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高一物理《2.2 圆周运动的向心力名师点拨题(教科版)》

来源:101教育网整理 2018-04-02 字体大小: 分享到:

22圆周运动的向心力名师点拨题(教科版)

[

1]  下列关于向心加速度的说法中正确的是(    )

 

 A.向心加速度描述做匀速圆周运动的物体速率改变的快慢

B

.向心加速度描述做匀速圆周运动的物体角速度变化的快慢

C

.向心加速度描述做匀速圆周运动的物体线速度方向变化的快慢

D

.做匀速圆周运动的物体向心加速度不变

[

解析]  做匀速圆周运动的物体速率不变,向心加速度只改变速度的方向,显然A选项错误;匀速圆周运动的角速度是不变的,所以B选项也错误;匀速圆周运动中速度的变化只表现为速度方向的变化,作为反映速度变化快慢的物理量,向心加速度只描述速度方向变化的快慢,所以C选项正确;向心加速度始终指向圆心,其方向时刻在改变,所以D选项错误.

[

答案]  C

[

点评] 做匀速圆周运动的物体的向心加速度始终与线速度方向垂直,向心加速度只改变速度的方向,不改变速度的大小.即使是变速圆周运动,向心加速度也只改变速度的方向而不改变速度的大小.在变速圆周运动中,改变速度大小的是切向加速度而向心加速度.

[

2]  以下关于向心力的说法中正确的是(    )

A

.物体由于做圆周运动而产生了一个指向圆心的力就是向心力

B

.向心力不能改变物体做圆周运动时速度的大小

C

.做匀速圆周运动的物体,其向心力是不变的

D

.做匀速圆周运动的物体,其向心力即为其所受的合外力

[

解析]  向心力不是由于物体做圆周运动才产生的,而是由于物体受到指向圆心的合外力的作用才做圆周运动的,故A选项错误;向心力总是与物体做圆周运动时的速度方向垂直,因而不改变速度的大小,只改变速度的方向,故B选项正确;物体做匀速圆周运动时所受的向心力大小保持不变,而方向时刻在改变,因此向心力是一个变力,故C选项错误;做匀速圆周运动的物体,由于其速度的大小不变,故合外力一定指向圆心,即为做圆周运动的向心力,故D选项正确.

[

答案]  BD

[3]  如图2212所示,小物块A与圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周运动,则下列关于A的受力情况的说法中正确的是(    )

A

.受重力、支持力

 

  B.受重力、支持力和指向圆心的摩擦力

 

  C.受重力、支持力、摩擦力和向心力

 

  D.受重力、支持力和与运动方向相同的摩擦力

[

解析]  匀速圆周运动物体受到的向心力大小不变,但方向时刻在改变,所以向心力是变力;重力、弹力、摩擦力是按其产生性质命名的,向心力是按力的效果命名的.做匀速圆周运动的物体并没有受到一个特殊性质的力��向心力,而是把物体受到的合力称为向心力,重力、弹力、摩擦力可以分别提供向心力,也可以是几个力的合力提供向心力.向心力是效果力,本题中做匀速圆周运动的物块A有被沿圆盘半径方向甩出去的趋势,故A受到圆盘给它的与物块A的运动趋势方向相反的静摩擦力作用,也正是这个力,提供了物块A随圆盘一起做匀速圆周运动的向心力.

[

答案]  B

[

点评]  在以前的学习中,物体受到的静摩擦力方向都是与运动方向相同或相反,不少同学形成思维定势而错选D,也有同学认为做圆周运动的物体还受到一个另外的向心力作用而错选C

判断物体是否受静摩擦力以及所受静摩擦力的大小与方向,其基本方法是依据物体的加速度及它的受力情况进行确定所以从某种意义上来说静摩擦力是一个“被动力”.

[4]  自行车的大齿轮、小齿轮、后轮三个轮子的半径不一样,它们的边缘上有三个点ABC.其中哪两点的向心加速度的关系适用于“向心加速度与半径成正比”,哪两点适用于“向心加速度与半径成反比”?并作出解释.

 

   [解析]  如图2213所示,大、小齿轮用链条相连,因此两轮边缘上的点的线速度必相等,即有vA=vB=v.又aA=aB=,所以AB两点的向心加速度与半径成反比.

   小齿轮与后轮共轴,因此两者有共同的角速度,即有ωBωCω.又因为aBrBω2aCrCω2,所以BC两点的向心加速度与半径成正比.

