2022-2022學(xué)年新教材高中物理第3章圓周運(yùn)動(dòng)第3節(jié)離心現(xiàn)象練習(xí)含解析魯科版必修第二冊_第1頁
2022-2022學(xué)年新教材高中物理第3章圓周運(yùn)動(dòng)第3節(jié)離心現(xiàn)象練習(xí)含解析魯科版必修第二冊_第2頁
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文檔簡介

離心現(xiàn)象

1.(2022·河南駐馬店期末)如下圖,在豎直平面內(nèi)的圓周軌道半徑為r,質(zhì)量為m的

小物塊以速度v通過軌道的最高點(diǎn)P.重力加速度為g,那么小物塊在P點(diǎn)受到軌道對它的壓

力大小為()

v2mv2

mmg

A.rB.r-

v2v2

mgmmmg

C.-rD.r+

v2v2

PmgFmFmmg

解析:選B.在點(diǎn)由牛頓第二定律可知:+=r,解得=r-,選項(xiàng)B正確.

2.(多項(xiàng)選擇)(2022·四川宜賓期末)以下有關(guān)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析,其中說法

正確的選項(xiàng)是()

A.汽車通過凹形橋的最低點(diǎn)時(shí),車對橋的壓力大于汽車的重力

B.在鐵路的轉(zhuǎn)彎處,通常要求外軌比內(nèi)軌高,目的是減輕輪緣與外軌的擠壓

C.雜技演員表演“水流星〞,當(dāng)“水流星〞通過最高點(diǎn)時(shí)處于完全失重狀態(tài),不受重

力作用

D.洗衣機(jī)脫水桶的脫水原理是水滴受到的離心力大于它受到的向心力,從而沿切線方

向甩出

v2

Nmgm

解析:選AB.汽車通過凹形橋的最低點(diǎn)時(shí),-=R,支持力大于重力,根據(jù)牛頓第

三定律可知,車對橋的壓力大于汽車的重力,A正確;在鐵路的轉(zhuǎn)彎處,通常要求外軌比內(nèi)

軌高,當(dāng)火車按規(guī)定速度轉(zhuǎn)彎時(shí),由重力和支持力的合力完全提供向心力,從而減輕輪緣對

外軌的擠壓,B正確;雜技演員表演“水流星〞,當(dāng)“水流星〞通過最高點(diǎn)時(shí)仍受重力作用,

C錯(cuò)誤;離心力與向心力并非物體實(shí)際受力,衣服對水的吸附力小于水做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的

向心力,因此產(chǎn)生離心現(xiàn)象,D錯(cuò)誤.

3.(多項(xiàng)選擇)(2022·浙江寧波九校期末)一質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行

駛,路面對輪胎的最大靜摩擦力為1.6×104N,當(dāng)汽車經(jīng)過半徑為100m的彎道時(shí),以下判

斷正確的選項(xiàng)是()

A.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力

B.汽車轉(zhuǎn)彎的速度為30m/s時(shí)所需的向心力為1.6×104N

C.汽車轉(zhuǎn)彎的速度為30m/s時(shí)汽車會發(fā)生側(cè)滑

D.汽車能平安轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過8.0m/s2

解析:選CD.汽車在水平面轉(zhuǎn)彎時(shí),做圓周運(yùn)動(dòng),重力與支持力平衡,側(cè)向靜摩擦力提

v2

Fm

供向心力,不能說受到向心力,故A錯(cuò)誤;如果車速到達(dá)30m/s,需要的向心力=r=

1

302

2.0×103×N=1.8×104N,故B錯(cuò)誤;最大靜摩擦力f=1.6×104N,那么F>f,所以

100

f1.6×104

汽車會發(fā)生側(cè)滑,故C正確;最大加速度為:a==m/s2=8.0m/s2,故D正確.

m2×103

4.(2022·北京石景山區(qū)期末)如下圖為火車車輪在轉(zhuǎn)彎處的截面示意圖,軌道的外軌

高于內(nèi)軌,在此轉(zhuǎn)彎處規(guī)定火車的行駛速度為v,那么()

