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

如图所示是某次四驱车比赛的轨道某一段。小明控制的四驱车（可视为质点），质量m=1.0kg，额定功率为P=7W。小明的四驱车到达水平平台上A点时速度很小（可视为0），此时启动四驱车的发动机并直接使发动机的功率达到额定功率，一段时间后关闭发动机。当四驱车由平台边缘点飞出后，恰能沿竖直光滑圆弧轨道CDE上C点的切线方向飞入圆形轨道。已知AB间的距离L=6m，BF间高度差h=0.8m，圆轨道的半径R=1m，∠COD=53°，四驱车在AB段运动时的阻力恒为1N。重力加速度g取10m/s²，不计空气阻力。sin53°=0.8，cos53°=0.6，求：

（1）求四驱车到达C点时的速度大小；
（2）发动机在水平平台上工作的时间；
（3）四驱车第一次经过D点时对轨道的压力大小。

如图所示，传送带的两个轮子半径均为r=0.2m,两个轮子最高点A、B在同一水平面内，A、B间距离L=5m，半径R=0.4m的固定、竖直光滑圆轨道与传送带相切于B点，C点是圆轨道的最高点。质量m=0.1kg的小滑块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.4。重力加速度g=10m/s²。求：

(1)当传送带的轮子以ω=10rad/s的角速度顺时针匀速转动时，将小滑块无初速地放到传送带上的A点，小滑块从A点运动到B点的时间t是多少？
(2)传送带的轮子以不同的角速度匀速转动，将小滑块无初速地放到传送带上的A点，小滑块运动到C点时，对圆轨道的压力大小不同，最大压力F_m是多大？

如图所示，斜面轨道AB与水平面之间的夹角= 53⁰，BD为半径R =" 4" m的圆弧形轨道，且B点与D点在同一水平面上，在B点，斜面轨道AB与圆弧形轨道BC在B点相切，整个轨道处于竖直平面内且处处光滑，在A点处一个质量m ="1" kg的小球由静止开始滑下，经过B、C两点后从D点斜抛出去，已知A点距地面的高度H =" 10" m，B点距地面的高度h="5" m，（不计空气阻力，g取10 m/s²，cos 53⁰=0.6，保留两位有效数字）求：

（1）小球从D点抛出后，落到水平地面上的速度；
（2）小球经过AB段所用的时间；
（3）小球经过圆弧轨道最低处C点时对轨道的压力多大？

如图所示，质量m＝1 kg的小球从距离地面高H＝3m处自由下落，到达地面时恰能沿凹陷于地面的半圆形槽壁运动，半圆形槽的半径R＝0.5 m，小球到达槽最低点时速率恰好为8m/s，并继续沿槽壁运动直到从槽左端边缘飞出且沿竖直方向上升、下落，如此反复几次，设摩擦力大小恒定不变，取g＝10 m/s²，求：

（1）小球第一次飞出半圆形槽上升到距水平地面的高度h为多少？
（2）小球最多能飞出槽外几次？

如图所示，半径R＝0.4 m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角θ＝30°，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧的右端固定在竖直挡板上．质量m＝0.1  kg的小物块(可视为质点)从空中A点以v₀＝2 m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动至D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L＝1.2 m，小物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10  m/s².求：

(1)小物块经过圆弧轨道上B点时速度v_B的大小；
(2)小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小；
(3)弹簧的弹性势能的最大值E_pm.

如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一绝缘弯杆由两段直杆和一段半径为R的半圆环组成，固定在纸面所在的竖直平面内，PQ、MN水平且足够长，半圆环PAM在磁场边界左侧，P、M点在磁场边界线上，NMAP段是光滑的，现有一质量为m，带电+q的小环套在MN杆上，它所受电场力为重力的倍，当在M右侧D点由静止释放小环时，小环刚好能达到P点。

（1）求DM间距离x₀；
（2）求上述过程中小环第一次通过与O等高的A点时弯杆对小环作用力的大小；
（3）若小环与PQ间动摩擦因数为μ（设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等且），现将小环移至M点右侧4R处由静止开始释放，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功。

如图所示，在水平向右的匀强电场中，一根长为L的绝缘细线，一端连着一质量为m、带电量为＋q的小球，另一端固定于O点，现把小球向右拉至细线水平且与场强方向平行的位置，无初速释放，小球能摆到最低点的另一侧，细线与竖直方向的最大夹角θ＝30°.求：

(1)求场强E的大小；
(2)若使带电小球在平行于电场的竖直平面内做完整的圆周运动，小球运动过程中的最小动能是多少？
(3)若把该小球向左拉至细线水平且与场强方向平行的位置,无初速释放,小球摆到最低点时细线的拉力T=？

如图所示，四分之一光滑绝缘圆弧轨道AP和水平绝缘传送带PC固定在同一竖直平面内，圆弧轨道的圆心为O，半径为R。静止的传送带PC之间的距离为L，在OP的左侧空间存在方向竖直向下的匀强电场，场强大小为。一质量为m、电荷量为+q的小物体从圆弧顶点A由静止开始沿轨道下滑，恰好运动到C端后返回。不计物体经过轨道与传送带连接处P时的机械能损失，重力加速度为g。求：

