最新高考物理曲线运动真题汇编(含答案)
最新高考物理曲线运动真题汇编(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v 0=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）=2.0/v m s 共 （2）F=15N (3)h=0.2m 【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．
0)(mv M m v =+共
得:=2.0/v m s 共
（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 ，
2
()()v F M m g M m L
-+=+共 得:15F N =
（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：
21
+)()2
m M gh m M v =+共（
解得:0.2h m =
综上所述本题答案是: （1）=2.0/v m s 共 （2）F=15N (3)h=0.2m 点睛:
（1）小球粘在物块上，动量守恒．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，倾角为45α=?的粗糙平直导轨与半径为r 的光滑圆环轨道相切，切点为b ，整个轨道处在竖直平面内. 一质量为m 的小滑块从导轨上离地面高为H =3r 的d 处无初速下滑进入圆环轨道，接着小滑块从最高点a 水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O 等高的c 点. 已知圆环最低点为e 点，重力加速度为g ，不计空气阻力. 求：
（1）小滑块在a 点飞出的动能； （）小滑块在e 点对圆环轨道压力的大小；
（3）小滑块与斜轨之间的动摩擦因数. （计算结果可以保留根号）
【答案】（1）12k E mgr =；（2）F ′=6mg ；（3）4214
μ-= 【解析】 【分析】 【详解】
（1）小滑块从a 点飞出后做平拋运动： 2a r v t = 竖直方向：2
12
r gt = 解得：a v gr =
小滑块在a 点飞出的动能211
22
k a E mv mgr =
= （2）设小滑块在e 点时速度为m v ，由机械能守恒定律得：
2211
222
m a mv mv mg r =+? 在最低点由牛顿第二定律：2
m mv F mg r
-= 由牛顿第三定律得：F ′=F 解得：F ′=6mg
（3）bd 之间长度为L ，由几何关系得：()
221L r = 从d 到最低点e 过程中，由动能定理21
cos 2
m mgH mg L mv μα-?= 解得42
μ-=
3．如图所示，一箱子高为H ．底边长为L ，一小球从一壁上沿口A 垂直于箱壁以某一初速度向对面水平抛出，空气阻力不计。设小球与箱壁碰撞前后的速度大小不变，且速度方向与箱壁的夹角相等。
（1）若小球与箱壁一次碰撞后落到箱底处离C点距离为，求小球抛出时的初速度v0；（2）若小球正好落在箱子的B点，求初速度的可能值。
【答案】（1）（2）
【解析】
【分析】
（1）将整个过程等效为完整的平抛运动，结合水平位移和竖直位移求解初速度；（2）若小球正好落在箱子的B点，则水平位移应该是2L的整数倍，通过平抛运动公式列式求解初速度可能值。
【详解】
（1）此题可以看成是无反弹的完整平抛运动，
则水平位移为：x＝＝v0t
竖直位移为：H＝gt2
解得：v0＝；
（2）若小球正好落在箱子的B点，则小球的水平位移为：x′＝2nL（n＝1.2.3……）
同理：x′＝2nL＝v′0t，H＝gt′2
解得：（n＝1.2.3……）
4．如图所示，BC为半径r
2
2
5
m竖直放置的细圆管，O为细圆管的圆心，在圆管的末
端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ＝0.6的足够长粗糙斜面，一质量为m＝0.5kg的小球从O点正上方某处A点以v0水平抛出，恰好能垂直OB从B点进入细圆管，小球过C点时
速度大小不变，小球冲出C点后经过9
8
s再次回到C点。（g＝10m/s2）求：
（1）小球从O 点的正上方某处A 点水平抛出的初速度v 0为多大？ （2）小球第一次过C 点时轨道对小球的支持力大小为多少？
（3）若将BC 段换成光滑细圆管，其他不变，仍将小球从A 点以v 0水平抛出，且从小球进入圆管开始对小球施加了一竖直向上大小为5N 的恒力，试判断小球在BC 段的运动是否为匀速圆周运动，若是匀速圆周运动，求出小球对细管作用力大小；若不是匀速圆周运动则说明理由。
【答案】（1）2m/s （2）20.9N （3）2N 【解析】 【详解】
（1）小球从A 运动到B 为平抛运动，有：r sin45°＝v 0t 在B 点有：tan45°0
gt v =
解以上两式得：v 0＝2m/s （2）由牛顿第二定律得： 小球沿斜面向上滑动的加速度： a 14545mgsin mgcos m μ?+?
=
=g sin45°+μg cos45°＝22
小球沿斜面向下滑动的加速度： a 24545mgsin mgcos m
μ?-?