 

[5]  如图2214所示为甲、乙两球做圆周运动时向心加速度随半径变化的图象,其中甲的图线为双曲线.由图象可知,甲球运动时,线速度大小     ,角速度    ;乙球运动时,线速度大小     ,角速度     (填“变化”或“不变”)

[

解析]  由图可知,甲的向心加速度与半径成反比,根据公式a=,甲的线速度大小不变;由图可知,乙的加速度与半径成正比,根据公式aω2r,说明乙的角速度不变.再由v=ωr分别判断vωr的变化情况.

[

答案]  不变 变化 变化 不变

[

6]  一质点做匀速圆周运动的半径约为地球的半径R=R6400km,它的线速度大小是v=100m/s,若将这个匀速圆周运动看成是匀速直线运动,你认为可以吗?试探究论证并举实例说明.

[

解析]  应从两个方面论述题中的看法:

(1)

先求出质点的向心加速度a

a可得,

a

m/s21.563×10-3 m/s2

由于

a很小,近似地可忽略,在此条件下,可近似地认为速度的方向不变.

(2)

在不太大的空间内,如让质点运行500km,转过的角度θ=rad7.8×10-2rad

 

则可近似地认为速度的方向不变.

 

所以在不太大的空间范围内可以看成匀速直线运动.

例如空中匀速飞行的客机,它的速度为

100m/s,半径近似等于地球半径R地,把飞机的飞行看成匀速直线运动.

[

7]  有一质量为m的木块,由碗边向碗底运动,碗的内表面是半径为R的圆弧,且粗糙程度不同,由于摩擦力的作用,木块的运动速率恰好保持不变,则(    )

A

.它的加速度为零

B

.它所受合外力为零

C

.它所受的合外力大小一定,方向时刻变化

D

.它所受的合外力大小、方向均一定

[

解析]  处理本题时应理解向心力的定义、作用效果,弄清向心力的来源和物体做匀速圆周运动的条件,然后与选项加以比较即可作出判断.向心力是以力的作用效果命名的,并不是一种新的性质的力,因此A错误;只有在匀速圆周运动中,合外力才是向心力,因此B错误;反之,仅当物体所受的合力全部提供向心力,且大小恒定时,物体所做的圆周运动才是匀速圆周运动,故D也错误,所以只有C正确,向心力是线速度方向变化的原因.

[

答案]  C

[8]  如图2215所示,用一细绳拴住一质量为m的小球,当小球在水平面上做匀速圆周运动时,绳与竖直方向的夹角为θ,则小球所受的重力与绳的拉力的合力,下列说法中正确的是(    )

A

.合力方向一定斜向上

B

.合力方向一定斜向下

 

   C.合力方向一定沿水平方向

D

.以上三种情况都有可能

[

解析]  小球受重力和绳的拉力作用,在水平面上做匀速圆周运动,物体所受合力必定指向圆心,且沿水平方向.

[

答案]  C

[

点评] 造成错解的在原因是对物体做匀速圆周运动时,物体所受的合力不明确造成的,对于匀速圆周运动来说,物体所受到的外力,也即物体所受的合外力,只是用来改米物体运动的方向,而不改变物体速度的大小,因而这个力总与速度方向垂直,且指向圆心,该题中小球在水平面内做匀速圆周运动,圆心一定在这一水平面上,因而小球所受合力一定沿水平方向指向圆心.

[9]  如图2216所示,长为L的细绳一端固定在O点,另一端拴住一个小球,在O点的正下方与O点相距L/2的地方有一枚与竖直平面垂直的钉子,把球拉起使细绳在水平方向伸直,由静止开始释放,当细绳碰到钉子的瞬间,下列说法正确的是(   )

A

.小球的角速度突然增大

B

.小球的线速度突然增大

 

C.小球的向心加速度突然增大

D

.小球悬线的拉力突然增大

[

解析]  细绳碰到钉子,半径减半,圆周运动的圆心变为P点,由于只是细绳碰到钉子,小球并未受到其他外力作用而改变速度大小,即小球的线速度不变,由ω=,可知ω变大;由a,可知a增大;在经过最低点时,FFmgm,得Fmgm,可以判断F增大,故本题选项ACD均正确.

[

答案]  ACD

[

点评]  半径的变化是一切变化的根源.而小球速度并未突然改变,其原因是小球并未突然受到一个力来改为其速度,切线方向没有力,线速度自然变不了.

