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文檔簡介
第六章圓周運(yùn)動
1、圓周運(yùn)動.............................................................1
2、向心力...............................................................7
3向心加速度...........................................................14
4生活中的圓周運(yùn)動.....................................................21
第六章綜合測驗(yàn).........................................................29
1、圓周運(yùn)動
合格考
一、選擇題(本題共7小題,每題6分,共42分)
1.(2021.浙江高一月考)物體做勻速圓周運(yùn)動的過程中,一定變化的物理量
是它的(B)
A.角速度B.線速度
C.頻率D.周期
解析:做勻速圓周運(yùn)動的過程中,角速度、頻率、周期均不變,線速度的大
小不變,方向時(shí)刻改變。故選B。
2.只考慮地球的自轉(zhuǎn),則湛江與北京相比(B)
A.湛江的周期小B.湛江的線速度大
C.湛江的角速度大D.湛江的向心加速度小
解析:地球自轉(zhuǎn),除了兩極外,地球上各點(diǎn)轉(zhuǎn)動的角速度相等,周期也是相
等的,故AC錯(cuò)誤;北京所在位置轉(zhuǎn)動的半徑小于湛江所在位置轉(zhuǎn)動半徑,因?yàn)?/p>
角速度相等,根據(jù)。=r。知,在湛江時(shí)隨地球自轉(zhuǎn)的線速度大,故B正確;根
據(jù)。=尸/知,角速度相等,在湛江時(shí)向心加速度大,故D錯(cuò)誤。
3.(2021.山東煙臺二中開學(xué)考試)在一棵大樹將要被伐倒的時(shí)候,有經(jīng)驗(yàn)的
伐木工人就會雙眼緊盯著樹梢,根據(jù)樹梢的運(yùn)動情形就能判斷大樹正在朝著哪個(gè)
方向倒下,從而避免被倒下的大樹砸傷,從物理知識的角度來解釋,以下說法正
確的是(B)
A.樹木開始倒下時(shí),樹梢的角速度較大,易于判斷
B.樹木開始倒下時(shí),樹梢的線速度最大,易于判斷
C.樹木開始倒下時(shí),樹梢的周期較大,易于判斷
D.伐木工人的經(jīng)驗(yàn)缺乏科學(xué)依據(jù)
解析:樹木開始倒下時(shí),樹各處的角速度一樣大,故A錯(cuò)誤;由。=。尸可知,
樹梢的線速度最大,易判斷樹倒下的方向,B正確;由T=竽知,樹各處的周期
CO
一樣大,故C、D均錯(cuò)誤。
4.教師在黑板上畫圓,圓規(guī)腳之間的距離是25cm,他保持這個(gè)距離不變,
讓粉筆在黑板上勻速的畫了一個(gè)圓,粉筆的線速度是2.5m/s。關(guān)于粉筆的運(yùn)動,
有下列說法:
①角速度是0.1rad/s;②角速度是10rad/s;③周期是10s;④周期是0.628s;
⑤頻率是10Hz;⑥頻率是1.59Hz;⑦轉(zhuǎn)速小于2r/s;⑧轉(zhuǎn)速大于2r/s。
下列哪個(gè)選項(xiàng)中的結(jié)果是全部正確的(C)
A.①③⑤⑦B.②④⑤⑦
C.②④⑥⑦D.②④⑥⑧
解析:角速度①=£=10rad/s,周期T=.=0.628s,頻率/=*=1.59Hz,
轉(zhuǎn)速〃=/=1.59r/s。ABD錯(cuò)誤,C正確。
5.(2021.浙江高一月考)某變速箱中有甲、乙、丙三個(gè)齒輪,如圖所示,其
半徑分別為八、/2、⑶若甲輪勻速轉(zhuǎn)動角速度為如三個(gè)輪相互不打滑,則丙
輪邊緣上各點(diǎn)的線速度大小為(A)
A.r\coB.r2co
"2C0
C.「3(0D.
門
解析:三個(gè)輪相互不打滑,則三輪邊緣處線速度的大小相等,都等于甲輪邊
緣的線速度,根據(jù)角速度與線速度的關(guān)系式得線速度為「⑷。故選A。
6.(2021?甘肅省靖遠(yuǎn)二中高一下學(xué)期期中)如圖所示是一個(gè)玩具陀螺。a、b、
c是陀螺上的三個(gè)點(diǎn)。當(dāng)陀螺繞垂直于地面的軸線以角速度/穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí),下列
表述正確的是(B)
A.a、Ac三點(diǎn)的線速度大小相等
B.a、b、c三點(diǎn)的角速度相等
C.a、匕的角速度比c的角速度大
D.c的線速度比a、的線速度大
解析:a、b、c三點(diǎn)的角速度相同,而線速度不同,由得%=%>〃,
選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。
7.(多選)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動時(shí),下列說法中正確的是(CD)
A.因?yàn)?="火,所以線速度o與軌道半徑R成正比
B.因?yàn)椤?*所以角速度o與軌道半徑R成反比
C.因?yàn)椤?2?!ǎ越撬俣萇與轉(zhuǎn)速〃成正比
D.因?yàn)棰?爺,所以角速度/與周期T成反比
解析:。一定時(shí),線速度。與軌道半徑R成正比,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;。一定時(shí),
角速度。與軌道半徑R成反比,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在用轉(zhuǎn)速或周期表示角速度時(shí),
角速度與轉(zhuǎn)速成正比,與周期成反比,選項(xiàng)C、D正確。
二、非選擇題(共18分)
8.(9分)做勻速圓周運(yùn)動的同學(xué),10s內(nèi)沿半徑為20m的圓周運(yùn)動了50m,
試求該同學(xué)做勻速圓周運(yùn)動時(shí):
(1)線速度的大??;(2)角速度的大?。唬?)周期的大小。
答案:(l)5m/s(2)0.25rad/s(3)8兀s
解析:⑴由線速度的定義式。=:得m/s=5m/So
v5
(2)由d=gr得co=-=^rad/s=0.25rad/so
()由()TCO
3co=1i.1^3*T~Cl)="S=8S
9.(9分)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),可認(rèn)為前輪和后輪都做圓周運(yùn)動,但它們的轉(zhuǎn)彎半徑
不同,如I圖所示,若汽車外側(cè)前輪的轉(zhuǎn)彎半徑為5m,內(nèi)側(cè)后輪的轉(zhuǎn)彎半徑為2.7
m,若外側(cè)前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)線速度為10m/s,則此時(shí)內(nèi)側(cè)后輪的線速度是多少?