=
=g sin45°﹣μg cos45°＝2m/s 2
设小球沿斜面向上和向下滑动的时间分别为t 1、t 2，
由位移关系得：12
a 1t 121
2=a 2t 22
又因为：t 1+t 29
8
=s
解得：t 138
=
s ，t 234=s
小球从C 点冲出的速度：v C ＝a 1t 1＝2m/s
在C 点由牛顿第二定律得：N ﹣mg ＝m 2
C
v r
解得：N ＝20.9N
（3）在B 点由运动的合成与分解有：v B 0
45v sin =
=?
2
因为恒力为5N与重力恰好平衡，小球在圆管中做匀速圆周运动。设细管对小球作用力大小为F
由牛顿第二定律得：F＝m
2 B v r
解得：F＝52N
由牛顿第三定律知小球对细管作用力大小为52N，
5．光滑水平面AB与一光滑半圆形轨道在B点相连，轨道位于竖直面内，其半径为R，一个质量为m的物块静止在水平面上，现向左推物块使其压紧弹簧，然后放手，物块在弹力作用下获得一速度，当它经B点进入半圆形轨道瞬间，对轨道的压力为其重力的9倍，之后向上运动经C点再落回到水平面，重力加速度为g.求：
(1)弹簧弹力对物块做的功；
(2)物块离开C点后，再落回到水平面上时距B点的距离；
(3)再次左推物块压紧弹簧，要使物块在半圆轨道上运动时不脱离轨道，则弹簧弹性势能的取值范围为多少？
【答案】(1)（2）4R（3）或
【解析】
【详解】
（1）由动能定理得W＝
在B点由牛顿第二定律得：9mg－mg＝m
解得W＝4mgR
（2）设物块经C点落回到水平面上时距B点的距离为S，用时为t，由平抛规律知
S=v c t
2R=gt2
从B到C由动能定理得
联立知，S= 4 R
（3）假设弹簧弹性势能为ＥＰ，要使物块在半圆轨道上运动时不脱离轨道，则物块可能在圆轨道的上升高度不超过半圆轨道的中点，则由机械能守恒定律知
ＥＰ≤mgR
若物块刚好通过C 点，则物块从B 到C 由动能定理得
物块在C 点时mg ＝m 则
联立知：ＥＰ≥mgR .
综上所述，要使物块在半圆轨道上运动时不脱离轨道，则弹簧弹性势能的取值范围为 ＥＰ≤mgR 或 ＥＰ≥mgR .
6．如图所示，光滑轨道CDEF 是一“过山车”的简化模型，最低点D 处入、出口不重合，
E 点是半径为0.32R m =的竖直圆轨道的最高点，D
F 部分水平，末端F 点与其右侧的水
平传送带平滑连接，传送带以速率v=1m/s 逆时针匀速转动，水平部分长度L=1m ．物块B 静止在水平面的最右端F 处．质量为1A m kg =的物块A 从轨道上某点由静止释放，恰好通过竖直圆轨道最高点E ，然后与B 发生碰撞并粘在一起．若B 的质量是A 的k 倍，A B 、与传送带的动摩擦因数都为0.2μ=，物块均可视为质点，物块A 与物块B 的碰撞时间极短，取2
10/g m s =．求：
（1）当3k =时物块A B 、碰撞过程中产生的内能； （2）当k=3时物块A B 、在传送带上向右滑行的最远距离；
（3）讨论k 在不同数值范围时，A B 、碰撞后传送带对它们所做的功W 的表达式．
【答案】（1）6J （2）0.25m （3）①()21W k J =-+②()
221521k k W k +-=+
【解析】
（1）设物块A 在E 的速度为0v ，由牛顿第二定律得：20
A A v m g m R
=①，
设碰撞前A 的速度为1v ．由机械能守恒定律得：220111222
A A A m gR m v m v +=②， 联立并代入数据解得：14/v m s =③；
设碰撞后A 、B 速度为2v ，且设向右为正方向，由动量守恒定律得
()122A A m v m m v =+④；
解得：211
41/13
A A
B m v v m s m m =
=?=++⑤；
由能量转化与守恒定律可得：()22
121122
A A
B Q m v m m v =-+⑥，代入数据解得Q=6J ⑦； （2）设物块AB 在传送带上向右滑行的最远距离为s ，
由动能定理得：()()221
2
A B A B m m gs m m v μ-+=-+⑧，代入数据解得0.25s m =⑨； （3）由④式可知：214
/1A A B m v v m s m m k
=
=++⑩；
（i ）如果A 、B 能从传送带右侧离开，必须满足()()2
21
2
A B A B m m v m m gL μ+>+，
