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1、高考物理曲线运动解题技巧( 超强 ) 及练习题 ( 含答案 )一、高中物理精讲专题测试曲线运动1 一质量 M =0.8kg 的小物块，用长 l=0.8m 的细绳悬挂在天花板上，处于静止状态一质量 m=0.2kg 的粘性小球以速度 v0=10m/s 水平射向小物块，并与物块粘在一起，小球与小物块相互作用时间极短可以忽略不计空气阻力，重力加速度g 取 10m/s 2求：（ 1）小球粘在物块上的瞬间，小球和小物块共同速度的大小；（ 2）小球和小物块摆动过程中，细绳拉力的最大值；（ 3）小球和小物块摆动过程中所能达到的最大高度【答案】（ 1） v共 =2.0 m / s（ 2） F=15N(3)h=0
2、.2m【解析】（1）因为小球与物块相互作用时间极短，所以小球和物块组成的系统动量守恒mv0(Mm)v共得 : v共 =2.0 m / s（2）小球和物块将以v共 开始运动时，轻绳受到的拉力最大，设最大拉力为F，F(Mm) g( Mm) v共 2L得 : F 15N（3）小球和物块将以v共 为初速度向右摆动，摆动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，设它们所能达到的最大高度为h，根据机械能守恒：（ m+M ) gh 1 ( m M )v共 22解得 : h0.2m综上所述本题答案是: （ 1） v共 =2.0 m / s （ 2） F=15N(3)h=0.2m点睛 :（ 1）小球粘在物块上，动量守
3、恒由动量守恒，得小球和物块共同速度的大小（ 2）对小球和物块合力提供向心力，可求得轻绳受到的拉力（ 3）小球和物块上摆机械能守恒由机械能守恒可得小球和物块能达到的最大高度2 如图所示，在竖直平面内有一绝缘“ ”AB、 CD型杆放在水平向右的匀强电场中，其中水平且足够长，光滑半圆半径为R，质量为 m、电量为 +q 的带电小球穿在杆上，从距B 点x=5.75R 处以某初速 v0 开始向左运动已知小球运动中电量不变，小球与AB、 CD 间动摩擦因数分别为 ，电场力 Eq=3mg/4，重力加速度为1=0.25、 2=0.80g， sin37 =0.6， cos37 =0.8求：（ 1）若小球初速度 v
4、0=4 gR ，则小球运动到半圆上 B 点时受到的支持力为多大；（ 2）小球初速度 v0 满足什么条件可以运动过 C 点；（3）若小球初速度v=4 gR ，初始位置变为x=4R，则小球在杆上静止时通过的路程为多大【答案】（ 1） 5.5mg （ 2） v0 4gR （ 3） 44R【解析】【分析】【详解】（1）加速到 B 点： - 1mgx qEx1 mv21 mv0222在 B 点： N mgv2mR解得 N=5.5mgqE（2）在物理最高点 F： tanmg解得 =370；过 F 点的临界条件： vF=0从开始到 F 点： - 1mgxqE (xR sin)mg ( R R cos ) 0
5、1 mv022解得 v04 gR可见要过 C 点的条件为： v0 4gR（3）由于 x=4R5.75R，从开始到 F 点克服摩擦力、克服电场力做功均小于（2）问，到 F点时速度不为零，假设过C 点后前进 x1 速度变为零，在 CD 杆上由于电场力小于摩擦力，小球速度减为零后不会返回，则：- 1mgx2 mgx1-qE( x-x1 ) mg2R01 mv022sxRx1解得： s(44)R3 如图所示，水平实验台A 端固定，B 端左右可调，将弹簧左端与实验平台固定，右端有一可视为质点，质量为2kg 的滑块紧靠弹簧（未与弹黄连接)，弹簧压缩量不同时，将滑块弹出去的速度不同.圆弧轨道固定在地面并与一