（1）物体运动到P点的速度大小；
（2）物体与传送带间的动摩擦因数μ；
（3）若传送带沿逆时针方向传动，传送带速度，则物体第一次返回到圆弧轨道P点时物体对圆弧轨道的压力大小；

如图所示，两平行金属板A.B长8cm，两极板间距离d=8cm，A极板比B极板电势高300V，一电荷量q=1×10^-10C、质量m=1×10^-20kg的带正电的粒子，沿电场中心线RO垂直电场线方向飞入电场，初速度V₀=2×10⁶m/s，粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后，进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域，（设界面PS右边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12cm，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9cm，粒子穿过界面PS恰好做匀速圆周运动打在放置于中心线上的荧光屏bc上，不计粒子重力（静电力常数K=9.0×10⁹N.m²/C²）。

（1）求粒子穿过界面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）确定点电荷Q的电性并求其电荷量的大小。

如图所示是放置在竖直平面内游戏滑轨的模拟装置，滑轨由四部分粗细均匀的金属杆组成：水平直轨AB，半径分别为R₁和R₂的圆弧轨道, 其中R₂=3.0m，长为L=6m的倾斜直轨CD，AB.CD与两圆弧轨道相切，其中倾斜直轨CD部分表面粗糙，动摩擦因数为μ=1/6，其余各部分表面光滑，一质量为m=2kg的滑环（套在滑轨上），从AB的中点E处以V₀=10m/s的初速度水平向右运动。已知θ=37⁰， g取10m/s²。（sinθ=0.6,cosθ=0.8）求：

（1）滑环第一次通过圆弧轨道O₂的最低点F处时对轨道的压力；
（2）滑环克服摩擦力做功所通过的总路程。

如图，在水平向右的匀强电场中有一固定点O，用一根长度L=0.4m的绝缘细线把质量m =0.1kg、电量q =7.5×10^-5C的带正电小球悬挂在O点，小球静止在B点时细线与竖直方向的夹角为θ=37º，现将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放，g取10m/s².求：

（1）匀强电场的场强大小；
（2）小球运动通过最低点C时的速度大小；
（3）小球通过最低点C时细线对小球的拉力大小。

如图所示，粗糙水平面与半径R=1.5m的光滑1/4圆弧轨道相切于B点，静止于A处m =1kg的物体在大小为10N方向与水平水平面成37°角的拉力F作用下沿水平面运动，到达B点时立刻撤去F，物体沿光滑圆弧向上冲并越过C点，然后返回经过B处的速度v_B=15m/s.已知S_AB =15m，g=10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：

（1）物体到达C点时对轨道的压力；
（2）物体与水平面的动摩擦因数μ。

某兴趣小组为了研究过山车原理，做了一个简易实验：取一段长度1 m水平粗糙轨道，如图所示，在点设计一个竖直平面内的光滑圆轨道，半径的大小可以调节．现有一电动小车（可视为质点）质量为0.2kg静止在点， 通过遥控器打开电源开关，在恒定牵引力2N作用下开始向运动，小车与水平轨道的动摩擦因数为0.1，当小车刚好到达时立即关闭电源，然后进入圆轨道，=10m/s²，求：

（1）若圆轨道半径=0.1m，小车到达轨道最高点时对轨道的压力；
（2）要使小车不脱离轨道，则圆轨道的半径应满足什么条件？

水平光滑轴上用长的轻绳静止悬挂一小球，质量为，时刻，对小球施加一瞬时水平向右的冲击后获得动能，小球运动后，在最低点时再次给小球施加一与第一次同方向的瞬时冲击后获得动能，小球才恰好能到达最高点。已知小球运动中绳子始终没有弯曲。求：
（1）小球受到第二次冲击后瞬间的速度？
（2）两次冲击外力分别对小球做功的比值的最大值？

某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道，它由细圆管弯成，固定在竖直平面内．左右两侧的斜直管道PA与PB的倾角、高度、粗糙程度完全相同，管口A、B两处均用很小的光滑小圆弧管连接（管口处切线竖直），管口到底端的高度H₁="0.4" m．中间“8”字型光滑细管道的圆半径R="10" cm（圆半径比细管的内径大得多），并与两斜直管道的底端平滑连接．一质量m="0.5" kg的小滑块从管口 A的正上方H₂="5" m处自由下落，滑块第一次到达“8”字型管道顶端时对轨道外侧Q点的压力大小为F="455" N．此后小滑块经“8”字型和PB管道运动到B处竖直向上飞出，然后又再次落回，如此反复．小滑块视为质点，忽略小滑块进入管口时因碰撞造成的能量损失，不计空气阻力，且取g="10" m/s²．求：

（1）滑块第一次由A滑到P的过程中，克服摩擦力做功；
（2）滑块第一次离开管口B后上升的高度；
（3）滑块能冲出槽口的次数．