A.假設(shè)火車通過此彎道時(shí)速度大于v,那么火車的輪緣會擠壓外軌

B.假設(shè)火車通過此彎道時(shí)速度小于v,那么火車的輪緣會擠壓外軌

C.假設(shè)火車通過此彎道時(shí)行駛速度等于v,那么火車的輪緣會擠壓外軌

D.假設(shè)火車通過此彎道時(shí)行駛速度等于v,那么火車對軌道的壓力小于火車的重力

解析:選A.如下圖為火車車輪在轉(zhuǎn)彎處的截面示意圖,軌道的外軌高于內(nèi)軌,在此轉(zhuǎn)

彎處規(guī)定火車的行駛速度為v,那么當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度大于規(guī)定速度時(shí),火車所受的重力和

支持力的合力缺乏以提供所需的向心力,火車有離心趨勢,故其外側(cè)車輪輪緣會與鐵軌相互

擠壓,故A正確;當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度小于規(guī)定速度時(shí),火車所受的重力和支持力的合力大于

所需的向心力,火車有向心趨勢,故其內(nèi)側(cè)車輪輪緣會與鐵軌相互擠壓,故B錯(cuò)誤;當(dāng)火車

以v的速度通過此彎路時(shí),火車重力與軌道面支持力的合力恰好提供向心力,內(nèi)外軌都無壓

力,故C錯(cuò)誤;設(shè)內(nèi)外軌間形成斜面的傾角為θ,當(dāng)火車以v的速度通過此彎路時(shí),由受

mg

力可知,Ncosθ=mg,解得:N=,所以火車對軌道的壓力大于火車的重力,故D

cosθ

錯(cuò)誤.

[課時(shí)作業(yè)][學(xué)生用書P117(單獨(dú)成冊)]

A組學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)練

1.(多項(xiàng)選擇)(2022·江蘇鹽城期末)以下現(xiàn)象中,利用離心現(xiàn)象的是()

A.用洗衣機(jī)脫水

B.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)要減速

C.用離心沉淀器別離物質(zhì)

D.轉(zhuǎn)動(dòng)雨傘,可以去除雨傘上的一些水

解析:選ACD.用洗衣機(jī)脫水,是利用了離心現(xiàn)象,故A正確.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)要減速,是

防止離心現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤.用離心沉淀器別離物質(zhì),是利用了離心現(xiàn)象,故C正確.轉(zhuǎn)動(dòng)雨

傘,可以去除雨傘上的一些水,是利用了離心現(xiàn)象,故D正確.

2.(2022·北京西城區(qū)期末)如圖將紅、綠兩種顏色的石子放在水平圓盤上,圍繞圓盤中

心擺成半徑不同的兩個(gè)同心圓圈(r<r).圓盤在電機(jī)帶動(dòng)下由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng),角速度緩慢

紅綠

增加.每個(gè)石子的質(zhì)量都相同,石子與圓盤間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ均相同.那么以下判斷正確

的選項(xiàng)是()

A.綠石子先被甩出

2

B.紅、綠兩種石子同時(shí)被甩出

C.石子被甩出的軌跡一定是沿著切線的直線

D.在沒有石子被甩出前,紅石子所受摩擦力大于綠石子的

解析:選A.對石子受力分析,在沒有被甩出之前,受重力、支持力、圓盤的靜摩擦力

三個(gè)力的作用,靜摩擦力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有f=mω2r,當(dāng)角速度增大時(shí),兩

石子所受靜摩擦力也在增大,當(dāng)靜摩擦力到達(dá)最大靜摩擦力時(shí),石子將發(fā)生相對運(yùn)動(dòng),即被

甩出,由題意可知綠石子的半徑大于紅石子的半徑,所以綠石子所受摩擦力大于紅石子所受

摩擦力,而兩石子與圓盤的最大靜摩擦力均為f=μmg,那么可知綠石子先被甩出,故A

m

正確,B、D錯(cuò)誤;石子被甩出后,其所受合外力不等于零,而是等于圓盤對它的滑動(dòng)摩擦

力,石子做離心運(yùn)動(dòng),所以軌跡是沿著切線的曲線,故C錯(cuò)誤.

3.(2022·江蘇淮安期末)如下圖,當(dāng)汽車以12m/s通過拱形橋頂時(shí),對橋頂?shù)膲毫?/p>

3

車重的.如果要使汽車在橋面行駛至橋頂時(shí),對橋面的壓力恰好為零,那么汽車通過橋頂?shù)?/p>

4

速度為()

A.3m/sB.10m/s

C.12m/sD.24m/s

v23

解析:選D.根據(jù)牛頓第二定律得:mg-N=m,其中N=mg,解得:R=57.6m.當(dāng)車

R4

mv′2

mgv

對橋頂無壓力時(shí),有:=R,代入數(shù)據(jù)解得:′=24m/s,選項(xiàng)D正確.