答案:5.4m/s
解析:汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),四輪有相同的角速度,根據(jù)。=。尸,可得:—代
0后r后
入數(shù)據(jù)可得:。后=5.4m/s。
等級考
一、選擇題(本題共2小題,每題8分,共16分)
1.(2021.廣州市第四中學(xué)高一月考)在雨天遇到泥濘之路時(shí),自行車的后輪
輪胎上常會粘附一些泥巴,如果將自行車后輪撐起,使后輪離開地面而懸空,然
后用手勻速搖腳踏板,使后輪飛速轉(zhuǎn)動,泥巴就被甩下來,如圖所示,圖中。、
b為后輪輪胎邊緣上的最高點(diǎn)與最低點(diǎn),c為飛輪邊緣上的點(diǎn),d為鏈輪邊緣上
的點(diǎn),下列說法正確的是(D)
?
A.。點(diǎn)的角速度大于c點(diǎn)的角速度
B.c點(diǎn)的線速度大于d點(diǎn)的線速度
C.后輪邊緣。兩點(diǎn)線速度相同
D.圖中的人點(diǎn)線速度大于d點(diǎn)線速度
解析:它們一起轉(zhuǎn)動時(shí),a、c共軸轉(zhuǎn)動,角速度相等,故A錯(cuò)誤;c、d兩
點(diǎn)屬于皮帶傳動,c點(diǎn)的線速度大小等于"點(diǎn)的線速度大小,故B錯(cuò)誤;后輪邊
緣8兩點(diǎn)線速度大小相等,方向不同,故線速度不同,故C錯(cuò)誤;Vc=Vd,b、
c共軸轉(zhuǎn)動4。=a>c,由0=cor可知母>氏=%,則0。>如。故D正確。
2.(多選)半徑為H=1m的水平圓盤繞過圓心。的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動,A為圓
盤邊緣上一點(diǎn),在。點(diǎn)的正上方將一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球以4m/s的速度水平拋
出,半徑04方向恰好與該初速度的方向相同,如圖所示。若小球與圓盤只碰一
次,且落在A點(diǎn),則圓盤轉(zhuǎn)動的角速度大小可能是(AC)
A.87trad/sB.12兀rad/s
C.16兀rad/sD.20jtrad/s
解析:小球做平拋運(yùn)動的時(shí)間r=~=7s=0.25s,
小球平拋運(yùn)動的時(shí)間和圓盤轉(zhuǎn)動的時(shí)間相等,設(shè)圓盤的轉(zhuǎn)動周期為T,則有
2兀
t=nT=n--(n=1,2,3,…),解得①=8〃7trad/s(〃=1,2,3,…),當(dāng)〃=1時(shí),to=
87trad/s;當(dāng)〃=2時(shí),o>=167trad/So故選A、C。
二'非選擇題(共24分)
3.(10分)收割機(jī)撥禾輪上面通常裝4個(gè)到6個(gè)壓板,如圖所示,撥禾輪一
邊旋轉(zhuǎn),一邊隨收割機(jī)前進(jìn),壓板轉(zhuǎn)到下方才發(fā)揮作用,一方面把農(nóng)作物壓向切
斷器,另一方面把切下來的農(nóng)作物鋪放在收割臺上,因此要求壓板運(yùn)動到下方時(shí)
相對于農(nóng)作物的速率與收割機(jī)前進(jìn)方向相反。已知收割機(jī)前進(jìn)速率為1.2m/s,
撥禾輪直徑為1.5m,轉(zhuǎn)速為22r/min,則壓板運(yùn)動到最低點(diǎn)擠壓農(nóng)作物的速率
為多大?
答案:0.53m/s
解析:設(shè)壓板轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)端點(diǎn)的速度為
則0i=27t〃r=2X3.14X肅X.m/s=1.73m/s。
由于撥禾輪是在收割機(jī)上,而收割機(jī)的前進(jìn)速度為。2,所以撥禾輪上的壓板
在最低點(diǎn)擠壓作物的速率為。=。|-02=(1.73—1.2)m/s=0.53m/s,方向向后。
4.(14分)某工廠有一個(gè)圓形轉(zhuǎn)臺,如圖所示,轉(zhuǎn)臺的上端邊沿開有緊密排
列的毛細(xì)孔,源源不斷的液體從毛細(xì)孔中滲透出來,離開轉(zhuǎn)臺后均勻?yàn)⒙湓谵D(zhuǎn)臺
周圍,灑落的液滴都落在轉(zhuǎn)臺下端所在的水平臺面上,已知,轉(zhuǎn)臺半徑r=0.8m,
液滴剛好離開轉(zhuǎn)臺時(shí)距離下端水平臺面的高度人=1.8m,轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速為〃=100
r/min,g取10m/sn,兀取3,求:
(1)灑落在轉(zhuǎn)臺周圍的液滴構(gòu)成的圓的半徑R;
(2)液滴剛好落到下端水平臺面時(shí)的速度V,的大小。
答案:(1)4.87m(2)10m/s
解析:⑴根據(jù)圓周運(yùn)動基本公式v=2nnr=8m/s,
對平拋運(yùn)動x=",〃=上產(chǎn),解得x=4.8m。/?=出2+a=4.87m。
(2)落地時(shí)水滴速度Vt=-\]v2+(gt)2=10m/So
2、向心力
合格考
一、選擇題(本題共7小題,每題7分,共49分)
1.(2021.黑龍江牡丹江一中高一下學(xué)期期中)關(guān)于向心力的說法正確的是
(D)
A.物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生了向心力
B.向心力就是物體受到的合外力
C.做勻速圓周運(yùn)動的物體其向心力是不變的
D.向心力不改變圓周運(yùn)動物體速度的大小
解析:物體做圓周運(yùn)動就需要向心力,向心力是由外界提供的,不是物體本
身產(chǎn)生的,故A錯(cuò)誤;勻速圓周運(yùn)動中合力提供向心力,變速圓周運(yùn)動中合力
與向心力不一定相等,故B錯(cuò)誤;向心力始終指向圓心,方向時(shí)刻在改變,則
向心力是變化的,故C錯(cuò)誤;向心力的方向與速度方向垂直,不改變速度的大
小,只改變速度的方向,故D正確。
2.如圖所示,一個(gè)水平大圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動,一個(gè)小孩坐在
距圓心為r處的P點(diǎn)不動,關(guān)于小孩的受力,以下說法正確的是(C)