6、段动摩擦因素为0.4 的粗糙水平地面相切D 点， AB 段最长时， BC两点水平距离xBC=0.9m, 实验平台距地面髙度h=0.53m ，圆弧半径R=0.4m， =37，已知sin37 =0.6, cos37 =0.8.完成下列问題：（1）轨道末端 AB 段不缩短，压缩弹黄后将滑块弹出，滑块经过点速度vB=3m/s ，求落到 C点时速度与水平方向夹角；（2）滑块沿着圆弧轨道运动后能在DE 上继续滑行 2m, 求滑块在圆弧轨道上对 D 点的压力大小：（3）通过调整弹簧压缩量，并将AB 段缩短，滑块弹出后恰好无碰撞从C 点进入圆弧 轨道，求滑块从平台飞出的初速度以及AB 段缩短的距离 .【答案】
7、 （1） 45（ 2） 100N （3） 4m/s 、0.3m【解析】（1）根据题意 C 点到地面高度hCR Rcos3700.08m从 B 点飞出后，滑块做平抛运动，根据平抛运动规律：h hC1 gt 22化简则 t0.3s根据 xBCvBt 可知 vB3m / s飞到 C 点时竖直方向的速度vygt3m / s因此 tanvy1vB即落到圆弧 C 点时，滑块速度与水平方向夹角为45（2）滑块在 DE 阶段做匀减速直线运动，加速度大小fgam根据 vE2vD22axDE联立两式则 vD4m / s在圆弧轨道最低处FNmg m vD2R则 FN 100N ，即对轨道压力为100N（3）滑块弹出
8、恰好无碰撞从C 点进入圆弧轨道，说明滑块落到C 点时的速度方向正好沿着轨迹该出的切线，即tanvyv0由于高度没变，所以vyvy3m / s ，370因此 v0 4m / s对应的水平位移为xACv0 t1.2m所以缩短的 AB 段应该是xABxAC xBC0.3m【点睛】滑块经历了弹簧为变力的变加速运动、匀减速直线运动、平抛运动、变速圆周运动，匀减速直线运动；涉及恒力作用的直线运动可选择牛顿第二定律和运动学公式；而变力作用做曲线运动优先选择动能定理，对匀变速曲线运动还可用运动的分解利用分运动结合等时性研究4 水平抛出一个物体，当抛出1秒后，它的速度方向与水平方向成45角，落地时，速度方向与水
9、平方向成60角，（ g 取 10m/s 2）。求：（ 1）初速度（ 2）水平射程（结果保留两位有效数字）（ 3）抛出点距地面的高度【答案】（ 1） 10m/s（ 2） 17m(3)15m【解析】【分析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动将1 秒后的速度进行分解，根据 vy=gt 求出竖直方向上的分速度，再根据角度关系求出平抛运动的初速度；将落地的速度进行分解，水平方向上的速度不变，根据水平初速度求出落地时的速度；根据落地时的速度求出竖直方向上的分速度，运用vy=gt 求出运动的时间 ，再根据01gt2 求出抛出点距地面的高度 .x=v t 求出水平射程再根据 h=2
10、【详解】（1）如图，水平方向vx=v0，竖直方向 vy=gt， 1s 时速度与水平成45角，即 =45 因为 tan45 0= vyv0所以 v0=vy初速度： v0=gt=10 1=10m/s。（2）落地时， tan 600vyvx所以落地竖直速度 vygt3v0 103m / s解得 t= 3 s水平射程： x v0t 103m17m（3）抛出点距地面的高度 h1gt 21210 3 m 15m22【点睛】解决本题的关键知道平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动知道分运动和合运动具有等时性，掌握竖直方向和水平方向上的运动学公式5 如图是节水灌溉工程中使用喷水龙头的示
11、意图。喷嘴离地面高为h ，将水连续不断地以恒定速度水平喷出，其喷灌的水平射程为10h ，喷嘴横截面积为S（设同一横截面上各点水流速度大小均相同），水的密度为，空气阻力忽略不计。重力加速度为g。（ 1）求空中水的体积 V；（ 2）假如我们只研究其中一个质量为m 的水滴，不计水滴间的相互影响，求它从喷嘴水平喷出后在空中运动过程中的动量变化量p；（ 3）假如水击打在水平地面上速度立即变为零，求水击打地面时竖直向下的平均作用力大小 F。【答案】（ 1） 10hs （2） m 2gh （ 3）10hSg【解析】【详解】x10 h（1）水喷出时速度：v05 2gh2h2hgg2h则空中水的体积：Vv0S1
