
这两个物理量可以是
A．卫星的速度和角速度B．卫星的质量和轨道半径
C．卫星的质量和角速度D．卫星的运行周期和轨道半径
答案：
AD
解析:
根据线速度和角速度可以求出半径，根据万有引力提供向心力则：
，整理可以得到：
，故选项A正确；由于卫星的质量约掉，故与卫星的质量无关，故选项BC错误；若知道卫星的周期和半径，则，整理得到：
，故选项D正确。
12.[2016·北京卷6分]如图1 所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是（ ）
图1
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
C．卫星在轨道1的
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