In
A.小孩在P點(diǎn)不動,因此不受摩擦力的作用
B.小孩隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動,其重力和支持力的合力充當(dāng)向心力
C.小孩隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動,圓盤對他的摩擦力充當(dāng)向心力
D.若使圓盤以較小的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,小孩在P點(diǎn)受到的摩擦力不變
解析:由于小孩隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動,一定需要向心力,該力一定指向圓
心,而重力和支持力在豎直方向上,它們不能充當(dāng)向心力,因此小孩會受到靜摩
擦力的作用,且充當(dāng)向心力,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C正確;由于小孩隨圓盤轉(zhuǎn)動半
徑不變,當(dāng)圓盤角速度變小,由尸■可知,所需向心力變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3.向心力演示器如圖所示。將皮帶掛在半徑相等的一組塔輪上,兩個(gè)質(zhì)量
相等的小球A、8與各自轉(zhuǎn)軸的距離分別為2R和R,則小球A、8做勻速圓周運(yùn)
動的(A)
A.角速度相等B.線速度大小相等
C.向心力大小相等D.向心加速度大小相等
解析:由于皮帶掛在半徑相等的一組塔輪上,因此兩個(gè)小球旋轉(zhuǎn)的角速度相
等,A正確;根據(jù)。尸可知A的線速度是8的2倍,B錯(cuò)誤;根據(jù)E=加①2r
可知A的向心力是8的2倍,C錯(cuò)誤;根據(jù)可知A的向心加速度是8的
2倍,D錯(cuò)誤。
4.(2021.河北省承德一中高一下學(xué)期檢測)如圖所示,將完全相同的兩小球A、
B用長L=0.8m的細(xì)繩懸于0=4m/s向右勻速運(yùn)動的小車頂部,兩球與小車前
后壁接觸,由于某種原因,小車突然停止,此時(shí)兩懸線的拉力之比色:FA為(g
取10m/s2)(C)
A.1:1B.1:2
C.1:3D.1:4
u2
解析:FB=mg,FA=mg+3mg
:.FB-FA=\:3o
5.飛機(jī)由俯沖到拉起時(shí),飛行員處于超重狀態(tài),此時(shí)座椅對飛行員的支持
力大于飛行員所受的重力,嚴(yán)重時(shí)會造成飛行員四肢沉重,大腦缺血,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倍重力的影響。當(dāng)飛機(jī)在豎
直平面上沿圓弧軌道俯沖、拉起的速度為100m/s時(shí),圓弧軌道的最小半徑為(g
取10m/s2)(C)
A.100mB.Illm
C.125mD.250m
解析:在飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí),對飛行員受力分析,受重力和支持力/N,
兩者的合力提供向心力,由題意知,當(dāng)FN=9mg時(shí),圓弧軌道半徑最小,為心桁,
由牛頓第二定律得RN—Mg=〃萬一,解得Rmin=125m,故C正確。
-min
6.(多選)(2021.山東省昌樂二中高二下學(xué)期月考)上海磁懸浮線路的最大轉(zhuǎn)彎
處半徑達(dá)到8000m,如圖所示,近距離用肉眼看幾乎是一條直線,而轉(zhuǎn)彎處最
小半徑也達(dá)到1300m,一個(gè)質(zhì)量為50kg的乘客坐在以360km/h的不變速率行
駛的車?yán)?,隨車駛過半徑為2500m的彎道,下列說法正確的是(AD)
A.乘客受到的向心力大小約為200N
B.乘客受到的向心力大小約為539N
C.乘客受到的向心力大小約為300N
D.彎道半徑設(shè)計(jì)的特別大可以使乘客在轉(zhuǎn)彎時(shí)更舒適
解析:由吊可得Fn=200N,選項(xiàng)A正確。設(shè)計(jì)半徑越大,轉(zhuǎn)彎時(shí)
乘客所需要的向心力越小,轉(zhuǎn)彎時(shí)就越舒適,D正確。
7.(多選)如圖所示,一輕繩穿過水平桌面上的小圓孔,上端拴物體下端
拴物體M若物體M在桌面上做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動時(shí),角速度為3線速
度大小為小物體N處于靜止?fàn)顟B(tài),則(不計(jì)摩擦)(AC)
A.M所需向心力大小等于N所受重力的大小
B.M所需向心力大小大于N所受重力的大小
C."與/?成正比
D.a?與r成正比
解析:N物體靜止不動,繩子拉力與N物體重力相等,M物體做勻速圓周運(yùn)
動,繩子拉力完全提供向心力,即T=機(jī)Ng=F向,所以M所需向心力大小等于N
所受重力的大小,A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)向心加速度公式和牛頓第二定律得/向
=mNg=m—,則勿與/■成正比,C正確;根據(jù)向心加速度公式和牛頓第二定律
得心產(chǎn)如%二機(jī)蘇「,則療與「成反比,D錯(cuò)誤。故選AC。
二、非選擇題(共11分)
8.(11分)如圖所示是一游樂轉(zhuǎn)筒的模型圖,它是一個(gè)半徑約為2m的直圓
筒,可繞中間的豎直軸轉(zhuǎn)動,里面的乘客背靠圓筒壁站立。當(dāng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速達(dá)到至少
每分鐘30圈時(shí),乘客腳下的踏板突然脫落,乘客隨筒一起轉(zhuǎn)動而不掉下來。要
保證乘客的安全,乘客與轉(zhuǎn)筒之間的動摩擦因數(shù)至少為多大?(g取10m/s2,兀2
=10)
答案:0.5
解析:乘客隨轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)受三個(gè)力:重力機(jī)g、筒壁對他的支持力尸N和靜摩
擦力F(,要使乘客隨筒一起轉(zhuǎn)動而不掉下來,筒壁對他的最大靜摩擦力應(yīng)至少等
