高中物理模块四曲线运动考点3圆周运动3-4竖直面内圆周运动的临界问题习题.doc

考点3.4　竖直面内圆周运动的临界问题
1.在竖直平面内做圆周运动的物体，按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类：一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的过山车等)，称为“绳(环)约束模型”，二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“杆(管)约束模型”.
2.绳、杆模型涉及的临界问题

绳模型
杆模型
常见
类型

均是没有支撑的小球

均是有支撑的小球
过最高点的临界条件
由mg＝m得v临＝
由小球恰能做圆周运动得v临＝0
讨论
分析
(1)过最高点时，v≥，FN＋mg＝m，绳、圆轨道对球产生弹力FN
(2)不能过最高点时，v<，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道
(1)当v＝0时，FN＝mg，FN为支持力，沿半径背离圆心
(2)当0<v<时，－FN＋mg＝m，FN背离圆心，随v的增大而减小
(3)当v＝时，FN＝0
(4)当v>时，FN＋mg＝m，FN指向圆心并随v的增大而增大

(多选)如图所示甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两图的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁(由上、下、侧三个轮子组成)把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为R，下列说法正确的是(　BC　)

A.甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给人向上的力
B.乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，安全带一定给人向上的力
C.丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅一定给人向上的力
D.丁图中，轨道车过最高点的最小速度为
长度为1 m的轻杆OA的A端有一质量为2 kg的小球，以O点为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图所示，小球通过最高点时的速度为3 m/s，g取10 m/s2，则此时小球将(　D　)

A.受到18 N的拉力
B.受到38 N的支持力
C.受到2 N的拉力
D.受到2 N的支持力
(多选)如图所示，竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上，半径r＝0.4 m，最低点处有一小球(半径比r小很多)，现给小球一水平向右的初速度v0，则要使小球不脱离圆轨道运动，v0应当满足(取g＝10 m/s2)(　CD　)

A.v0≥0 B.v0≥4 m/sC.v0≥2 m/s D.v0≤2 m/s
长为L的轻杆，一端固定一个小球，另一端固定在光滑的水平轴上，使小球在竖直平面内作圆周运动，关于小球在最高点的速度v下列说法中正确的是（ABD）
A．当v的值为时，杆对小球的弹力为零
B．当v由逐渐增大，杆对小球的拉力逐渐增大
C．当v由逐渐减小时，杆对小球的支持力力逐渐减小
D．当v由零逐渐增大时，向心力也逐渐增大
一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动，如图所示，则下列说法正确的是（ A ）

A．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零
B．小球过最高点的最小速度是
C．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大
D．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小
质量为m的小球在竖直平面内的圆管中运动，小球的直径略小于圆管的口径，如图4所示.已知小球以速度v通过圆管的最高点时对圆管的外壁的压力恰好为mg，则小球以速度通过圆管的最高点时(　C　)

A.对圆管的内、外壁均无压力
B.对圆管外壁的压力等于
C.对圆管内壁的压力等于
D.对圆管内壁的压力等于mg
杂技演员表演“水流星”，在长为1.6 m的细绳的一端，系一个与水的总质量为m＝0.5 kg 的盛水容器，以绳的另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图所示，若“水流星”通过最高点时的速率为4 m/s，则下列说法正确的是(g＝10 m/s2)(　B　)

A.“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出
B.“水流星”通过最高点时，绳的张力及容器底部受到的压力均为零
C.“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受力的作用
D.“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为5 N
.如图甲所示，轻杆一端固定在O点，另一端固定一个小球，现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动.小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为F，小球在最高点的速度大小为v，其F－v2图象如图乙所示.则下列说法错误的是(　B　)

A.小球的质量为
B.当地的重力加速度大小为
C.v2＝c时，小球对杆的弹力方向向上
D.v2＝2b时，小球受到的弹力与重力大小相等
（多选）一竖直放置的光滑圆形轨道连同底座总质量为M，放在水平地面上，如图所示，一质量为m的小球沿此轨道做圆周运动。AC两点分别是轨道的最高点和最低点。轨道的BD两点与圆心等高。在小球运动过程中，轨道始终静止。则关于轨道底座对地面的压力N大小及地面对轨道底座的摩擦力方向，下面说法不正确的是 ( ABD )

A．小球运动到A点时，N＞Mg，摩擦力方向向左
B．小球运动到B点时，，摩擦力方向向右
C．小球运动到C点时，N＞Mg+mg，地面对轨道底座无摩擦力
D．小球运动到D点时，N＝Mg，摩擦力方向向右
在质量为M的电动机飞轮上固定着一个质量为m的重物，重物到转轴的距离为R，如图所示，为了使放在地面上的电动机不会跳起，电动机飞轮的角速度不能超过（　B　）

A． B． C． D．
（多选）轻杆一端固定有质量为m=1kg的小球，另一端安装在水平轴上，转轴到小球的距离为50cm．转轴固定在三角形的带电动机（电动机没画出来）的支架上．在电动机作用下，轻杆在竖直面内做匀速圆周运动，如图．若转轴达到某一恒定转速n时，在最高点，杆受到小球的压力为2N，重力加速度g=10m/s2，则（ BC ）

A．小球运动到最高点时，小球需要的向心力为12N
B．小球运动到最高点时，线速度v=2m/s
C．小球运动到图示水平位置时，地面对支架的摩擦力为8N
D．把杆换成轻绳，同样转速的情况下，小球仍能通过图示的最高点
如图所示，竖直平面内的圆弧形不光滑管道半径R＝0.8 m，A端与圆心O等高，AD为水平面，B点为管道的最高点且在O的正上方.一个小球质量m＝0.5 kg，在A点正上方高h＝2.0 m处的P点由静止释放，自由下落至A点进入管道并通过B点，过B点时小球的速度vB为4 m/s，小球最后落到AD面上的C点处.不计空气阻力，g取10 m/s2.求：

(1)小球过A点时的速度vA的大小；
(2)小球过B点时对管壁的压力；
(3)落点C到A点的距离.
【答案】(1)2m/s　(2)5 N，方向竖直向上　(3)0.8 m