高中物理探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系计算题

如图所示，质量为m带电量为+q的小球静止于光滑绝缘水平面上，在恒力F作用下，由静止开始从A点出发到B点，然后撤去F，小球冲上放置在竖直平面内半径为R的光滑绝缘圆形轨道，圆形轨道的最低点B与水平面相切，小球恰能沿圆形轨道运动到轨道末端D，并从D点抛出落回到原出发点A处。整个装置处于电场强度为E=  的水平向左的匀强电场中，小球落地后不反弹，运动过程中没有空气阻力。求：AB之间的距离和力F的大小。

如下图是阿毛同学的漫画中出现的装置，描述了一个“吃货”用来做“糖炒栗子”的“萌”事儿：将板栗在地面小平台上以一定的初速经两个四分之一圆弧衔接而成的轨道，从最高点P飞出进入炒锅内，利用来回运动使其均匀受热。我们用质量为m的小滑块代替栗子，借这套装置来研究一些物理问题。设大小两个四分之一圆弧半径为2R和R，小平台和圆弧均光滑。将过锅底的纵截面看作是两个斜面AB、CD和一段光滑圆弧BC组成，滑块与斜面间的动摩擦因数为0.25，且不随温度变化。两斜面倾角均为，AB=CD=2R，A、D等高，D端固定一小挡板，碰撞不损失机械能。滑块的运动始终在包括锅底最低点的竖直平面内，重力加速度为g。

（1）如果滑块恰好能经P点飞出，为了使滑块恰好沿AB斜面进入锅内，应调节锅底支架高度使斜面的A、D点离地高为多少？
（2）接（1）问，试通过计算用文字描述滑块的运动过程。
（3）对滑块的不同初速度，求其通过最高点P和小圆弧最低点Q时受压力之差的最小值。

如图所示，倾角为、宽度为、长为的光滑倾斜导轨，导轨C₁D₁、C₂D₂顶端接有定值电阻，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=5T，C₁A₁、C₂A₂是长为S=4.5m的粗糙水平轨道，A₁B₁、A₂B₂是半径为R=0.5m处于竖直平面内的光滑圆环（其中B₁、B ₂为弹性挡板），整个轨道对称。在导轨顶端垂直于导轨放一根质量为m=2kg、电阻不计的金属棒MN，当开关S闭合时，金属棒从倾斜轨道顶端静止释放，已知金属棒到达倾斜轨道底端前已达最大速度，当金属棒刚滑到倾斜导轨底端时断开开关S，（不考虑金属棒MN经过接点C₁、C₂处和棒与B₁、B₂处弹性挡板碰撞时的机械能损失，整个运动过程中金属棒始终保持水平，水平导轨与金属棒MN之间的动摩擦因数为µ=0.1，g=10m/s²）。求：

（1）开关闭合时金属棒滑到倾斜轨道底端时的速度；
（2）金属棒MN在倾斜导轨上运动的过程中，电阻R₀上产生的热量Q；
（3）当金属棒第三次经过A₁A₂时对轨道的压力。

如图水平固定放置的平行金属板M、N，两板间距为d。在两板的中心（即到上、下板距离相等，到板左、右端距离相等）有一悬点O系有一长r=d/4的绝缘细线，线的另一端系有一质量为m、带正电荷的小球，电荷量为q。两板间有一竖直向下的匀强电场，匀强电场大小E=3mg/q。小球在最低点A处于静止。求：

（1）小球静止时细线拉力T大小；
（2）若电场大小保持不变，方向变为竖直向上，要使得小球在竖直平面内绕O点恰好能做完整的圆周运动，在A位置至少给小球多大的初速度v₀。
（3）小球恰能绕悬点O在竖直平面内做完整的圆周运动.当小球运动到竖直直径AB的B端时，细线突然断开，小球恰好从平行金属板M的左边缘飞出，求平行金属板的长度L?

如下图所示，两平行金属板A、B长为L＝8 cm，两板间距离d＝8 cm，A板比B板电势高300 V，一带正电的粒子电荷量为q＝1.0×10^－10 C，质量为m＝1.0×10^－20 kg，沿电场中心线RO垂直电场线飞入电场，初速度v₀＝2.0×10⁶ m/s，粒子飞出电场后经过界面MN、PS间的无电场区域，然后进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右侧点电荷的电场分布不受界面的影响)．已知两界面MN、PS相距为12 cm，D是中心线RO与界面PS的交点，O点在中心线上，距离界面PS为9 cm，粒子穿过界面PS做匀速圆周运动，最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上．（静电力常量k＝9.0×10⁹ N·m²/C²，粒子的重力不计）求：

(1)粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离多远？到达PS界面时离D点多远？
(2) 垂直打在放置于中心线上的荧光屏的位置离D点多远？．
(3)确定点电荷Q的电性并求其电荷量的大小．

小车上有一个固定支架，支架上用长为的绝缘细线悬挂质量为m、电量为q的小球，处于水平方向的匀强电场中。小车在距离矮墙x处，向着矮墙从静止开始做加速度a匀加速运动，此时，细线刚好竖直，如图所示。当小车碰到矮墙时，立即停止运动，且电场立刻消失。已知细线最大承受拉力为7mg。

（1）求匀强电场的电场强度；
（2）若小球能通过最高点，写出最高点时细线的拉力与x的关系式；
（3）若要使细线不断裂也不松弛，确定x的取值范围。

(18分)如图所示，粗糙斜直轨道PA和两个光滑圆弧轨道、组成的S形轨道，斜轨道与圆弧轨道在A点光滑连接，B点是最低点，已知,圆弧轨道半径均为R，两圆弧交接处C、D之间留有很小空隙，刚好能够使小球通过，CD之间距离可忽略。斜轨道最高点P与水平面BQ的高度差为h=6.5R。从P点静止释放一个质量为m可视为质点的小球，小球沿S形轨道运动后从G点水平飞出，落到水平地面上，落点Q点到B点的距离为x=4R。不计空气阻力，重力加速度为g，求：