4.(2022·安徽宣城期末)在室內(nèi)自行車比賽中,運(yùn)發(fā)動(dòng)以速度v在傾角為θ的賽道上

做勻速圓周運(yùn)動(dòng).運(yùn)發(fā)動(dòng)的質(zhì)量為m,做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R,重力加速度為g,那么以下

說法正確的選項(xiàng)是()

A.運(yùn)發(fā)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為vR

B.如果運(yùn)發(fā)動(dòng)減速,運(yùn)發(fā)動(dòng)將做離心運(yùn)動(dòng)

v2

m

C.運(yùn)發(fā)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小是R

D.將運(yùn)發(fā)動(dòng)和自行車看作一個(gè)整體,那么整體受重力、支持力、摩擦力和向心力的作

v

ω

解析:選C.運(yùn)發(fā)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為=R,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;如果運(yùn)發(fā)動(dòng)減速,運(yùn)發(fā)

v2

m

動(dòng)將做近心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;運(yùn)發(fā)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小是R,選項(xiàng)C正確;

將運(yùn)發(fā)動(dòng)和自行車看作一個(gè)整體,那么整體受重力、支持力、摩擦力的作用,三個(gè)力的合力

充當(dāng)向心力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

5.飛機(jī)俯沖拉起時(shí),飛行員處于超重狀態(tài),此時(shí)座位對飛行員的支持力大于所受的重力,

3

這種現(xiàn)象叫過荷.過荷過重會造成飛行員大腦貧血,四肢沉重,暫時(shí)失明,甚至昏厥.受過

專門訓(xùn)練的空軍飛行員最多可承受9倍重力的支持力影響.取g=10m/s2,那么當(dāng)飛機(jī)在豎

直平面上沿圓弧軌道俯沖速度為100m/s時(shí),圓弧軌道的最小半徑為()

A.100mB.111m

C.125mD.250m

v2

mgmgmR

解析:選C.由題意知,9-=R,代入數(shù)值得=125m,選項(xiàng)C正確.

6.在較大的平直木板上相隔一定距離釘幾個(gè)釘子,將三合板彎曲成拱橋形卡入釘子內(nèi)形

成拱形橋,三合板上外表事先鋪上一層牛仔布以增大摩擦,這樣玩具慣性車就可以在橋面上

跑起來了.把這套系統(tǒng)放在電子秤上做實(shí)驗(yàn),如下圖,關(guān)于實(shí)驗(yàn)中電子秤的示數(shù)以下說法正

確的選項(xiàng)是()

A.玩具車靜止在拱形橋頂端時(shí)的示數(shù)小一些

B.玩具車運(yùn)動(dòng)通過拱形橋頂端時(shí)的示數(shù)大一些

C.玩具車運(yùn)動(dòng)通過拱形橋頂端時(shí)處于超重狀態(tài)

D.玩具車運(yùn)動(dòng)通過拱形橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱形橋),示數(shù)越小

解析:選D.玩具車運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),受向下的重力和向上的支持力作用,根據(jù)牛頓第

v2v2

mgNmNmgmmg

二定律有-=R,即=-R<,根據(jù)牛頓第三定律可知玩具車對橋面的壓力大小

與N相等,所以玩具車通過拱形橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱形橋),示數(shù)越小,選項(xiàng)D正確.

7.(多項(xiàng)選擇)(2022·廣東潮州期末)2022年珠海航展,我國五代戰(zhàn)機(jī)“殲-20〞再次

閃亮登場.表演中,戰(zhàn)機(jī)先水平向右,再沿曲線ab向上(如圖),最后沿陡斜線直入云霄.設(shè)

飛行路徑在同一豎直面內(nèi),飛行速率不變.那么沿ab段曲線飛行時(shí),戰(zhàn)機(jī)()

A.所受合外力大小為零

B.所受合外力方向不斷變化

C.豎直方向的分速度逐漸增大

D.水平方向的分速度不變

解析:選BC.戰(zhàn)機(jī)做曲線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化,合外力不為零,故A錯(cuò)誤;戰(zhàn)機(jī)飛

行速率不變,合力方向始終與速度方向垂直,即指向圓心,故B正確;飛機(jī)速度大小不變,

與水平方向的傾角θ增大,那么v=vsinθ增大,即豎直方向的分速度逐漸增大,故C

y

正確;飛機(jī)速度大小不變,與水平方向的傾角θ增大,那么v=vcosθ減小,即水平方向

x

的分速度減小,故D錯(cuò)誤.