于重力,乘客做圓周運(yùn)動的向心力由筒壁對他的支持力FN來提供。
轉(zhuǎn)筒的角速度為(y=2/M=7trad/s,由牛頓第二定律可得F^—mrar
Ff=1.iF^=mg,聯(lián)立解得〃=0.5。
等級考
一'選擇題(本題共3小題,每題7分,共21分)
1.(2021.河北定州中學(xué)高一下學(xué)期檢測)如圖所示,某物體沿(光滑圓弧軌道
由最高點(diǎn)滑到最低點(diǎn)過程中,物體的速率逐漸增大,則(D)
A.物體的合外力為零
B.物體的合力大小不變,方向始終指向圓心。
C.物體的合外力就是向心力
D.物體的合力方向始終與其運(yùn)動方向不垂直(最低點(diǎn)除外)
解析:物體做加速曲線運(yùn)動,合力不為零,A錯(cuò);物體做速度大小變化的圓
周運(yùn)動,合力不指向圓心,合力沿半徑方向的分力提供向心力,合力沿切線方向
的分力使物體速度變大,即除在最低點(diǎn)外,物體的速度方向與合力方向間的夾角
為銳角,合力方向與速度方向不垂直,B、C錯(cuò),D對。
2.甲、乙兩名滑冰運(yùn)動員,機(jī)單=80kg,加乙=40kg,面對面拉著彈簧秤做
勻速圓周運(yùn)動的滑冰表演,如圖所示,兩人相距0.9m,彈簧秤的示數(shù)為9.2N,
下列判斷中正確的是(C)
A.兩人的線速度相同,約為40m/s
B.兩人的角速度相同,為6rad/s
C.兩人的運(yùn)動半徑不同,甲為0.3m,乙為0.6m
D.兩人的運(yùn)動半徑相同,都是0.45m
解析:甲、乙兩人做圓周運(yùn)動的角速度相同,向心力大小都是彈簧的彈力,
則有M甲①2r甲="乙/2r乙,即M甲r甲=用乙r乙;且r甲+r乙=0.9m,M甲=80kg,
M乙=40kg,解得r甲=0.3m,r乙=0.6m,由于甲①2尸甲所以幻=\J
\1甲尸甲
9.2-
Jonnorad/s^0.62rad/s,而r不同,o不同,故A、B、D錯(cuò)誤、
C正確。
3.(多選)質(zhì)量為〃2的小球用長為L的輕質(zhì)細(xì)線懸掛在。點(diǎn),在。點(diǎn)的正下
方,處有一光滑小釘子P,把細(xì)線沿水平方向拉直,如圖所示,無初速度地釋放
小球,當(dāng)細(xì)線碰到釘子的瞬間(瞬時(shí)速度不變),設(shè)細(xì)線沒有斷裂,則下列說法正
確的是(AC)
A.小球的角速度突然增大
B.小球的角速度突然減小
C.小球?qū)?xì)線的拉力突然增大
D.小球?qū)?xì)線的拉力保持不變
解析:根據(jù)題意,細(xì)線碰到釘子的瞬間,小球的瞬時(shí)速度。不變,但其做圓
LV
周運(yùn)動的半徑從L突變?yōu)榱猓蒾=:可知小球的角速度突然增大,選項(xiàng)A正確,
B錯(cuò)誤;根據(jù)Fr—可知小球受到的拉力增大,由牛頓第三定律知,小球
對細(xì)線的拉力增大,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。
二、非選擇題(共19分)
4.(9分)如圖所示,水平轉(zhuǎn)盤上放有質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點(diǎn)),連接物
體和轉(zhuǎn)軸的繩子長為〃物體與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力是其壓力的〃倍,轉(zhuǎn)盤的
角速度由零逐漸增大,求:
(1)繩子對物體的拉力為零時(shí)的最大角速度;
⑵當(dāng)角速度為、陽時(shí),繩子對物體拉力的大小。
答案:⑴(2)5mg
解析:(1)當(dāng)恰由最大靜摩擦力提供向心力時(shí),繩子拉力為零且轉(zhuǎn)速達(dá)到最大,
設(shè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度為g0,則
]Limg=mojir,得
(2)當(dāng)'用時(shí),①>①°,所以繩子的拉力F和最大靜摩擦力共同提供向
心力,此時(shí),F(xiàn)-\-/jmg=mco2r
即F+i,img=m^^-r,得F=^/.imgo
5.(10分)如圖所示,質(zhì)量加=50kg的跳臺滑雪運(yùn)動員(視為質(zhì)點(diǎn))經(jīng)過一段
半徑R=2Qm的圓弧加速滑行后,從O點(diǎn)(O點(diǎn)正好在圓弧對應(yīng)圓心的正下方)
水平飛出,落到斜坡上的A點(diǎn),已知斜坡與水平面的夾角。=37。,。點(diǎn)到A點(diǎn)
的距離L=75m,不計(jì)空氣阻力(取$皿37。=0.6,0?37。=0.8,g=10m/s2),求:
(1)運(yùn)動員在空中運(yùn)動的時(shí)間r;
(2)運(yùn)動員剛到達(dá)。點(diǎn)時(shí)受到。點(diǎn)的支持力大小N。
答案:(l)3s(2)1500N
1h
解析:(1)設(shè)0、A的豎直距離為〃,有/z=;gF,根據(jù)幾何關(guān)系可知
解得r=3so
(2)設(shè)0、A的水平距離為x,運(yùn)動員剛離開。點(diǎn)時(shí)的速度為優(yōu),有
x=/zcos。=60m,uo=~=2Om/s,根據(jù)向心力公式,有N—mg=n噂,解得
N=1500No
3向心加速度
合格考
一'選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)
1.如圖所示,質(zhì)量為根的木塊從半徑為R的半球形碗口下滑到碗的最低點(diǎn)
的過程中,如果由于摩擦力的作用使木塊的速率不變,那么(D)
A.加速度為零
B.加速度恒定
C.加速度大小不變,方向時(shí)刻改變,但不一定指向圓心
D.加速度大小不變,方向時(shí)刻指向圓心
解析:由題意知,木塊做勻速圓周運(yùn)動,木塊的加速度大小不變,方向時(shí)刻
指向圓心,D正確,A、B、C錯(cuò)誤。
2.如圖所示,風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上有P、Q兩點(diǎn),其中P在葉片的端點(diǎn),Q
在另一葉片的中點(diǎn).當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動時(shí),下列說法正確的是(A)