[10] 如图2217所示,ABC三个小物体放在水平转台上,mA2mB2mC,离转轴距离分别为2RA=2RB=RC,当转台转动时,下列说法正确的是(    )

A

.如果它们都不滑动,则C的向心加速度最大

 

B.如果它们都不滑动,则B所受的静摩擦力最小

C

.当转台转速增大时,BA先滑动

D

.当转台转速增大时,BC先滑动

[

解析]  a=ω2r可知,aC2aA2aB,则选项A正确;若不滑动,则Ff=F=ma,可知FfAFfBFfC=212,选项B正确;滑动时FfmF,即μmg=mω2r.可以判断BA同时滑动,与m无关只与r有关,故C最先滑动,选项CD错误.

[

答案] AB

[

点评] 本题关键在于弄清向心力来源,明确三物体的角速度相同.

[11]  如图2218所示,三个质量相等的小球ABC固定在轻质硬杆上,OAABBC.现将整个装置放在光滑的水平面上,并使OC绕过O端且垂直于OC的竖直轴匀速转动.设杆OA段对A球的拉力为F1,杆AB段对B球的拉力为F2,杆BC段对C球的拉力为F3,则下列判断中正确的是(    )

 

AF1F2F3=321

BF1F2F3=632

C

F1F2F3=653

 

DF1F2F3=111

[

解析]  ABC三球均做匀速圆周运动.做匀速圆周运动的物体需要合外力提供向心力,对ABC三球进行受力分析如图2219所示,其中F2AB段对B球的拉力,根据牛顿第三定律得,AB段对A球的拉力F2= F2,同理F3= F3

解法一:设杆长为

3l,杆旋转的角速度为ω,小球质量为m,则对C球有F3mω23l;对B球有F2F3′=mω22lF3=F3;对A球有F1F2′=mω2lF2=F2,联立以上各式可解得Fl=6mω2lF25mω2lF3=3mω2l.于是有F1F2F3=653.故本题应选C.

解法二:先将

ABC三个小球看成一个系统,则杆OA段对A球的拉力Fl=FAFBFCmω2lmω22lmω23l6mω2l.再将BC两个小球看成一个系统,则AB段对B球的拉力F2=FB+FCmω22lmω23l5mω2l.对C球,有F3=mω23l3mω2l.于是可得F1F2F3653,故本题应选C

[

答案]  C

[

点评]  此题属于连接体与圆周运动的综合应用题,注意应用隔离法分析受力,找出向心力的来源,写出向心力的表达式.分析此类问题,一般从受力最简单的物体入物.解法二应用整体法分析三段杆的受力,比用隔离法更简捷.本题常见的错误是误认为OA杆对A球的拉力F1就是A球所需的向心力.

[

12]  长为L的细线,拴一质量为m的小球,一端固定于O点.让其在水平面内做匀速圆周运动(通常称为圆锥摆运动),如图2220所示.求摆线L与竖直方向的夹角是α时:

(1)

线的拉力F

(2)

小球运动的线速度的大小;

(3)

小球运动的角速度及周期.

           

 

2220            2221

[

解析]  (1)对小球进行受力分析如图2221所示,小球受重力mg和绳子的拉力FT作用.

因为小球在水平面内做匀速圆周运动,所以小球受到的重力和拉力的合力指向圆心

O′,且是沿水平方向的.

F

mgtanαF,且rLsinα

(2)

所以v

(3)

小球的角速度ω=

其运动周期

T2π

[

13]  下面是一组与汽车做圆周运动相关的问题,请你利用所学的知识进行解释:

 

(1)2222所示的照片是在水平公路上拍摄的一辆行驶中汽车的后轮.从照片来看,汽车此时正在     (填“直线前进”“向右转弯”或“向左转弯”),作出此判断的依据是:

(2)

汽车以一定的速度在宽阔的水平道路上直线行驶,司机突然发现前方出现一堵长墙,为了避免碰到墙壁,司机是直接刹车好,还是保持车速马上转弯好?为什么?

[

解析]  (1)汽车向左转弯.由图中可以看到车轮向右偏斜,表明地面对车轮的摩擦力向左,为汽车提供转弯时所需的向心力.

(2)

设车速为v,车与路面间的动摩擦因数为μ,刹车时滑动摩擦力为其合外力,根据牛顿第二定律有Ff=μmgmaaμg,根据位移公式有x;若保持车速不变,转弯使车做匀速圆周运动,向心力为Ffμmgm,运动的半径rx,所以直接刹车更安全.

年级

 高一

学科

物理

版本

教科版

期数

 

内容标题

2.2 圆周运动的向心力名师点拨题(教科版)

分类索引号

  G.622.475

分类索引描述

  统考试题与题解

主题词

2.2 圆周运动的向心力名师点拨题(教科版)

栏目名称

 名校题库

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标签: 高一 物理 向心力 名师 点拨题 圆周运动 (责任编辑:)
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