解得：k ＜1，传送带对它们所做的功为：()()21J A B W m m gL k μ=-+=-+； （ii ）（I ）当2v v ≤时有：3k ≥，即AB 返回到传送带左端时速度仍为2v ； 由动能定理可知，这个过程传送带对AB 所做的功为：W=0J ，
（II ）当0k ≤<3时，AB 沿传送带向右减速到速度为零，再向左加速， 当速度与传送带速度相等时与传送带一起匀速运动到传送带的左侧． 在这个过程中传送带对AB 所做的功为()()22211
22
A B A B W m m v m m v =
+-+， 解得()
2215
21k k W k +-=
+； 【点睛】本题考查了动量守恒定律的应用，分析清楚物体的运动过程是解题的前提与关键，应用牛顿第二定律、动量守恒定律、动能定理即可解题；解题时注意讨论，否则会漏解．A 恰好通过最高点E ，由牛顿第二定律求出A 通过E 时的速度，由机械能守恒定律求出A 与B 碰撞前的速度，A 、B 碰撞过程系统动量守恒，应用动量守恒定律与能量守恒定律求出碰撞过程产生的内能，应用动能定理求出向右滑行的最大距离．根据A 、B 速度与传送带速度间的关系分析AB 的运动过程，根据运动过程应用动能定理求出传送带所做的功．
7．如图所示，物体A 置于静止在光滑水平面上的平板小车B 的左端，物体在A 的上方O 点用细线悬挂一小球C(可视为质点)，线长L ＝0.8m ．现将小球C 拉至水平无初速度释放，并在最低点与物体A 发生水平正碰，碰撞后小球C 反弹的速度为2m/s ．已知A 、B 、C 的质量分别为m A ＝4kg 、m B ＝8kg 和m C ＝1kg ，A 、B 间的动摩擦因数μ＝0.2，A 、C 碰撞时间极短，且只碰一次，取重力加速度g ＝10m/s 2.
(1)求小球C 与物体A 碰撞前瞬间受到细线的拉力大小； (2)求A 、C 碰撞后瞬间A 的速度大小；
(3)若物体A 未从小车B 上掉落，小车B 的最小长度为多少？ 【答案】(1)30 N (2)1.5 m/s (3)0.375 m 【解析】 【详解】
（1）小球下摆过程机械能守恒，由机械能守恒定律得：m 0gl 1
2
=m 0v 02 代入数据解得：v 0＝4m/s ，
对小球，由牛顿第二定律得：F ﹣m 0g ＝m 020
v l
代入数据解得：F ＝30N
（2）小球C 与A 碰撞后向左摆动的过程中机械能守恒，得：2
12
C mv mgh = 所以：22100.22C v gh ==??=m/s
小球与A 碰撞过程系统动量守恒，以小球的初速度方向为正方向， 由动量守恒定律得：m 0v 0＝﹣m 0v c +mv A 代入数据解得：v A ＝1.5m/s
（3）物块A 与木板B 相互作用过程，系统动量守恒，以A 的速度方向为正方向， 由动量守恒定律得：mv A ＝（m+M ）v 代入数据解得：v ＝0.5m/s
由能量守恒定律得：μmgx 12=
mv A 21
2
-（m+M ）v 2 代入数据解得：x ＝0.375m ；
8．如图甲所示，轻质弹簧原长为2L ，将弹簧竖直放置在水平地面上，在其顶端将一质量为5m 的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为L ．现将该弹簧水平放置，如图乙所示．一端固定在A 点，另一端与物块P 接触但不连接．AB 是长度为5L 的水平轨道，B 端与半径为L 的光滑半圆轨道BCD 相切，半圆的直径BD 在竖直方向上．物块P 与AB 间的动摩擦因数0.5μ=，用外力推动物块P ，将弹簧压缩至长度为L 处，然后释放P ，P 开始沿轨道运动，重力加速度为g ．
（1）求当弹簧压缩至长度为L 时的弹性势能p E ；
（2）若P 的质量为m ，求物块离开圆轨道后落至AB 上的位置与B 点之间的距离； （3）为使物块P 滑上圆轨道后又能沿圆轨道滑回，求物块P 的质量取值范围．
【答案】(1)5P E mgL = (2) 22S L = (3)5
53
2
m M m ＃ 【解析】 【详解】
（1）由机械能守恒定律可知：弹簧长度为L 时的弹性势能为
（2）设P 到达B 点时的速度大小为
，由能量守恒定律得：
设P 到达D 点时的速度大小为，由机械能守恒定律得：
物体从D 点水平射出，设P 落回到轨道AB 所需的时间为
θ θ 22S L =
（3）设P 的质量为M ，为使P 能滑上圆轨道，它到达B 点的速度不能小于零 得54mgL MgL μ> 5