A.兩點(diǎn)的向心加速度大小不同
B.兩點(diǎn)的向心加速度方向相同
C.兩點(diǎn)的線速度大小相等
D.兩點(diǎn)的線速度方向相同
解析:風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上P、。兩點(diǎn)屬于同軸轉(zhuǎn)動,故他們的角速度相等,
由向心加速度公式。=療「,可知半徑,不相等,所以兩點(diǎn)的向心加速度大小不同,
故A正確;風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上P、。兩點(diǎn)在做勻速圓周運(yùn)動,向心加速度的方向
時(shí)刻指向圓心,所以兩點(diǎn)的向心加速度方向不相同,故B錯(cuò)誤;由線速度與角
速度的關(guān)系P、Q兩點(diǎn)的半徑/?不相等,故線速度的大小不相等,故C
錯(cuò)誤;由于做勻速圓周運(yùn)動,故線速度的方向位于切線方向,所以P、。兩點(diǎn)的
線速度方向不相同,故D錯(cuò)誤。
3.(2021.湖北孝感市高一開學(xué)考試)如圖所示,一小物塊以大小為4m*的
向心加速度做勻速圓周運(yùn)動,半徑R=lm,則下列說法正確的是(B)
A.小物塊做圓周運(yùn)動的周期為1s
B.小物塊運(yùn)動的角速度為2rad/s
C.小物塊在兀s內(nèi)通過的路程為零
D.小物塊在尸;s內(nèi)通過的位移大小為為m
解析:根據(jù)向心加速度的公式有m=誓旦代入數(shù)據(jù)有了=成,A錯(cuò)誤;根
據(jù)向心加速度的公式有m=口2凡代入數(shù)據(jù)有0=2rad/s,B正確;路程為物體
運(yùn)動軌跡的長度,而兀s內(nèi)小物塊剛好走過一圈,則小物塊的路程為2E,C錯(cuò)
誤;小物塊在內(nèi)剛好走過90。,則位移為啦m,D錯(cuò)誤。
4.(多選)(2021.石嘴山市第三中學(xué)高一月考)關(guān)于向心加速度,下列說法正確
的是(BD)
A.向心加速度是描述線速度變化快慢的物理量
B.向心加速度只改變線速度的方向,不改變線速度的大小
C.向心加速度大小恒定,方向時(shí)刻改變
D.物體做變速圓周運(yùn)動時(shí),向心加速度的大小也可用。=。2廠來計(jì)算
解析:向心加速度是描述線速度方向變化快慢的物理量,故A錯(cuò)誤;向心加
速度與速度方向垂直,只改變線速度方向不改變大小,故B正確;只有在勻速
圓周運(yùn)動中,向心加速度大小才恒定,故C錯(cuò)誤;物體做變速圓周運(yùn)動時(shí),向
心加速度的大小也可用來計(jì)算,故D正確。
5.(多選)自行車的大齒輪、小齒輪、后輪三個(gè)輪子的半徑不一樣,它們的邊
緣上有三個(gè)點(diǎn)A、B、C。向心加速度隨半徑變化圖像如圖所示,可以知道(AD)
A.A、B兩點(diǎn)加速度關(guān)系滿足甲圖線
B.A、8兩點(diǎn)加速度關(guān)系滿足乙圖線
C.B、C兩點(diǎn)加速度關(guān)系滿足甲圖線
D.B、C兩點(diǎn)加速度關(guān)系滿足乙圖線
解析:A、8兩點(diǎn)線速度大小相等,根據(jù)所=:可知選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;B、
。兩點(diǎn)角速度相等,根據(jù)知可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。
6.(多選)如圖所示為一壓路機(jī)的示意圖,其大輪半徑是小輪半徑的1.5倍,
A、B分別為大輪和小輪邊緣上的點(diǎn)。在壓路機(jī)前進(jìn)時(shí),A、8兩點(diǎn)的(AD)
A.線速度之比為IM:0B=1:1
B.線速度之比為0A:08=3:2
C.角速度之比為04:COB=3:2
D.向心加速度之比為?:劭=2:3
解析:壓路機(jī)前進(jìn)時(shí),其輪子邊緣上的點(diǎn)參與兩個(gè)分運(yùn)動,即繞軸心的轉(zhuǎn)動
和隨著車的運(yùn)動;與地面接觸點(diǎn)速度為零,故A、B兩點(diǎn)圓周運(yùn)動的線速度大小
都等于汽車前進(jìn)的速度大小,故A、8兩點(diǎn)的線速度之比以::1,故選項(xiàng)
A正確,B錯(cuò)誤;A、B兩點(diǎn)的線速度之比內(nèi)::1,根據(jù)公式。=”可知,
線速度相等時(shí)角速度與半徑成反比,故A、B兩點(diǎn)的角速度之比“A:OB=竽=2
以
1)2
:3,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由。=不可知,A、B兩點(diǎn)的向心加速度之比aA:aB=—=1
:3,故選項(xiàng)D正確。
二、非選擇題(共24分)
7.(10分)(2021?天津市軍糧城中學(xué)高一月考)如圖所示,一半徑為火=2m的
圓環(huán),以直徑A8為軸勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動周期T=2s,環(huán)上有M、N兩點(diǎn),與轉(zhuǎn)軸
的夾角分別為60。和30。,求:
;
(1)M點(diǎn)的線速度大??;
(2)N點(diǎn)的向心加速度大小。
答案:(1N57tm/s(2)兀2mzs2
2兀
解析:(1)M點(diǎn)的角速度為a)=亍=7rrad/s,
M點(diǎn)的線速度為v=coRsin600=小兀m/s。
(2)N點(diǎn)的角速度與M點(diǎn)的角速度相同,則有N點(diǎn)的向心加速度為a=02/?sin
30°=7r2m/s2o
8.(14分)(2021?廣州市第四中學(xué)高一月考)如圖所示,用內(nèi)壁光滑的薄壁細(xì)圓
管彎成的由半圓形AB(圓半徑比細(xì)管的內(nèi)徑大得多)和直線8C組成的軌道固定在
水平桌面上,已知AB部分的半徑R=1.0m。彈射裝置將一個(gè)質(zhì)量為0.1kg的小
球(可視為質(zhì)點(diǎn))以a)=3m/s的水平初速度從A點(diǎn)射入軌道,小球從C點(diǎn)離開軌
