【物理】圓周運動單元檢測（B卷）-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第六章圓周運動——2023-2024學(xué)年高一物理人教版（2019）必修二單元檢測卷（B卷）一、選擇題（本題共10小題，每小題5分，共50分）1.汽車在行駛過程中，輪胎壓強至關(guān)重要，當(dāng)輪胎壓強較小時，汽車行駛不平穩(wěn)，容易爆胎，因此很多汽車上安裝有輪胎壓強報警裝置（簡稱“胎壓報警”）。一種“胎壓報警”裝置的原理是：當(dāng)輪胎壓強減小時，其輪胎半徑變小，行駛時其轉(zhuǎn)速與其他車輪不同，傳感器監(jiān)測每個車輪的轉(zhuǎn)速，當(dāng)胎壓減小的車輪轉(zhuǎn)速與其他車輪相差太大時，傳感器發(fā)出報警信號，下列說法正確的是()A.汽車行駛時，輪胎邊緣相對路面做圓周運動B.汽車行駛時，輪胎邊緣每個點的速度大小都相同C.汽車行駛時，胎壓減小的輪胎轉(zhuǎn)速比正常輪胎轉(zhuǎn)速小D.汽車行駛時，胎壓減小的輪胎轉(zhuǎn)速比正常輪胎轉(zhuǎn)速大2.我國雙人花樣滑冰運動員在冰面上以如圖所示的姿勢繞男運動員旋轉(zhuǎn)。圖中P、Q兩點分別位于男、女運動員的手臂上，下列說法正確的是()A.角速度 B.角速度 C.線速度 D.線速度3.如圖所示，A、B輪通過皮帶傳動，A、C輪通過摩擦傳動，半徑，各接觸面均不打滑，則A、B、C三個輪的邊緣點的線速度和角速度之比分別為()A.，B.，C.，D.，4.如圖所示，自行車的大齒輪、小齒輪、后輪三個輪子的半徑不一樣，它們的邊緣上有三個點A、B、C，關(guān)于它們的線速度、角速度、周期、向心加速度大小，下列關(guān)系式正確的是()A. B. C. D.5.摩托車轉(zhuǎn)彎時容易發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻，所以除了控制速度外，車手要將車身傾斜一個適當(dāng)角度，使車輪受到路面的徑向靜摩擦力與路面對車支持力的合力沿車身(過重心)。如圖所示，某摩托車沿水平路面以恒定速率轉(zhuǎn)彎過程中車身與路面間的夾角為37°，轉(zhuǎn)彎半徑為30m，估算摩托車的轉(zhuǎn)彎速度為()

A.15m/s B.20m/s C.27m/s D.30m/s6.如圖所示的陀螺，是我們很多人小時候喜歡玩的玩具。從上往下看（俯視），若陀螺立在某一點順時針勻速轉(zhuǎn)動，此時滴一滴墨水到陀螺，則被甩出的墨水徑跡可能是下列的()A. B. C. D.7.如圖所示為蔡特曼和葛正權(quán)改進后的測定分子速度大小的裝置簡圖。銀蒸氣分子從小爐O的細縫中逸出，而后沿虛線通過圓筒上的細縫進入圓筒C并落在玻璃板G上。已知銀分子進入圓筒時，和在同一直線上，玻璃板G厚度不計，圓筒C的直徑為d，轉(zhuǎn)速為n，銀分子在玻璃板G上的落點與b之間的弧長為s。則銀分子的最大速率為()A. B. C. D.8.如圖所示是賽車比賽中的某一發(fā)卡彎，甲、乙、丙三條虛線為賽車過此彎道的三種行駛線路，關(guān)于賽車過此彎道的說法正確的是()A.三種線路過彎時的位移相同B.為獲得更大的過彎速度，應(yīng)選擇乙線路C.賽車手過彎時有被向外甩的趨勢，故賽車手過彎時受到的合力指向彎道外側(cè)D.因賽車過彎時的最大摩擦力相同，故無論從哪條線路過彎賽車的最大向心加速度都相同9.如圖為衣服附著在洗衣機脫水桶側(cè)壁上隨脫水桶一起做勻速圓周運動時的示意圖，由圖可知，衣服受力的個數(shù)為()A.2個 B.3個 C.4個 D.5個10.如圖所示，半徑為R的半球形陶罐和陶罐內(nèi)的物塊（視為質(zhì)點）繞豎直軸從靜止開始緩慢加速轉(zhuǎn)動，當(dāng)達到某一角速度時，物塊受到的摩擦力減為零，此時物塊和陶罐球心O點的連線與之間的夾角為θ，此后保持該角速度做勻速圓周運動，重力加速度大小為g，下列說法正確的是()A.