2
M m <
要使P 仍能沿圆轨道滑回，P 在圆轨道的上升高度不能超过半圆轨道的中点C ，得
21
2B
Mv MgL '≤ 21
42
p B
E Mv MgL μ=
'+
9．地面上有一个半径为R 的圆形跑道，高为h 的平台边缘上的P 点在地面上P′点的正上方，P′与跑道圆心O 的距离为L （L ＞R ），如图所示，跑道上停有一辆小车，现从P 点水平抛出小沙袋，使其落入小车中（沙袋所受空气阻力不计）．问：
（1）当小车分别位于A 点和B 点时（∠AOB=90°），沙袋被抛出时的初速度各为多大？ （2）要使沙袋落在跑道上，则沙袋被抛出时的初速度在什么范围内？
（3）若小车沿跑道顺时针运动，当小车恰好经过A 点时，将沙袋抛出，为使沙袋能在B 处落入小车中，小车的速率v 应满足什么条件？
【答案】（1）()2A g
v L R h
=-22()2B g L R v h
+=
（2）0((22g g
L R v L R h h
-≤≤+ （3）1(41)(0,1,2,3...)22g v n n h
π=+= 【解析】 【分析】 【详解】
（1）沙袋从P 点被抛出后做平抛运动，设它的落地时间为t ，则h=12
gt 2
解得2h t g
=
（1） 当小车位于A 点时，有x A =v A t=L-R （2） 解（1）（2）得v A =（L-R 2g h
当小车位于B 点时，有22B B x v t L R ==+3）
解（1）（3）得(
)22
2B
g L R v h
+（2）若小车在跑道上运动，要使沙袋落入小车，最小的抛出速度为
v 0min =v A =（L-R ）
2g
h
（4） 若当小车经过C 点时沙袋刚好落入，抛出时的初速度最大，有x c =v 0max t="L+R" （5） 解（1）（5）得 v 0max =（L+R ）
2g h
所以沙袋被抛出时的初速度范围为（L-R ）
2g h ≤v 0≤（L+R ）2g h
（3）要使沙袋能在B 处落入小车中，小车运动的时间应与沙袋下落时间相同 t AB =（n+
14
）2R
v π（n=0，1，2，3…）（6）
所以t AB =t=
2h g
解得v=
12（4n+1）πR 2g h
（n=0，1，2，3…）． 【点睛】
本题是对平抛运动规律的考查，在分析第三问的时候，要考虑到小车运动的周期性，小车
并一定是经过
14圆周，也可以是经过了多个圆周之后再经过1
4
圆周后恰好到达B 点，这是同学在解题时经常忽略而出错的地方．
10．如图所示，半径R=0.4 m 的圆盘水平放置，绕竖直轴OO′匀速转动，在圆心O 正上方
h =0.8 m 高处固定一水平轨道PQ ，转轴和水平轨道交于O′点．一质量m=2kg 的小车（可
视为质点），在F=6 N 的水平恒力作用下（一段时间后，撤去该力），从O′左侧02x =m 处由静止开始沿轨道向右运动，当小车运动到O′点时，从小车上自由释放一小球，此时圆盘半径OA 与x 轴重合. 规定经过O 点水平向右为x 轴正方向. 小车与轨道间的动摩擦因数
0.2μ=，g 取10 m/s 2.
（1）为使小球刚好落在A 点，圆盘转动的角速度应为多大? （2）为使小球能落到圆盘上，求水平拉力F 作用的距离范围?
【答案】(1) 5(1
2k k ==L ，，）ωπ (2) 43
(m)32
x ≤≤ 【解析】 【分析】 【详解】
(1) 0.4()t s =
== 为使小球刚好落在A 点，则小球下落的时间为圆盘转动周期的整数倍，有
2k t kT π
ω
==
，其中k=1，2，3…
即25rad k k s ωπ
π==，其中k=1，2，3…
(2) 当球落到O 点时，00v '=
21 1.0/F mg
a m s m
μ-=
= 得：2
112v a x =
F 撤去后，匀减速，22 2.0/f
a g m s m
μ=
== 2222v a x =
依题意：122x x += 由以上各式解得：14
()3
x m = 当球落到A 点时，01/R
v m s t
'== 先匀加速，后匀减速
220222v v a x '-=
由以上各式得：13
1.5()2
x m =
= 水平力作用的距离范围43
(m)32
x ≤≤ 【点睛】
解决本题的关键知道物块整个过程的运动：匀加速直线运动、匀减速直线运动和平抛运动，知道三个过程的运动时间与圆盘转动的时间相等．以及熟练运用运动学公式．