高考物理變軌題型主要有以下幾種:
1. 圓周運(yùn)動(dòng)中的變軌問題:涉及離心運(yùn)動(dòng)、向心運(yùn)動(dòng)以及能量守恒等知識(shí),常常結(jié)合天體運(yùn)動(dòng)考查。
2. 磁場(chǎng)中變軌問題:涉及磁場(chǎng)和電流,可能存在電場(chǎng)或重力場(chǎng),解題關(guān)鍵是準(zhǔn)確分析物理過程,畫出草圖。
3. 連接體中的變軌問題:連接體問題是高考物理的常見題型,而兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡往往不同,常常涉及變軌問題。
4. 動(dòng)量守恒中的變軌問題:這種問題常常與碰撞、反沖等問題結(jié)合在一起,需要準(zhǔn)確分析物體的運(yùn)動(dòng)過程。
變軌題型涉及的知識(shí)點(diǎn)多且復(fù)雜,需要學(xué)生具備較強(qiáng)的物理基礎(chǔ)和思維分析能力。
【原題】
在豎直平面內(nèi)有一個(gè)光滑的圓弧軌道,軌道位于水平地面上的Q點(diǎn),一質(zhì)量為m的小球從離軌道上某點(diǎn)P高為h處由靜止釋放,小球恰好能從軌道頂端運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),求:
(1)小球釋放時(shí)離P點(diǎn)的最大距離;
(2)小球運(yùn)動(dòng)到軌道頂端時(shí)對(duì)軌道的壓力大小。
【變式】
若小球從離P點(diǎn)距離為d處由靜止釋放,求小球運(yùn)動(dòng)到軌道頂端時(shí)對(duì)軌道的壓力大小。
【解析】
(1)小球恰好能從軌道頂端運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),說明小球在最高點(diǎn)的速度恰好為零,根據(jù)機(jī)械能守恒定律得:
mgh = 1/2mv2
解得:v = √gh
根據(jù)功能關(guān)系得:mgh = mgh’ + fs
其中s為小球從P點(diǎn)到最高點(diǎn)的位移,s = R + d - Rcosθ
聯(lián)立解得:h’ = h - d/cosθ
(2)小球在最高點(diǎn)時(shí)由牛頓第二定律得:N - mg = m(v2/R)
解得:N = mg + m(v2/R) = mg + m(gh/R) = mg + mgh/(R - d/cosθ) + mgcosθ
方向豎直向上。
【答案】
(1)小球釋放時(shí)離P點(diǎn)的最大距離為h - d/cosθ;
(2)小球運(yùn)動(dòng)到軌道頂端時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為mg + mgh/(R - d/cosθ) + mgcosθ。