物塊勻速轉(zhuǎn)動的周期為B.物塊勻速轉(zhuǎn)動的線速度大小為C.物塊勻速轉(zhuǎn)動的角速度大小為D.若繼續(xù)增大轉(zhuǎn)動的速度，物塊有下滑的趨勢二、探究題（每空2分，共12分）11.某實驗小組利用如圖所示的裝置進行“探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”實驗。轉(zhuǎn)動手柄，可使塔輪、長槽和短槽隨之勻速轉(zhuǎn)動。塔輪自上而下有三層，每層左、右半徑之比分別是1:1、2:1和3:1.左、右塔輪通過皮帶連接，并可通過改變皮帶所處層來改變左、右塔輪的角速度之比。實驗時，將兩個小球分別放在短槽C處和長槽的A（或B）處，A、C到左、右塔輪中心的距離相等，兩個小球隨塔輪做勻速圓周運動，向心力大小關(guān)系可由標(biāo)尺露出的等分格的格數(shù)判斷。（1）在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系時我們主要用到了物理學(xué)中的______。A.理想實驗法 B.等效替代法 C.控制變量法 D.演繹法（2）如圖所示，實驗中某同學(xué)把兩個質(zhì)量相等的小球放在A、C位置，將皮帶處于左、右兩邊半徑不等的塔輪上，轉(zhuǎn)動手柄，觀察左、右標(biāo)尺的刻度。這是在探究向心力大小F與______（填選項前的字母）。A.質(zhì)量m的關(guān)系 B.半徑r的關(guān)系 C.角速度ω的關(guān)系（3）若兩個質(zhì)量相等的小球放在A、C位置，與皮帶連接的左、右兩個變速塔輪半徑之比為3:1，則標(biāo)尺上的等分格顯示出兩個小球所受向心力之比為______（填選項前的字母）。A.3:1 B.1:3 C.9:1 D.1:912.如圖是向心力演示儀的示意圖，長槽4、短槽5和左右塔輪2和3分別固定在一起。勻速轉(zhuǎn)動手柄1，通過皮帶帶動左右兩個變速塔輪2和3隨之勻速轉(zhuǎn)動，放在長槽和短槽內(nèi)小球?qū)⒃谒矫鎯?nèi)做勻速圓周運動。圖中橫臂6對小球的彈力提供小球做圓周運動的向心力，同時由于橫臂的彈力也使測力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個球所受向心力的大?。?biāo)尺最多可以露出7格）。已知小球放在和B兩個位置時，轉(zhuǎn)動半徑相同，放在和兩個位置時，轉(zhuǎn)動半徑之比為1：2，通過調(diào)節(jié)皮帶的位置，可以給左右兩個塔輪提供三個擋位：即轉(zhuǎn)速比分別是1：1、1：2和1：3。（1）應(yīng)使用________________（選填“等效替代法”、“控制變量法”、“類比法”）來探究影響向心力大小的因素。

（2）在探究向心力與質(zhì)量的關(guān)系時，選用轉(zhuǎn)速比1：1擋位，兩個不同質(zhì)量的小球分別放在擋板B和擋板______（選填“”、“”）處；

（3）在探究向心力與角速度的關(guān)系時，在選取轉(zhuǎn)速比1：3擋位時，由于標(biāo)尺露出的格數(shù)有限，無法觀察到1：9的格數(shù)比。根據(jù)（2）問中探究得到的向心力與質(zhì)量成正比的結(jié)果，可以選用質(zhì)量比為3：1的小球，這樣當(dāng)觀察到標(biāo)尺露出紅白相間的等分格數(shù)之比為________時，就可以說明向心力與角速度的平方成正比。三、計算題（共38分）13.（12分）在一次抗洪救災(zāi)工作中，一架直升機A用長的懸索（重力可忽略不計）系住一質(zhì)量的被困人員B，直升機A和被困人員B一起沿水平方向勻速運動，當(dāng)飛機突然在空中懸停尋找最近的安全目標(biāo)時，致使被困人員B在空中做圓周運動，如圖乙所示，此時懸索與豎直方向成37°角，不計空氣阻力，（，）求（1）被困人員B做圓周運動的線速度；（2）懸索對被困人員B的拉力。