12、0hs（2）由动量定理得：P mgt mg2hg m2gh（3）向下为正，在竖直向对由动量定理：F则与地面作用时间内重力可略）则由牛顿第三定律可得对地面的力为10hSg。10hS2gh2h 10hSg（因时间短，g6 如图所示，竖直平面内有一光滑的直角细杆MON ，其中 ON 水平， OM 竖直，两个小物块 A 和 B 分别套在 OM 和 ON 杆上，连接 AB 的轻绳长为 L=0.5m，现将直角杆 MON 绕过 OM 的轴 O1O2 缓慢地转动起来已知 A 的质量为 m1=2kg，重力加速度 g 取 10m/s 2。（ 1）当轻绳与 OM 的夹角 =37时，求轻绳上张力 F。（ 2）当轻绳与
13、 OM 的夹角 =37时，求物块 B 的动能 EkB。（ 3）若缓慢增大直角杆转速，使轻绳与 OM 的夹角 由 37缓慢增加到 53，求这个过程中直角杆对 A 和 B 做的功 WA、 WB。【答案】（ 1） F25N （ 2） EkB2.25J （ ） W A0 ，61WBJ312【解析】【详解】（1）因 A 始终处于平衡状态，所以对A 有F cosm1 g得 F25N（2）设 B 质量为 m2 、速度为 v 、做圆周运动的半径为r ，对 B 有F sinm2 v2rrL sinEkB1 m2v22得 EkBm1gL sin22cosEkB2.25Jh 1 gt 22x = v0t（3）因杆对
14、 A 的作用力垂直于A 的位移，所以 WA0由（ 2）中的m1gL sin253 时， B 的动能为 EkB16EkB知，当J2cos3杆对 B 做的功等于 A 、 B 组成的系统机械能的增量，故WBEkBEkB m1 gh 其中 hL cos37 L cos53得 WB61J127“抛石机 ”是古代战争中常用的一种设备，如图所示，为某学习小组设计的抛石机模型，其长臂的长度 L = 2 m，开始时处于静止状态，与水平面间的夹角 =37；将质量为 m=10.0 的石块装在长臂末端的口袋中，对短臂施力，当长臂转到竖直位置时立即停止转动，石块被水平抛出，其落地位置与抛出位置间的水平距离 x =12
15、m。不计空气阻力， 重力加速度 g 取 10m/s2，取水平地面为重力势能零参考平面。 sin37 =0.6， cos37= 0.8。求：（ 1）石块在最高点的重力势能EP（ 2）石块水平抛出的速度大小v0；（ 3）抛石机对石块所做的功 W。【答案】 （1） 320J（ 2） 15m/s（ 3） 1445J【解析】（ 1）石块在最高点离地面的高度：h=L+Lsin=2（ 1+0.6） m = 3.2m由重力势能公式：EP =mgh= 320J（2）石块飞出后做平抛运动水平方向竖直方向解得： v0 = 15m/s（3）长臂从初始位置转到竖直位置过程，由动能定理得： W mgh1mv022解得：
16、= 1445J点睛：要把平抛运动分解水平方向上的匀速和竖直方向上的自由落体运动。8 如图所示，半径为R 的四分之三光滑圆轨道竖直放置，CB是竖直直径，A 点与圆心等高，有小球b 静止在轨道底部，小球a 自轨道上方某一高度处由静止释放自A 点与轨道相切进入竖直圆轨道，a、 b 小球直径相等、质量之比为3 1，两小球在轨道底部发生弹性正碰后小球 b 经过 C 点水平抛出落在离 C 点水平距离为 2 2R 的地面上，重力加速度为 g，小球均可视为质点。求(1)小球 b 碰后瞬间的速度；(2)小球 a 碰后在轨道中能上升的最大高度。1【答案】 (1)6gR (2)R3【解析】【详解】(1)b 小球从
