2024-2025學年新教材高中物理課時分層作業(yè)五向心力新人教版必修第二冊

課時分層作業(yè)(五)向心力A級必備學問基礎(chǔ)練1.[2024·天津靜海高一聯(lián)考](多選)關(guān)于勻速圓周運動的向心力，下列說法正確的是()A．向心力是指向圓心方向的合力，是依據(jù)力的作用效果命名的B．向心力可以是多個力的合力，也可以是其中一個力或一個力的分力C．對穩(wěn)定的圓周運動，向心力是一個恒力D．向心力的效果是變更質(zhì)點的線速度大小2．如圖所示，某物體沿14光滑圓弧軌道自最高點滑到最低點的過程中，物體的速率漸漸增大，則(A．物體的合力為零B．物體的合力大小不變，方向始終指向圓心OC．物體的合力就是向心力D．物體的合力方向與其運動方向不垂直(最低點除外)3.鷹在高空中回旋時，垂直于翼面的升力和其重力的合力供應向心力．如圖所示，當翼面與水平面成θ角且以速率v勻速水平回旋時，半徑為()A．R＝v2gcosθBC．R＝tanθv2gD4．[2024·濰坊高一檢測]如圖甲所示為被稱作“雪游龍”的國家雪車雪橇中心，2024年北京冬奧會期間，該場館擔當雪車、鋼架雪車、雪橇三個項目的全部競賽．圖乙為運動員從側(cè)壁冰面過“雪游龍”獨具特色的360°回旋彎道的場景，在某段滑行中運動員沿傾斜側(cè)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則此段運動過程中()A．雪車和運動員所受合外力為零B．雪車受到冰面斜向上的摩擦力C．雪車受到冰面的摩擦力方向與其運動方向相反D．運動員所受雪車的支持力小于自身重力5.如圖所示，一豎直圓筒繞中心軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，小物塊緊貼在圓筒的內(nèi)壁上，相對于圓筒靜止．此時，小物塊受圓筒壁的彈力大小為F，摩擦力大小為Ff.當圓筒以角速度2ω勻速轉(zhuǎn)動時(小物塊相對于圓筒靜止)，小物塊受圓筒壁的()A．摩擦力大小變?yōu)?FfB．摩擦力大小變?yōu)?FfC．彈力大小變?yōu)?FD．彈力大小變?yōu)?F6.如圖所示，一光滑輕桿沿水平方向放置，左端O處連接在豎直的轉(zhuǎn)動軸上，a、b為兩個可視為質(zhì)點的小球，穿在桿上，并用細線分別連接Oa和ab，且Oa和ab兩線長度相等，已知b球質(zhì)量為a球質(zhì)量的3倍．當輕桿繞O處轉(zhuǎn)動軸在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時，Oa和ab兩線的拉力之比為()A．1∶3B．1∶6C．4∶3D．7∶67．鏈球運動員在將鏈球拋擲出去之前，總要雙手抓住鏈條，加速轉(zhuǎn)動幾圈，如圖所示，這樣可以使鏈球的速度盡量增大，拋出去后飛行更遠，在運動員加速轉(zhuǎn)動的過程中，能發(fā)覺他手中與鏈球相連的鏈條與豎直方向的夾角θ將隨鏈球轉(zhuǎn)速的增大而增大，則以下幾個圖像中能描述ω與θ關(guān)系的是()8．(多選)如圖所示，轉(zhuǎn)臺上固定有一長為4L的水平光滑細桿，兩個中心有孔的小球A、B從細桿穿過并用原長為L的輕彈簧連接起來，小球A、B的質(zhì)量分別為3m、2m.豎直轉(zhuǎn)軸處于轉(zhuǎn)臺及細桿的中心軸線上，當轉(zhuǎn)臺繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時()A．小球A、B受到的向心力之比為3∶2B．當輕彈簧長度變?yōu)?L時，小球A做圓周運動的半徑為1.5LC．當輕彈簧長度變?yōu)?L時，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則彈簧的勁度系數(shù)為1.8mω2D．假如角速度漸漸增大，則小球B先接觸轉(zhuǎn)臺邊沿9.如圖所示，飛機做俯沖拉起運動時，在最低點旁邊做半徑r＝180m的圓周運動，假如飛行員的質(zhì)量m＝72kg.飛機經(jīng)過最低點時的速度v＝360km/h(g取10m/s2)，求這時飛行員對座位的壓力．B級關(guān)鍵實力提升練10.[2024·浙江紹興高一下期末]撥浪鼓最早出現(xiàn)在戰(zhàn)國時期，宋代時小型撥浪鼓已成為兒童玩具．四個撥浪鼓于同一高度上，分別系有長度不等的兩根細繩，繩一端系著小球，另一端固定在關(guān)于手柄對稱的鼓沿上，現(xiàn)使鼓繞豎直放置的手柄勻速轉(zhuǎn)動，兩小球在水平面內(nèi)做周期相同的圓周運動．下列各圖中兩球的位置關(guān)系可能正確的是(圖中細繩與豎直方向的夾角α<θ<β)()11.[2024·四川閬中中學高一聯(lián)考](多選)如圖所示，一根細線下端拴一個金屬小球P，細線的上端固定在金屬塊Q上，Q放在帶小孔的水平桌面上．小球在某一水平面內(nèi)做勻速圓周運動(圓錐擺)．現(xiàn)使小球改到一個更高一些的水平面上做勻速圓周運動(圖上未畫出)，兩次金屬塊Q都保持在桌面上靜止．則后一種狀況與原來相比較，下面的推斷中正確的是()A．Q受到桌面的支持力變大B．Q受到桌面的靜摩擦力變大C．小球P運動的角速度變大D．小球P運動的周期變大12.[2024·江蘇常州高一期末]如圖所示，一根原長為L的輕彈簧套在光滑直桿AB上，其下端固定在桿的A端，質(zhì)量為m的小球也套在桿上且與彈簧的上端相連．