14.（12分）如圖所示，一只質(zhì)量為m的螞蟻從碗底沿半徑為R的半球形碗壁向上緩慢爬行，若螞蟻與碗壁間的動摩擦因數(shù)為，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g.求：（1）當(dāng)螞蟻爬到和圓心O的連線與豎直方向成30°角的位置時，它受到的摩擦力；（2）當(dāng)螞蟻爬到和圓心O的連線與豎直方向成45°角的位置時，碗對它的作用力；（3）螞蟻能爬到距碗底的最大高度.15.（14分）如圖所示，有一半徑為R、高為H的圓柱形屋頂，現(xiàn)在屋頂天花板中心的O點用長為L的細繩懸掛一質(zhì)量為m的小球，將小球拉開一個角度，從靜止釋放，小球便能如圖1所示，在豎直面內(nèi)做圓周運動.已知小球的質(zhì)量，繩長，取重力加速度，，.（1）若小球運動到最低點時速度為，求繩對小球的拉力大小F；（2）若給小球一水平速度，如圖2所示，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，當(dāng)角速度時，求此時繩與豎直方向的夾角θ；（3）若圖2中繩的最大張力為8N，當(dāng)小球的速度逐漸增大到繩子斷裂時，小球以的速度落在墻邊，求此圓柱形屋頂?shù)母叨菻和半徑R.

答案以及解析1.答案：D解析：汽車行駛時，輪胎邊緣既繞輪胎軸心做圓周運動，又隨軸心平動，相對路面不是圓周運動，故選項A錯誤；汽車行駛時，輪胎邊緣每個點既繞輪胎軸心做圓周運動，又隨軸心平動，所以輪胎邊緣每個點速度大小不一定相同，故選項B錯誤；汽車行駛時，胎壓減小的輪胎半徑變小，由于線速度大小相同，由可知胎壓減小的輪胎轉(zhuǎn)速比正常輪胎轉(zhuǎn)速大，故選項D正確，C錯誤。2.答案：C解析：AB.P、Q兩點是同軸轉(zhuǎn)動的，角速度相等，AB均錯誤；CD.Q點距轉(zhuǎn)軸較遠，根據(jù)可知C正確，D錯誤。故選C。3.答案：C解析：由題意，裝置A、B輪通過皮帶傳動，A、B邊緣上的點具有相同的線速度；A、C輪通過摩擦傳動，A、C邊緣上的點具有相同的線速度，所以三點的線速度是相等的，則：；根據(jù)線速度與角速度之間的關(guān)系：，得：。A.，與結(jié)論不相符，選項A錯誤；B.，與結(jié)論不相符，選項B錯誤；C.，與結(jié)論相符，選項C正確；D.，與結(jié)論不相符，選項D錯誤。4.答案：D解析：A.由圖可知，大齒輪和小齒輪屬于皮帶傳動，其邊緣點的線速度相等，即故A錯誤；B.小齒輪和后輪屬于同軸轉(zhuǎn)動，其上各點的角速度相等，即故B錯誤；C.根據(jù)向心加速度的公式由于則故C錯誤；D.根據(jù)公式可得故D正確。故選D。5.答案：B解析：把人和摩托車看成一個整體，對其受力分析，受到重力、支持力和摩擦力，由題意可知，地面對整體的兩個力的合力沿著車身，那么此時地面對整體的作用力與整體受的重力指向圓心，由幾何關(guān)系可知：，解得：，故B正確、ACD錯誤。

故選：B。

6.答案：D解析：AB.陀螺的邊緣上的墨水所受陀螺的束縛力消失后，陀螺的邊緣上的墨水以切線方向飛出，故A、B錯誤；CD.陀螺立在某一點順時針勻速轉(zhuǎn)動，所以墨水滴的方向要與順時針方向的前方一致，故C錯誤，D正確；故選D。7.答案：C解析：由題意可知，銀分子打到玻璃板G上所用時間為，若銀分子在圓筒完成第一個周期內(nèi)就打在玻璃板上，則此時銀分子的速度就是最大的，這個過程用的時間，兩個時間是相等的，聯(lián)立解得，故選C。8.