道隨即水平拋出,桌子的高度/z=0.8m,不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2。求:
(1)小球在半圓軌道上運(yùn)動時(shí)的角速度口、向心加速度a的大?。?/p>
(2)小球在空中做平拋運(yùn)動的時(shí)間及落到地面D點(diǎn)時(shí)的速度大小。
答案:(l)(y=3rad/s,a=9m/s2(2)r=0.4s,VD=5m/s
解析:(1)小球在半圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動,則有
Vo=coR,a=CD2R,
代入數(shù)據(jù)有。=3rad/s,a=9m/s2o
(2)小球在空中做平拋運(yùn)動,豎直方向有
,1o
h='gf,Vy=gt,
解得,=0.4s,Oy=4m/s,
則D點(diǎn)的速度大小為VD=7a+哄=5m/So
等級考
一、選擇題(本題共3小題,每題7分,共21分)
1.(2021.臨澧縣第一中學(xué)高一月考)小紅同學(xué)在體驗(yàn)糕點(diǎn)制作“裱花”環(huán)節(jié)
時(shí),她在繞中心勻速轉(zhuǎn)動的圓盤上放了一塊直徑8英寸(20cm)的蛋糕,在蛋糕
邊緣每隔4s均勻“點(diǎn)”一次奶油,蛋糕轉(zhuǎn)動一周正好均勻“點(diǎn)”上15點(diǎn)奶油。
下列說法正確的是(B)
A.圓盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速約為2兀r/min
7T
B.圓盤轉(zhuǎn)動的角速度大小為而rad/s
TT
C.蛋糕邊緣的線速度大小約為全m/s
D.蛋糕邊緣的向心加速度約為90m/s2
解析:由題意可知,蛋糕轉(zhuǎn)動的周期為7=15X4s=60s=lmin,則圓盤轉(zhuǎn)
2兀2兀1兀
動的轉(zhuǎn)速約為1r/min,A錯(cuò)誤;圓盤轉(zhuǎn)動的角速度大小為a)=T=60rad/s=30
.TTjr
rad/s,B正確;蛋糕邊緣的線速度大小約為v=rw=0.1m/s=丞而m/s,C
錯(cuò)誤;蛋糕邊緣的向心加速度約為a=r"=o.ix(表)2m/s2=b^而m/s2,D錯(cuò)
DUyuuu
誤。
2.(2021.廣東廣州市第二中學(xué)高一月考)圖為明代出版的《天工開物》中的
牛力齒輪,體現(xiàn)我國古代勞動人民的科學(xué)智慧。圖中A、B、。為該器械的三個(gè)
齒輪,牛拉動橫桿帶動齒輪A轉(zhuǎn)動,A與8的輪齒接觸良好,B與C通過橫軸
連接。已知三個(gè)齒輪的半徑關(guān)系為&=2RB=4RC。當(dāng)牛做勻速轉(zhuǎn)動時(shí),A、B、
C三個(gè)齒輪邊緣的關(guān)系,下列說法正確的是(A)
A.線速度之比分別為2:2:1
B.角速度之比分別為2:1:1
C.向心加速度之比4:2:1
D.周期之比1:1:2
解析:齒輪A與齒輪B是同緣傳動,邊緣點(diǎn)線速度大小相等辦=加,根據(jù)公
式。=如?可知,詈=粵=/而8與C是同軸傳動,角速度相等gB=OC,根據(jù)
COBKAZ
公式?可知,詈=宗=率三個(gè)點(diǎn)的線速度大小之比為2:2:1,故A正確;
VcAC1
三個(gè)點(diǎn)的角速度之比分別為1:2:2,故B錯(cuò)誤;根據(jù)向心加速度。=:=療「。
可知華=合巖,詈=粵=*故三個(gè)點(diǎn)的向心加速度之比為1:2:1,故C錯(cuò)誤;
aBKA2acKc1
根據(jù)周期T=§可知,三個(gè)點(diǎn)的周期之比為::J:J=2:1:1,故D錯(cuò)誤。
3.(多選)(2021.安徽師大附中高一下學(xué)期月考)如圖所示,豎直固定的錐形漏
斗內(nèi)壁是光滑的,內(nèi)壁上有兩個(gè)質(zhì)量相等的小球A和3,在各自不同的水平面內(nèi)
做勻速圓周運(yùn)動。以下關(guān)于A、B兩球做圓周運(yùn)動時(shí)的速度(0、0B)、角速度(。小
CDB)、加速度(04、和對內(nèi)壁的壓力(FNA、FNB)的說法正確的是(AC)
A.VA>VBB.O)A>CDB
C.UA=CIBD.FNA>FNZ?
解析:對小球受力分析如圖所示,可得FN=U3,您=言》由于兩個(gè)小球
的質(zhì)量相同,并且都是在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,即。相同,所以兩個(gè)小球的
向心力大小和受到的支持力大小都相等,所以有八人=尺8,。4=劭,故C正確、
D錯(cuò)誤;向心力大小相等,由向心力的公式居=〃?:可知,半徑大的,線速度大,
所以辦>0B,故A正確;由向心力的公式居=〃〃汝>2可知,半徑大的,角速度小,
所以孫<。8,故B錯(cuò)誤。
二'非選擇題(共19分)
4.(9分)如圖所示,有一質(zhì)量為機(jī)的小球在光滑的半球形碗內(nèi)做勻速圓周運(yùn)
動,軌道平面在水平面內(nèi)。已知小球與半球形碗的球心。的連線跟豎直方向的
夾角為仇半球形碗的半徑為R,重力加速度為g,求小球做勻速圓周運(yùn)動的速
度大小及碗壁對小球的彈力大小。
答案:而收熱mg
cos0
解析:對小球受力分析如圖所示,
2
nw八
mgtanr=/?sinaFNCOS0=mg
聯(lián)立解得『n勺離,F(xiàn)NW
5.(10分)(2021.河北石家莊市高一期末)如圖所示,在繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動的水
平圓盤盤面上,離軸心r=20cm處放置一小物塊,其質(zhì)量為〃z=2kg,物塊與圓
盤間的動摩擦因數(shù)〃=0.5。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動的角速度co=2rad/s時(shí),物塊隨圓盤一起
轉(zhuǎn)動,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,取重力加速度g=10m/s2。求:
(0
(1)物塊的線速度大??;
(2)物塊的向心加速度大?。?/p>
(3)欲使物塊與盤面間不發(fā)生相對滑動,則圓盤轉(zhuǎn)動的角速度不能超過多大?
