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高一物理《2.3匀速圆周运动的实例分析基础训练题(教科版)》

来源:101教育网整理 2018-03-31 字体大小: 分享到:

23匀速圆周运动的实例分析基础训练题(教科版)

[1]

下列关于离心现象的说法中正确的是(    )

A

.当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象

B

.做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都突然消失后,物体将做背离圆心的圆周运动

C

.做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都突然消失后,物体将沿切线方向做匀速直线运动

D

.做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都突然消失后,物体将做曲线运动

[2]

一辆汽车匀速通过半径为R的拱形路面,关于汽车的受力情况,下列说法中正确的是(    )

A

.汽车对路面的压力大小不变,总是等于汽车的重力

B

.汽车对路面的压力大小不断发生变化,总是小于汽车所受的重力

C

.汽车的牵引力不发生变化

D

.汽车的牵引力逐渐变小

[3]

如图2332所示,光滑杆偏离竖直方向的夹角为α,杆以O为支点绕竖直线旋转,质量为m的小球套在杆上可沿杆滑动,当杆角速度为ω1时,小球旋转平面在A处,当杆角速度为ω2时,小球旋转平面在B处,设杆对球的支持力在AB处分别为FN1FN2,则有(    )

A

FN1FN2     BFN1FN2     Cωlω2     Dωlω2

 

2332           2333              2334

[4]

如图2333所示,关于圆锥摆,下列说法中正确的是(    )

A

.摆球质量越大,则h越大     Bω越大,则摆角θ也越大

C

ω越大,则h也越大     D.摆球周期与质量无关

[5]

洗衣机的甩干筒在转动时有一衣物附在筒壁上,则此时(    )

A

.衣物受到重力、筒壁的弹力和摩擦力的作用    

B

.衣物随筒壁做圆周运动的向心力是摩擦力

C

.筒壁对衣物的弹力一定随筒的转速的增大而增大

D

.筒壁对衣物的摩擦力一定随转速的增大而增大

[6]

如图2334所示是一种娱乐设施“魔盘”,而且画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中人的情景.甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论,甲说:“图画错了,做圆周运动的物体受到向心力的作用,魔盘上的人应该向中心靠拢.”乙说:“图画得对,因为旋转的魔盘给人离心力,所以人向盘边缘靠拢.”丙说:“图画得对,但盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时,人会逐渐远离圆心.”该三位同学的说法应是(    )

A

.甲正确     B.乙正确     C.丙正确     D.无法判断

[7]

质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道内侧运动,若经过最高点时不脱离轨道的临界速度为v,则当小球以2v的速度经过最高点时,小球对轨道的压力的大小为(    )

A

0     Bmg     C3mg     D5mg

[8]

如图2335所示,小球m在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,下列说法中正确的有(    )

A

.小球通过最高点的最小速度为v

B

.小球通过最高点的最小速度为0

C

.小球在水平线ab以下管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力

D

.小球在水平线ab以上管道中运动时,内侧管壁对小球一定有作用力

[9]

如图2336所示的装置中,两球的质量都为m,且绕竖直轴做同样的圆锥摆运动,木块的质量为2m,则木块的运动情况是(    )    

A

.向上运动     B.向下运动     C.静止不动     D.上下振动

 

2335           2336        2337

[10]

如图2337是用以探究向心力和质量、半径之间关系的仪器,球PQ可以在光滑杆上无摩擦地滑动,两球之间用一条轻绳连接,mp2mQ.当整个装置以角速度ω匀速旋转时,两球离转轴的距离保持不变,则此时(    )

A

.两球受到的向心力大小相等

B

P球受到的向心力大于Q球受到的向心力

C

rP一定等于等

D

.当ω增大时,P球将向外运动  

[11]在质量为M的电动机飞轮上固定着一个质量为m的重物,重物到转轴的距离为r,如图2338所示,为了使放在地面上的电动机不会跳起,电动机飞轮的角速度不能超过(    )

A

g Bg

 

Cg Dg

[12]一级方程式汽车大赛中,一辆赛车总质量为m,一个路段的水平转弯半径为R,赛车转此弯时的速度为v,赛车形状都设计得其上下方空气有一压力差��气动压力,从而增大了对地面的正压力.正压力与摩擦力的比值叫侧向附着系数,以η表示.要上述赛车转弯时不侧滑,则需要多大的气动压力?

 

 

 

 

[13]如图2339所示,位于竖直平面内的圆弧光滑轨道半径为ROB沿竖直方向,圆弧轨道上端A距地面高度为H,质量为m的小球从A点由静止释放,最终落在地面C点处,不计空气阻力,小球刚运动到B点时的瞬时速度为vB,此刻小球对轨道的压力为       ,小球落地点CB的水平距离为x     ,当   时,x有最大值,最大值xmax     

[14]

目前,国际田径比赛使用的是周长为400m的标准跑道.跑道通常设有8条分道,各分道宽1.21.25m,弯道半径(内径)37.90m200m400m等项目的竞赛都涉及弯道.由于弯道约占全程的,所以弯道技术成为制胜的关键.下面提供一些数据供参考:假设某一运动员在弯道上的速率为10m/s,则以最内侧跑道到最外侧跑道到所需要的向心力、倾斜的角度见下表.