答案：B解析：由軌跡可以看出三種線路過彎時的初位置和末位置均不相同，所以三者位移不同，故A錯誤；乙線路所對應(yīng)的軌跡圓的半徑最大，根據(jù)，可知為獲得更大的過彎速度，應(yīng)選擇乙線路，故B正確；賽車手過彎時有被向外甩的趨勢，故賽車手過彎時受到的合力指向彎道內(nèi)側(cè)，故C錯誤；因賽車過彎時的最大摩擦力相同，故無論從哪條線路過彎賽車的最大向心加速度大小相同，方向不同，故D錯誤。9.答案：B解析：衣服附著在洗衣機脫水桶側(cè)壁上隨脫水桶一起做勻速圓周運動，則衣服在豎直方向平衡，受重力和摩擦力，水平方向有洗衣機脫水桶側(cè)壁對衣服的彈力提供向心力，故衣服受三個力的作用，ACD錯誤，B正確。故選B。10.答案：C解析：ABC.物塊做勻速圓周運動的半徑為由題意可知此時物塊所受支持力和重力的合力恰好提供向心力，如圖所示。設(shè)物塊勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則有解得則物塊勻速轉(zhuǎn)動的周期為線速度大小為故AB錯誤，C正確；D.若繼續(xù)增大轉(zhuǎn)動的速度，物塊所受支持力和重力的合力不足以提供向心力，物塊將受到沿內(nèi)壁切線向下的摩擦力，即物塊有上滑趨勢，故D錯誤。故選C。11.答案：（1）C（2）C（3）D解析：（1）在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系時我們主要用到了物理學(xué)中的控制變量法，故選C。（2）根據(jù)可知，若兩個小球的質(zhì)量和運動半徑都相等，則是在研究向心力的大小F與角速度ω的關(guān)系，故選C。（3）左、右塔輪半徑之比為3:1，兩輪邊緣處的線速度大小相等，根據(jù)可知，兩塔輪的角速度之比為1:3，左右兩邊小球受到的向心力之比為1:9，故選D。12.答案：（1）控制變量法；（2）；（3）1：3解析：（1）探究小球的向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系，需要保持轉(zhuǎn)動的角速度、轉(zhuǎn)動的半徑不變；探究小球的向心力大小與轉(zhuǎn)動的半徑的關(guān)系，需要保持小球的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動的角速度不變；因此該實驗中應(yīng)用了控制變量法；（2）根據(jù)控制變量法可知，要探究向心力與質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)保證兩球的角速度和運動半徑相同，使兩球的質(zhì)量不同，所以兩個不同質(zhì)量的小球分別放在擋板B和擋板；（3）根據(jù)向心力公式，根據(jù)題意，選取轉(zhuǎn)速比1：3擋位時，選用質(zhì)量比為3：1的小球根據(jù)向心力公式，對小球1有，對小球2有，代入數(shù)據(jù)聯(lián)立可得。13.答案：（1）（2）解析：（1）被困人員B在空中做圓周運動，對被困人員進行受力分析，受重力和繩子的拉力，則且根據(jù)幾何關(guān)系可知解得（2）設(shè)懸索對被困人員B的拉力為F，則解得14.答案：(1)，方向垂直螞蟻和圓心O的連線向上(2)，方向豎直向上(3)解析：(1)螞蟻緩慢爬行可以認為時刻處于平衡狀態(tài)，當(dāng)螞蟻爬到與圓心O的連線與豎直方向成30°角的位置時，對螞蟻受力分析，螞蟻受到重力、支持力和靜摩擦力作用，靜摩擦力等于重力沿碗壁切線向下的分力，根據(jù)平衡條件可得，方向垂直螞蟻和圓心O的連線向上.(2)當(dāng)螞蟻爬到與圓心O的連線與豎直方向成45°角的位置時，螞蟻處于平衡狀態(tài)，碗對螞蟻的作用力大小等于重力，方向豎直向上.(3)當(dāng)螞蟻爬到最高位置，剛好要打滑時，重力沿碗壁切線向下的分力恰好等于最大靜摩擦力，又最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則有，解得，即，由幾何關(guān)系可求得螞蟻離開碗