8.(多項(xiàng)選擇)在如下圖光滑軌道上,小球滑下經(jīng)平直局部沖上半圓弧局部的最高點(diǎn)A

時(shí),對圓弧的壓力為mg,圓弧的半徑為R,那么()

A.在最高點(diǎn)A,小球受重力和向心力

B.在最高點(diǎn)A,小球受重力和圓弧的壓力

4

C.在最高點(diǎn)A,小球的速度為gR

D.在最高點(diǎn)A,小球的向心加速度為2g

v2

NmgmamN

解析:選BD.小球在最高點(diǎn)受重力和壓力,由牛頓第二定律得+==R,又=

mg,所以a=2g,v=2gR,選項(xiàng)B、D正確.

9.(2022·安徽滁州期末)一輛汽車以恒定速率駛上一座拱形橋,拱橋面的圓弧半徑為

50m,g=10m/s2.

(1)假設(shè)要求汽車在經(jīng)過最高點(diǎn)后不離開橋面,那么它的速度不能超過多少?

(2)假設(shè)汽車的速率為10m/s,那么質(zhì)量為50kg的乘客對座位的壓力多大?

解析:(1)當(dāng)汽車對最高點(diǎn)壓力剛好為零時(shí),有:

v2

mgmm

=R

解得:v=gR=10×50m/s=105m/s

m

可知汽車的速度不能超過105m/s.

v2

mgNm

(2)對乘客分析,根據(jù)牛頓第二定律得,′-=′R

v2100

解得N=m′g-m′=500-50×N=400N

R50

根據(jù)牛頓第三定律知,質(zhì)量為50kg的乘客對座位的壓力為400N.

答案:(1)105m/s(2)400N

B組素養(yǎng)提升練

10.(2022·湖南五市十校期末)如下圖,輕質(zhì)細(xì)桿OA長為1m,A端固定一個(gè)質(zhì)量為5kg

的小球,小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),通過最高點(diǎn)時(shí)小球的速率為3m/s,g=10m/s2,

細(xì)桿受到()

A.5N的壓力B.5N的拉力

C.95N的壓力D.95N的拉力

解析:選A.小球以O(shè)點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)在最高點(diǎn)小球與細(xì)桿無彈

mv2

力作用時(shí),小球的速度為v,那么有:mg=1得:v=gL=10m/s,因?yàn)?0m/s>3m/s,

1L1

v2

mgFm2

所以小球受到細(xì)桿的支持力,小球在最高點(diǎn)受力分析:受到重力與支持力,-=L,那

v232

么F=mg-m2=50-5×N=5N,所以由牛頓第三定律知細(xì)桿受到壓力,大小為5N,

L1

選項(xiàng)A正確.

11.(多項(xiàng)選擇)一個(gè)質(zhì)量為m的物體(體積可忽略),在半徑為R的光滑半球頂點(diǎn)處以水

5

平速度v運(yùn)動(dòng),如下圖,那么以下說法正確的選項(xiàng)是()

0

A.假設(shè)v=gR,那么物體對半球頂點(diǎn)無壓力

0

11

B.假設(shè)v=gR,那么物體對半球頂點(diǎn)的壓力為mg

022

C.假設(shè)v=0,那么物體對半球頂點(diǎn)的壓力為mg

0

D.假設(shè)v=0,那么物體對半球頂點(diǎn)的壓力為零

0

v2

解析:選AC.設(shè)物體受到的支持力為N,假設(shè)v=gR,那么mg-N=m0,得N=0,那

0R

么物體對半球頂點(diǎn)無壓力,

1v233

A正確.假設(shè)v=gR,那么mg-N=m0,得N=mg,那么物體對半球頂點(diǎn)的壓力為

02R44

v2

mg,B錯(cuò)誤.假設(shè)v=0,根據(jù)牛頓第二定律mg-N=m0=0,得N

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