答案:⑴0.4m/s(2)0.8m/s2(3)5rad/s
解析:(1)當(dāng)①=2rad/s時(shí),滑塊的線速度:v=cor=0.4m/so
22
(2)當(dāng)①=2rad/s時(shí),滑塊的向心加速度:a=cur=0.8m/so
(3)當(dāng)物塊剛要發(fā)生滑動時(shí)最大靜摩擦力充當(dāng)向心力,設(shè)此時(shí)圓盤轉(zhuǎn)動的角
速度為CDO,
由牛頓第二定律得f=/umg=mrcol,
解得:(oo=5rad/s,故圓盤轉(zhuǎn)動的角速度不能超過5rad/s0
4生活中的圓周運(yùn)動
合格考
一、選擇題(本題共8小題,每題6分,共48分)
1.(2021.山東省濰坊市五縣市(區(qū))高一下學(xué)期調(diào)研)“神舟十號”飛船繞地球
的運(yùn)動可視為勻速圓周運(yùn)動,“神舟十號”航天員在“天宮一號”中展示了失重
環(huán)境下的物理實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象,下列四幅圖中的行為可以在“天宮一號”艙內(nèi)完成的
有(D)
ABCD
A.用臺秤稱量重物的質(zhì)量
B.用水杯喝水
C.用沉淀法將水與沙子分離
D.給小球一個(gè)很小的初速度,小球就能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動
解析:重物處于完全失重狀態(tài),對臺秤的壓力為零,無法通過臺秤稱量重物
的質(zhì)量,故A錯(cuò)誤;水杯中的水處于完全失重狀態(tài),不會因重力而流入嘴中,
故B錯(cuò)誤;沙子處于完全失重狀態(tài),不能通過沉淀法與水分離,故C錯(cuò)誤;小
球處于完全失重狀態(tài),給小球一個(gè)很小的初速度,小球能在拉力作用下在豎直面
內(nèi)做圓周運(yùn)動,故D正確。
2.由上海飛往美國洛杉磯的飛機(jī)在飛越太平洋上空的過程中,如果保持飛
行速度的大小和距離海平面的高度均不變,則以下說法中正確的是(C)
A.飛機(jī)做的是勻速直線運(yùn)動
B.飛機(jī)上的乘客對座椅的壓力略大于地球?qū)Τ丝偷囊?/p>
C.飛機(jī)上的乘客對座椅的壓力略小于地球?qū)Τ丝偷囊?/p>
D.飛機(jī)上的乘客對座椅的壓力為零
解析:由于人同飛機(jī)一同做勻速圓周運(yùn)動,地球?qū)θ说囊妥螌θ说闹?/p>
V2
持力的合力提供人做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力,即/引一廠文=既。由此可以
知道E介E支,由牛頓第三定律產(chǎn)支=尸壓,所以C項(xiàng)正確。
3.(2021,廣東省佛山一中高一下學(xué)期檢測)如圖,是用模擬實(shí)驗(yàn)來研究汽車
通過拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)對橋面的壓力。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,三合板上表面事先鋪上一
層牛仔布以增加摩擦,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),關(guān)于實(shí)驗(yàn)中電子秤的示數(shù)下列說法正確的是(D)
A.玩具車靜止在拱橋頂端時(shí)的示數(shù)小一些
B.玩具車運(yùn)動通過拱橋頂端時(shí)的示數(shù)大一些
C.玩具車運(yùn)動通過拱橋頂端時(shí)處于超重狀態(tài)
D.玩具車運(yùn)動通過拱橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱橋),示數(shù)越小
解析:玩具車通過拱橋頂端時(shí)處于失重狀態(tài),速度越大示數(shù)越小,故選項(xiàng)D
正確。
4.(2021?吉林松原市高一月考)現(xiàn)在城市多路口交匯的地方,車流量非常大,
為了應(yīng)對,設(shè)置了環(huán)島交通設(shè)施,需要通過路口的車輛都要按照逆時(shí)針方向行進(jìn),
有效減少了交通事故發(fā)生。假設(shè)環(huán)島路為圓形,外車道半徑為72m,內(nèi)車道半
徑為50m,汽車受到的最大靜摩擦力等于車重的0.8倍,g取lOmH,當(dāng)汽車勻
速率通過環(huán)形路段時(shí),則汽車的運(yùn)動(D)
A.一定受到恒定的合外力作用
B.受重力、彈力、摩擦力和向心力的作用
C.最大速度不能超過20m/s
D.最大速度不能超過24m/s
解析:汽車在水平路面上做勻速圓周運(yùn)動,合力等于向心力,方向始終指向
圓心,是變力,A錯(cuò)誤;重力、彈力、摩擦力是性質(zhì)力,向心力是效果力,不能
單獨(dú)作為一個(gè)力去進(jìn)行受力分析,B錯(cuò)誤;汽車受到的摩擦力提供向心力,則林mg
=叼7,解得。=24m/s,即汽車最大速度不能超過24m/s,C錯(cuò)誤,D正確。
5.(2021.貴溪市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一月考)一汽車通過拱形橋頂點(diǎn)時(shí)速度為10m/s,
車對橋頂?shù)膲毫檐囍氐墓?,如果要使汽車在橋頂對橋面沒有壓力,車速至少為
(B)
A.15m/sB.20m/s
C.25m/sD.30m/s
33v2
解析:車對橋頂?shù)膲毫檐囍氐?時(shí),mg—7ng="斤解得R=40m,車
.,V12
在橋頂對橋面沒有壓力時(shí)〃吆=加1,解得切=20m/s,故選B。
6.(多選)(2021.黑龍江大慶市大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一開學(xué)考試)如圖所示,在勻速
轉(zhuǎn)動的洗衣機(jī)脫水筒側(cè)壁上,有一件濕衣服隨圓筒一起轉(zhuǎn)動而未滑動,則
(CD)
A.衣服受到重力、筒壁的彈力和摩擦力、向心力的作用
B.增大脫水筒轉(zhuǎn)動的角速度,筒壁對衣服的摩擦力也變大
C.洗衣機(jī)脫水桶甩干衣服利用的是離心現(xiàn)象
D.增大脫水筒轉(zhuǎn)動的角速度,脫水效果會更好
解析:衣服受到重力,筒壁的彈力,摩擦力,故A錯(cuò)誤;對衣服受力分析,
在豎直方向,受到重力和摩擦力,大小相同,故摩擦力不變,故B錯(cuò)誤;脫水
過程中,衣物做離心運(yùn)動而甩向桶壁。水滴依附的附著力是一定的,當(dāng)水滴和衣
物一起做高速圓周運(yùn)動的時(shí)候,因水滴做圓周運(yùn)動所需的向心力大于該附著力
時(shí),水滴做離心運(yùn)動,被沿切線方向甩出,故C正確;水滴依附的附著力是一
定的,根據(jù)向心力公式尸=/加/「,角速度越大,需要的向心力越大,脫水效果會
更好,D正確。
7.(多選)鐵道轉(zhuǎn)彎處內(nèi)、外鐵軌間設(shè)計(jì)有高度差,可以使火車順利轉(zhuǎn)彎,下
列說法中正確的是(BD)