17、C 点抛出做平抛运动，有：1 gt 22R24R解得 tg小球 b 做平抛运动的水平位移：xvC t22R解得 vC2gR根据机械能守恒有：1 mbvb21 mbvC22mb gR22可知小球 b 在碰后瞬间的速度：vb6gR(2)a、b 两小球相碰，由动量守恒得：ma vama va mbvb121212a、b 两小球发生弹性碰撞，由机械能守恒得：2mava2mava 2mb vb又 ma 3mb2vb11解得： vava vavb323可得： va 6gR ，小球 a 在轨道内运动，不能到达圆心高度，所以小球a 不会脱离轨3道，只能在轨道内来回滚动，根据机械能守恒可得：1 mava 2ma
18、 gh2R解得： h39 如图所示，轻绳绕过定滑轮，一端连接物块A，另一端连接在滑环C 上，物块A 的下端用弹簧与放在地面上的物块B 连接， A、B 两物块的质量均为m，滑环 C的质量为M，开始时绳连接滑环C 部分处于水平，绳刚好拉直且无弹力，滑轮到杆的距离为L，控制滑块4C，使其沿杆缓慢下滑，当C 下滑L 时，释放滑环C，结果滑环C 刚好处于静止，此时B3刚好要离开地面，不计一切摩擦，重力加速度为g(1)求弹簧的劲度系数；(2)若由静止释放滑环C，求当物块 B 刚好要离开地面时，滑环C 的速度大小【答案】（ 1） 3mg（ 2） 10(2 Mm) gLL48m75M【解析】【详解】（1）设开
19、始时弹簧的压缩量为x，则 kx=mg设 B 物块刚好要离开地面，弹簧的伸长量为x，则 kx=mg因此 x x mgk由几何关系得 2xL216 L22 L- L93L求得 x=33mg得 k=L（2）弹簧的劲度系数为k，开始时弹簧的压缩量为x1当 B 刚好要离开地面时，弹簧的伸长量mgLx23k因此 A 上升的距离为h x1+x22L3C 下滑的距离 H(Lh)2L2 4L3根据机械能守恒1 m(vH)21 Mv 2MgH - mgh 2H 2L22求得 v10(2 Mm)gL48m75MmgLk310 如图所示，在竖直平面内有一“”管道装置，它是由两个完全相同的圆弧管道和两直管道组成。直管道
20、和圆弧管道分别相切于A1 、 A2 、 B1 、 B2 ， D1 、 D2 分别是两圆弧管道的最高点， C1 、 C2 分别是两圆弧管道的最低点，C1 、 C2 固定在同一水平地面上。两直管道略微错开，其中圆弧管道光滑，直管道粗糙，管道的粗细可忽略。圆弧管道的半径均为 R， B1O1D1AO1 1C1B2O2 D 2A2O2C2。一质量为 m 的小物块以水平向左的速度 v0 从 C1 点出发沿管道运动，小物块与直管道间的动摩擦因数为。设v0 12m / s ， m=1kg，R=1.5m，0.5 ，37（sin37 =0.6，cos37 =0.8）。求：（ 1）小物块从 C1 点出发时对管道的作
21、用力；（ 2）小物块第一次经过 C2 点时的速度大小；（ 3）小物块在直管道 B1 A2 上经过的总路程。【答案】（ 1） 106N，方向向下（2）4537 m/s （ 3） m4【解析】【详解】(1)物块在 C1 点做圆周运动，由牛顿第二定律有：Nmgm v02R可得： Nmgm v02106NR由牛顿第三定律可知，小物块对管道的作用力大小为106N，方向向下(2)由几何知识易有：lA2 B12Rcos4mA1 B2sin从 C1 到 C2 由动能定理可得：mglcos1mv221mv0222可得： v2v022glcos47m / s(3)以 C1C2 水平线作为重力势能的参考平面，则小物
22、块越过D1、 D2 点时的机械能需满足：EE02mgR 30J由于直管道的摩擦，物块每完整经历直管道一次，机械能的减少量满足：EWfmglcos16J设 n 为从第一次经过D1 后，翻越 D1 和 D2 的总次数，则有：1 mv02nEE0 ，21mv02 - n1EE02可得： n=2，表明小物块在第二次经过D1 后就到不了 D2，之后在 D1B1A2C2D2 之间往复运动直至稳定，最后在A2 及 C2 右侧与 A2 等高处之间往复稳定运动。由开始到稳定运动到达A2 点，由动能定理有：mgscosmgR 1 cos01 mv022可得： s= 69m453故在 B1A2 直管道上经过的路程为s=s l=m4