弯道半径

R/m

37.90

39.15

40.40

41.65

42.90

44.15

45.40

46.64

向心力

(R37.90m时取1)

1

0.97

0.94

0.91

0.88

0.86

0.83

0.81

倾斜角/度

15.07

14.61

14.18

13.77

13.38

13.01

12.67

12.34

为了提高竞赛成绩,从技术方面应如何去做

?

 

 

 

 

参考答案

1

C  向心力是根据效果命名的,做匀速圆周运动的物体所需要的向心力,是由它所受的某个力或几个力的合力提供的,因此,它并不受向心力的作用,之所以产生离心现象是由于FFmω2r,故A错误;物体在做匀速圆周运动时,若突然所受到的力都消失,根据牛顿第一定律,它从这时起做匀速直线运动,故C正确,BD错误.

   2B 对汽车进行受力分析,设重力与拱形面法线方向(即半径方向)之间的夹角为θ,则mgcosθFNmv2/RFNmgcosθmv2/R,可见随角度θ变小,FN变大,但FN总是小于mg,故A错误,B正确;沿切线方向进行受力分析,上升阶段:F牵引mgsinθμFN0,下降阶段:F牵引mgsinθμFN0,可见牵引力不是不变,也不是逐渐变小,CD均错误,选B

 

   3BD 如图所示,小球旋转时受重力mg和杆的支持力FN两个力的作用,合力Fmgcotα提供向心力;支持力FNmg/sinα,故两球受到杆的支持力FN1FN2,故B项正确;由Fmgcotαmrω2,得ω,随旋转半径r的增大角速度ω在减小,故ωlω2D项正确.

4

BD 小球受重力与绳子的拉力,其合外力提供向心力,有mgtanθmω2·Lsinθω2L,则ω越大,cosθ越小,θ越大,选项B正确.而hLcosθ,则ω2,故ω大,h小,选项C错误,hm无关,选项A错误.T2πm无关,选项D正确.故本题选BD

5

A 衣服(包括里面的水)附在筒壁上,随筒一起旋转,共受三个力:重力、筒壁的弹力、摩擦力.其中重力与摩擦力相平衡,筒壁对衣物的弹力提供向心力,大小为FN4π2mRn2.由于甩干筒旋转时衣物中的水滴做离心运动,沿圆筒的小孔飞出,衣物的质量m减小,导致三个力都减小.当筒的转速n增大后,重力和摩擦力减小得更快,而上述公式中的mn2不能确定,弹力的变化也就不能确定了.故选A

6

C 向心力和离心力都是按照效果命名的力,在此题的情境中,都是指人受到的摩擦力.当魔盘转速较小时,人做圆周运动,此时叫向心力;当魔盘转速较大时,摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时,人做离心运动,此时叫离心力.

7

C  速度为v时,满足mgm.当速度变为2v时,满足Fmgm,推导可得F3mg,由力的相互性知,小球对轨道压力F′=3mg

8

BC 对于管内小球,它在最高点的合外力可以为O,即向心力可以为O,对应最小速度便可以为O.而当小球在水平线ab以下管道中运动时,外侧管壁肯定有力的作用,以提供小球运动的向心力.故BC选项正确.

9

C 对做匀速圆周运动的小球进行受力分析.由牛顿第二定律得线对小球拉力的水平分量Fx提供向心力,线对小球拉力的竖直分量Fy与重力平衡,而Fxmmω2rFymg,所以两小球对线的拉力在竖直方向上的大小为2Fy2mg,与左边木块对水平绳的拉力2mg平衡,故木块静止不动.

10

AC  由受力分析知,PQ做匀速圆周运动所需向心力是由绳的张力提供的,故A正确,B不对.由向心力公式Fmrω2mPrPω2mQrQω2,所以rprQC正确.当ω增大时,PQ所需向心力也增大,绳的张力增大,二者的半径均保持不变.D不对.

   11A  如图所示,要使电动机不会跳起,则重物转动到最高点时对电动机向上的作用力小于或等于Mg.而对重物来说,其所受重力mg与电动机对重物反作用力F的合力提供向心力.

则有

mgFmω2r,即mgMgmω2r,得

     ω

g

   12.以赛车为研究对象,受力分析如图所示.则有

 

正压力FNmgF

 

由题意可得η,

 

摩擦力Ff提供向心力,则有

Ff

m

 

   解以上各式可得Fmg

13

3mg   2RH

首先应弄清楚小球的运动过程。

AB做圆周运动,BC做平抛运动.在B点时对小球受力分析如图所示,由向心力公式可得:

FN

mg,将vB代入得FN3mg

BC由平抛运动知识可得

 

t,又xvBt,有x

 

由数学知识可知:因为RHRH为常数,所以当HRR时,即时,x有最大值2RH.

14.由表中提供的信息可得,在相同的速率下,运动员在最内侧和最外侧跑道上比赛时,向心力相差约19%,人体的倾斜角度相差近3°,这正是运动员重视比赛道次安排的重要

原因.