（1）小球从G点水平飞出时的速度多大？
（2）小球运动到圆形轨道最低点B点时对轨道的压力；
（3）小球与轨道PA间的动摩擦因数μ。

如图所示，在竖直平面内固定一光滑圆管轨道。质量为的小球从轨道顶端A点无初速释放，然后从轨道底端B点水平飞出落在某一坡面上，坡面呈抛物线形状，且坡面的抛物线方程为.已知B点离地面O点的高度为R，圆管轨道的半径也为R.（重力加速度为g，忽略空气阻力.）求：

（1）小球在B点对轨道的弹力；（2）小球落在坡面上的动能?

如图所示，竖直平面直角坐标系中，一半径为R的绝缘光滑管道位于其中，管道圆心坐标为（0，R），其下端点与x轴相切于坐标原点，其上端点与y轴交于C点，坐标为（0，2R）。在第二象限内，存在水平向右、范围足够大的匀强电场，场强大小为。在x≥R，y≥0范围内，有水平向左、范围足够大的匀强电场，场强大小为。现有一与x轴正方向夹角为45⁰，足够长的绝缘斜面位于第一象限的电场中，斜面底端坐标为（R，0）。x轴上0≤x≤R范围内是水平光滑轨道，左端与管道下端相切，右端与斜面底端平滑连接。有一质量为m，带电量为+q的小球，从静止开始，由斜面上某点A下滑，通过水平光滑轨道（不计转角处能量损失），从管道下端点B进入管道（小球直径略小于管道内径，不计小球的电量损失）。试求：

（1）小球至少从多高处滑下，才能到达管道上端点C？要求写出此时小球出发点的坐标。
（2）在此情况下，小球通过管道最高点C受到的压力多大？方向如何？

如图所示，足够长光滑水平轨道与半径为R的光滑四分之一圆弧轨道相切。现从圆弧轨道的最高点由静止释放一质量为m的弹性小球A，当A球刚好运动到圆弧轨道的最低点时，与静止在该点的另一弹性小球B发生没有机械能损失的碰撞。已知B球的质量是A球的k倍，且两球均可看成质点。

（1）若碰撞结束的瞬间，A球对圆弧轨道最低点压力刚好等于碰前其压力的一半，求k的可能取值：
（2）若k已知且等于某一适当的值时，A、B两球在水平轨道上经过多次没有机械能损失的碰撞后，最终恰好以相同的速度沿水平轨道运动。求此种情况下最后一次碰撞A球对B球的冲量。

如图所示，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轨道MNP，其形状为半径R="0.8" m的圆环剪去了左上角135°的圆弧，MN为其竖直直径，P点到桌面的竖直距离也是R。用质量m₁=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点，释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B点。用同种材料、质量为m₂=0.2kg的物块将弹簧也缓慢压缩到C点释放，物块过B点后其位移与时间的关系为x=6t-2t²，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。g ="10" m/s²，求：

（1）DP间的水平距离；
（2）判断m₂能否沿圆轨道到达M点；
（3）释放后m₂在水平桌面上运动过程中克服摩擦力做的功。

如图，质量为的b球用长h的细绳悬挂于水平轨道BC的出口C处。质量为m的小球a，从距BC高h的A处由静止释放，沿ABC光滑轨道滑下，在C处与b球正碰并与b粘在一起。已知BC轨道距地面的高度为，悬挂b球的细绳能承受的最大拉力为2mg。试问：

（1）a与b球碰前瞬间，a的速度多大？
（2）a、b两球碰后，细绳是否会断裂？若细绳断裂，小球在DE水平面上的落点距C的水平距离是多少？若细绳不断裂，小球最高将摆多高？

如图所示，BCDG是光滑绝缘的圆形轨道，位于竖直平面内，轨道半径为R，下端与水平绝缘轨道在B点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中．现有一质量为m、带正电的小滑块(可视为质点)置于水平轨道上，滑块受到的电场力大小为mg，滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度为g.

(1)若滑块从水平轨道上距离B点s＝3R的A点由静止释放，滑块到达与圆心O等高的C点时速度为多大？
(2)在(1)的情况下，求滑块到达C点时受到轨道的作用力大小；
(3)改变s的大小，使滑块恰好始终沿轨道滑行，且从G点飞出轨道，求滑块在圆轨道上滑行过程中的最小速度大小．

如图所示，在竖直平面内固定一个光滑圆管轨道，轨道半径为R。质量为m的小球从轨道顶端A点无初速释放，然后从轨道底端B点水平飞出落在某一坡面上，坡面呈抛物线形状，且坡面的抛物线方程为。已知B点离地面O点的高度也为R。（重力加速度为g，忽略空气阻力。）求：

（1）小球在B点对轨道的弹力？ （2）小球落在坡面上的动能？

如图所示,x轴与水平传送带重合,坐标原点0在传送带的左端,传送带OQ长 L=8m,传送带顺时针速度V。=5m/s， —质量m=1kg的小物块轻轻放在传送带上x_p="2m" 的P点,小物块随传送带运动到Q点后恰好能冲上光滑圆弧轨道的最高点N点。小物块与 传送带间的动摩擦因数μ．=0．5,重力加速度g= 10m/s²,求：

（1）N点的纵坐标；
（2）若将小物块轻放在传送带上的某些位置,小物块均能沿光滑圆弧轨道运动（小物块始终 在圆弧轨道运动不脱轨）到达纵坐标y_M=0．25m的M点,求这些位置的横坐标范围。