A.主要是為了減少車輪與鐵軌間的摩擦
B.主要是為了減少輪緣與鐵軌間的擠壓
C.內(nèi)軌應(yīng)略高于外軌
D.重力和支持力的合力為火車轉(zhuǎn)彎提供了向心力
解析:鐵道轉(zhuǎn)彎處,軌道設(shè)計(jì)成外軌高于內(nèi)軌,目的是讓重力和彈力的合力
提供向心力,避免軌道對車輪輪緣產(chǎn)生側(cè)向擠壓力,以保護(hù)內(nèi)軌和外軌。故A、
C錯(cuò),B、D對。
8.(多選)(2021.安徽省定遠(yuǎn)縣第三中學(xué)高一月考)如圖所示,粗糙水平圓盤上,
可視為質(zhì)點(diǎn)的木塊A、B疊放在一起,放在水平轉(zhuǎn)臺上隨轉(zhuǎn)臺一起繞固定轉(zhuǎn)軸勻
速轉(zhuǎn)動,A的質(zhì)量為加,8的質(zhì)量為2已知A、B到轉(zhuǎn)動軸的距離為r=lm,
A與8間的動摩擦因數(shù)為0.2,B與轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)為0.3,(最大靜摩擦力
等于滑動摩擦力,取g=10m/s2)則下列說法正確的是(BC)
A.8對A的摩擦力方向與A的速度方向相反
B.盤對8的摩擦力是8對A的摩擦力的3倍
C.如木塊與轉(zhuǎn)臺始終保持相對靜止,轉(zhuǎn)臺角速度①的最大值為&rad/s
D.如木塊A、B與轉(zhuǎn)臺始終保持相對靜止,轉(zhuǎn)臺角速度co的最大值為小rad/s
解析:B對A的摩擦力是A做圓周運(yùn)動的向心力,指向圓心,則8對A的摩
擦力方向與A的速度方向垂直,A錯(cuò)誤;對A分析,根據(jù)牛頓第二定律有尺4=
mrco2,
2
對AB整體分析,根據(jù)牛頓第二定律有F(B=3mrco,
可知盤對B的摩擦力是8對A的摩擦力的3倍,B正確;對A分析〃
=mroj],解得A發(fā)生相對滑動的最大角速度①1=啦rad/so對整體分析,p23mg
=3忖M,B與盤面發(fā)生相對滑動的最大角速度(o2=V3rad/so綜上可知,A、B
與轉(zhuǎn)臺保持相對靜止,轉(zhuǎn)臺最大角速度為啦rad/s,D錯(cuò)誤C正確。
二、非選擇題(共12分)
9.(12分)高速公路拐彎處的路面通常都是外高內(nèi)低。如圖所示,在某路段
汽車向左拐彎,其運(yùn)動可視為半徑為R的圓周運(yùn)動,汽車左側(cè)的路面比右側(cè)的
路面低一些,高度差為小路基的水平寬度為d,路面的寬度為已知重力加速
度為g,要使車輪與路面之間的橫向(即垂直于前進(jìn)方向)摩擦力等于零,汽車轉(zhuǎn)
彎時(shí)的車速應(yīng)為多少?
答案:得
解析:要使車輪與路面之間的橫向摩擦力等于零,應(yīng)使汽車受到的重力、支
持力的合力恰好作為向心力,由向心力公式可得〃吆tane=?r后其中路面與水平
h
面的夾角滿足tan。=),
聯(lián)立可得0=、^^。
等級考
一、選擇題(本題共3小題,每題8分,共24分)
1.(2021?浦東新區(qū)上海市浦東復(fù)旦附中分校高一月考)如圖,鐵路在彎道處
的內(nèi)外軌道高低是不同的,已知內(nèi)外軌道對水平面傾角為仇彎道處的圓弧半徑
為R,若質(zhì)量為機(jī)的火車以速度。通過某彎道時(shí),內(nèi)、外軌道均不受側(cè)壓力作用,
下面分析正確的是(C)
A.v=y[gR
B.若火車速度小于。時(shí),外軌將受到側(cè)壓力作用,其方向平行軌道平面向
內(nèi)
C.火車的速度越大,軌道對火車的彈力越大
D.無論火車以何種速度行駛,對內(nèi)側(cè)軌道都有壓力
解析:火車以某一速度。通過某彎道時(shí),內(nèi)、外軌道均不受側(cè)壓力作用,其
所受的重力和支持力的合力提供向心力,效果如圖所示
7)-___________
由牛頓第二定律得/7a=mgtan。=m方,解得v=\gRtan8。故A、D錯(cuò)誤;
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,內(nèi)軌受到側(cè)壓
力作用方向平行軌道平面向內(nèi),故B錯(cuò)誤;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不足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,火車的速度越大,軌道對火車的彈力越大,
故C正確。
2.(2021.海城市高級中學(xué)高一月考)圖甲為游樂場中一種叫“魔盤”的娛樂
設(shè)施,游客坐在轉(zhuǎn)動的魔盤上,當(dāng)魔盤轉(zhuǎn)速增大到一定值時(shí),游客就會滑向盤邊
緣,其裝置可以簡化為圖乙。若魔盤轉(zhuǎn)速緩慢增大,則游客在滑動之前(B)
A.受到魔盤的支持力緩慢增大
B.受到魔盤的摩擦力緩慢增大
C.受到的合外力大小不變
D.受到魔盤的作用力大小不變
解析:設(shè)轉(zhuǎn)盤斜面傾角為仇對人受力分析可知,fcosA^sin0=tnarr,為in
mco2r
^+7Vcos0—mg,解得N="?gcos8-仇/="zgsin8+=則隨著魔盤
ian(/
轉(zhuǎn)速緩慢增大,則人受到魔盤的支持力N緩慢減小,人受到魔盤的摩擦力/緩慢
增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;
mg
根據(jù)尸=〃雙2r可知,隨轉(zhuǎn)速增加人受到的合外力大小增大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
人受到魔盤的作用力是支持力和摩擦力的合力,其大小為F'=
、(加期+(加①2r)2,則大小隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3.(多選)在圖示光滑軌道上,小球滑下經(jīng)平直部分沖上圓弧部分的最高點(diǎn)A
時(shí),對圓弧的壓力為mg,已知圓弧的半徑為R,則(BD)
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
C.在最高點(diǎn)A,小球的速度為旃
D.在最高點(diǎn)A,小球的向心加速度為2g
解析:小球在最高點(diǎn)受重力和壓力,由牛頓第二定律得
F^+mg=ma,又尸N=mg,所以a=2g,B、D正確。
二、非選擇題(共16分)
4.(16分)某人站在一平臺上,用長L=0.6m的輕細(xì)線拴一個(gè)質(zhì)量為機(jī)=0.6
kg的小球,讓它在豎直平面內(nèi)以O(shè)點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動,當(dāng)小球轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)A
時(shí),人突然撒手。經(jīng)0.8s小球落地,落地點(diǎn)8與A點(diǎn)的水平距離3C=4.8m,
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