 

根据圆周运动的知识,弯道跑中,要有意识地使身体向圆心方向倾斜,蹬地与摆动方向都应与身体向圆心方向倾斜趋于一致,使人的重力和地面的弹力的合力提供向心力,但对于不同道次上的运动员来说,跑道半径R不同,即使速率相同,要求人体的倾斜角度也是不同的.

 

 

 

[

高考名师点拨]

1(全国高考题)如图2341,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动.现给小球一初速度,使它做圆周运动,图中ab分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是(    )

A

a处为拉力,b处为拉力

B

a处为拉力,b处为推力

 

Ca处为推力,b处为拉力

D

a处为推力,b处为推力

[

解析]  小球做圆周运动的关联物为杆,杆既可起到“拉”的作用,也可起到“推”的作用.在a处,由Famgm可知,在aFa一定指向O点,为拉力,CD错误.在b处,由Fbmgm可知,当Fb0时为拉力,Fb0时为推力,Fb=0时杆对球无作用力,因此AB正确.

[

答案] AB

2

(全国高考题)在高速公路的拐弯处,路面造得外高内低,即当车向右拐弯时,司机左侧的路面比右侧的要高一些,路面与水平面间的夹角为θ.设拐弯路段是半径为R的圆弧.要使车速为v时车轮与路面之间的横向(即垂直于前进方向)的摩擦力等于零,θ应等于(    )

Aarcsin   Barctan

C

arcsin Darccot

[

解析] 如图2342所示,要使摩擦力为零,必使车所受的重力与支持力的合力提供向心力,则:

 

Fmgtanθ=m

θ

arctan

[

答案]  B

3

(2005年广东)如图2343所示,半径R=0.40m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内,半圆环与粗糙的水平地面相切于圆环的端点A,一质量m=0.10kg的小球,以初速度v07.0m/s在水平地面上向左做加速度a=3.0m/s2的匀减速直线运动,运动4.0m后,冲上竖直半圆环,最后小球落在C点.求AC间的距离.(gl0m/s2)

[解析]  匀减速运动过程中,有:=2αx

恰好做圆周运动时物体在最高点

B满足:

 

          mgm,得vB12m/s

假设物体能到达圆环的最高点

B,由机械能守恒有:

        

m2mgRm

解得      

vB23m/s

因为

vB2vB1,所以小球能通过最高点B

小球从

B点做平抛运动,有:

2R

gt2xACvB2·t

解得

         xAC1.2m

4(2006年上海高考题)“时空之旅”飞车表演时,演员驾驶摩托车在球形金属网内壁上下盘旋,令人惊叹不已摩托车沿图2344所示竖直轨道上做圆周运动的过程中(    )

A

.机械能一定守恒

B

.其输出功率始终保持恒定

C

.经过最低点时的向心力仅由支持力提供

 

D.通过最高点时的最小速度与球形金属网直径有关

[

解析] 摩托车沿图示竖直轨道做圆周运动过程中,由于存在摩擦力,而发动机一直工作,故机械能不守恒;摩托车在竖直面内做圆周运动过程中,上升和下降阶段重力和摩擦力都要做功,故输出功率始终保持恒定不变:经过最低点时向心力是由支持力和重力的合力提供.通过最高点时,达到最小速度时向心力只由重力提供,则由mg=m,可知其最小速度v,与球的直径有关.

[

答案]  BD

5

(2007年全国理综)如图2345所示,位于竖直平面内的光滑轨道,由一段斜的直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成,圆形轨道的半径为R.一质量为m的小物块从斜轨道上某处由静止开始下滑,然后沿圆形轨道运动.要求物块能通过圆形轨道最高点,且在该最高点时与轨道间的压力不能超过5mg(g为重力加速度).求物块初始位置相对于圆形轨道底部的高度h的取值范围.

2345

[

解析]  设物块在圆形轨道最高点的速度为v,由机械能守恒定律,得

mgh

2mgRmv2    

物块在最高点受重力

mg、轨道的压力FN,重力与压力的合力提供向心力,有

mg

FN=m    

物块能通过最高点的条件是

FN0    

由②③式得

v    

由①④式得

hR    

按题的要求,

FN5mg,由②式得,v=    

由①⑥式得

h5R

h的取值范围是Rh5R

[

点评]  该题是以圆周运动为主的综合性题目,涉及圆周运动和机械能守恒等知识点.竖直平面内圆周运动最高点是特殊位置.对于沿轨道内侧和以绳相连而做圆周运动的物体,轨道压力或细绳张力恰为零,即只有重力充当向心力时的速度为完成圆周运动在最高点的临界速度,其大小满足mgm,所以v,对于沿轨道外侧或以硬杆支持的物体,在最高点的速度可以为0.注意圆周运动所隐含的临界条件的挖掘.

年级

 高一

学科

物理

版本

教科版

期数

 

内容标题

2.3匀速圆周运动的实例分析基础训练题(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

2.3匀速圆周运动的实例分析基础训练题(教科版)

栏目名称

 名校题库

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标签: 高一 物理 匀速圆周 运动 实例分析 (责任编辑:)

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