备战2020高考物理3年高考2年模拟1年原创专题6.6与圆周运动相关的功能问题（含解析）.docx

【考纲解读与考频分析】圆周运动是重要模型,与圆周运动结合考查功能问题是命题热点。【高频考点定位】:圆周运动功和能考点一:与圆周运动结合考查功能问题【3年真题链接】1.(2017·天津卷)“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮,是天津市的地标之一。摩天轮悬挂透明座舱,乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列叙述正确的是()A. 摩天轮转动过程中,乘客的机械能保持不变B. 在最高点,乘客重力大于座椅对他的支持力C. 摩天轮转动一周的过程中,乘客重力的冲量为零D. 摩天轮转动过程中,乘客重力的瞬时功率保持不变【参考答案】B【名师解析】乘客的机械能包括动能和重力势能,摩天轮做匀速圆周运动,所以动能不变,重力势能时刻改变,即机械能时刻改变,故A项错误;在最高点对乘客进行受力分析,列牛顿第二定律方程,得所以,故B项正确;根据冲量,重力不为零,作用时间不为零,所以重力的冲量不为零,故C项错误;乘客重力的瞬时功率,指线速度和竖直方向的夹角,转动过程中、不变,角不断变化,重力瞬时功率不断变化,故D项错误。【分析】因为动能不变,重力势能时刻变化,判出机械能不断变化;根据牛顿第二定律计算重力与支持力的关系;冲量是力在时间上的积累,力的作用时间不为零,冲量就不为零;根据计算瞬时功率。2.(2018•天津)滑雪运动深受人民群众喜爱,某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB,从滑道的A点滑行到最低点B的过程中,由于摩擦力的存在,运动员的速率不变,则运动员沿AB下滑过程中(  )A. 所受合外力始终为零                                           B. 所受摩擦力大小不变C. 合外力做功一定为零                                           D. 机械能始终保持不变【参考答案】C【名师解析】因为运动员做曲线运动,所以合力一定不为零,A不符合题意;运动员受力如图所示,重力垂直曲面的分力与曲面对运动员的支持力的合力充当向心力,故有,运动过程中速率恒定,且在减小,所以曲面对运动员的支持力越来越大,根据可知摩擦力越来越大,B不符合题意;运动员运动过程中速率不变,质量不变,即动能不变,动能变化量为零,根据动能定理可知合力做功为零,C符合题意;因为克服摩擦力做功,机械能不守恒,D不符合题意;3.(2017·全国卷Ⅱ,14)如图4所示,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力( ) 【参考答案】A【名师解析】因为大圆环光滑,所以大圆环对小环的作用力只有弹力,且弹力的方向总是沿半径方向,与速度方向垂直,故大圆环对小环的作用力一直不做功,选项A正确,B错误;开始时大圆环对小环的作用力背离圆心,到达圆心等高点及下方,大圆环对小环的作用力指向圆心,故选项C、D错误。4.(12分)(2017年4月浙江选考)如图1所示是游乐园的过山车,其局部可简化为如图2所示的示意图,倾角θ=370的两平行倾斜轨道BC、DE的下端与水平半圆形轨道CD顺滑连接,倾斜轨道BC的B端高度h=24m,倾斜轨道DE与圆弧EF相切于E点,圆弧EF的圆心O1,水平半圆轨道CD的圆心O2与A点在同一水平面上,DO1的距离L=20m,质量m=1000kg的过山车(包括乘客)从B点自静止滑下,经过水平半圆轨道后,滑上另一倾斜轨道,到达圆弧顶端F时,。已知过山车在BCDE段运动时所受的摩擦力与轨道对过山车的支持力成正比,比例系数,EF段摩擦不计,整个运动过程空气阻力不计。(sin370=,cos370=)(1)求过山车过F点时的速度大小。(2)求从B到F整个运动过程中摩擦力对过山车做的功。(3)如图过D点时发现圆轨道EF段有故障,为保证乘客安全,立即触发制动装置,使过山车不能到达EF段并保证不再下滑,则过山车受到的摩擦力至少多大?【名师解析】:在F点,选择某个乘客为研究对象,根据牛顿第二定律有m人g-=m人,r=Lsinθ=12m解得:vF==3m/s。(2)设整个过程摩擦阻力做功为W,对过山车从B到F的过程,应用动能定理,得mg(h-r)+W=-0,解得:W=-×104J(3)触发制动装置后,设恰好能够到达E点对应的摩擦力为Ff1,由动能定理-Ff1Lcosθ-mgrcosθ=0-未触发制动装置时,对D点到F点的过程,由动能定理,-μmgcosθLcosθ-mgr=-联立解得:Ff1=×103N=×103N要使过山车停在倾斜轨道上的摩