小球和桿一起繞經(jīng)過桿A端的豎直軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，且桿與水平面間的夾角始終保持θ＝37°，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)．已知桿處于靜止狀態(tài)時彈簧長度為0.5L，重力加速度為g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.(1)求彈簧處于原長時，小球的角速度ω0；(2)當桿的角速度ω＝54gL課時分層作業(yè)(五)向心力1．解析：勻速圓周運動的向心力指向圓心，向心力是指向圓心方向的合力，是依據(jù)力的作用效果命名的，故A正確；向心力可以是多個力的合力，也可以是其中一個力或一個力的分力，故B正確；對于穩(wěn)定的圓周運動，向心力的大小不變，但向心力的方向始終指向圓心，方向時刻在變更，所以向心力肯定是變力，故C錯誤；向心力始終與速度方向垂直，只變更速度的方向，不變更速度的大小，故D錯誤．答案：AB2．解析：A錯：物體做加速曲線運動，合力不為零．B錯：物體做速度增大的圓周運動，合力不指向圓心．C錯：合力沿半徑方向的分力供應向心力．D對：合力沿切線方向的分力使物體的速度變大，即除在最低點外，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．答案：D3．解析：鷹做勻速圓周運動，受力如圖所示，合力供應向心力，則有mgtanθ＝meq\f(v2,R)，解得半徑為R＝eq\f(v2,gtanθ)，故選項B正確．答案：B4．解析：雪車和運動員沿傾斜側(cè)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，處于非平衡狀態(tài)，所受合外力不為零，A錯誤；雪車受到的摩擦力是滑動摩擦力，與相對冰面運動方向相反，故受到的摩擦力方向與其運動方向相反，B錯誤，C正確；雪車和運動員沿傾斜側(cè)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，運動員所受到的合外力指向軌跡圓心，故所受雪車的支持力大于自身重力，D錯誤．答案：C5．解析：對小物塊進行受力分析可知，其受重力、圓筒壁的彈力和靜摩擦力作用，小物塊在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，圓筒壁的彈力供應向心力，依據(jù)向心力公式，在水平方向有F＝mω2r，可知當圓筒的角速度變成2ω后，小物塊受到圓筒壁的彈力的大小變?yōu)?F，C正確，D錯誤；由于小物塊相對圓筒靜止，依據(jù)平衡條件，在豎直方向有Ff＝mg，可知靜摩擦力的大小與角速度無關(guān)，A、B錯誤．答案：C6．解析：設(shè)Oa、ab段細線長為l，由牛頓其次定律，對a球有FOa－Fab＝mω2l；對b球有Fab＝3mω2·2l，由以上兩式得，Oa和ab兩線的拉力之比為7∶6，選項D正確．答案：D7．解析：設(shè)鏈條長為L，鏈球圓周運動的向心力是重力mg和拉力FT的合力，向心力Fn＝mgtanθ＝mω2(Lsinθ)，解得ω2＝eq\f(g,Lcosθ)，故選項D正確，A、B、C錯誤．答案：D8．解析：A錯：轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動時，小球A、B受到的向心力均由彈簧的彈力供應，則向心力大小相等．B錯：當輕彈簧長度變?yōu)?L時，設(shè)小球A做圓周運動的半徑為rA，則3mωeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))rA＝2mωeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))(2L－rA)，解得rA＝0.8L.C對：當輕彈簧長度變?yōu)?L時，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則k(3L－L)＝3mω2rA＝2mω2(3L－rA)，解得rA＝1.2L，k＝1.8mω2.D對：因rB>rA，則當角速度漸漸增大時，小球B先接觸轉(zhuǎn)臺邊沿．答案：CD9．解析：飛行員在最低點時，受到重力mg和座位對他的支持力FN，則有Fn＝FN－mg＝meq\f(v2,r)，其中v＝360km/h＝100m/s，代入上式得FN＝mg＋meq\f(v2,r)＝(72×10＋72×eq\f(1002,180))N＝4720N，由牛頓第三定律可知飛行員對座位的壓力大小為F′N＝FN＝4720N，方向向下．答案：4720N，方向向下10.解析：由題可知，小球做勻速圓周運動，角速度相同，受力分析如圖，設(shè)繩長為L′，其反向延長線與撥浪鼓轉(zhuǎn)軸交點為O，小球到轉(zhuǎn)軸上O點的距離為L，繩與撥浪鼓連接處為A.依據(jù)牛頓其次定律得mgtanθ＝mω2Lsinθ，小球轉(zhuǎn)動平面與O點豎直距離h＝Lcosθ，聯(lián)立可得h＝eq\f(g,ω2)，又通過幾何關(guān)系可知h＝L′cosθ＋OAcosθ，即繩子反向延長線與撥浪鼓轉(zhuǎn)軸交點O到小球轉(zhuǎn)動平面的高度h恒定，繩子與撥浪鼓連接點A離小球圓周運動平面的距離h′＝L′cosθ＝h－OAcosθ，繩子長度L′越大，則偏轉(zhuǎn)角θ越大，h′越大．故選C.答案：C11．解析：對小球受力分析，設(shè)細線的拉力大小為FT，細線與豎直方向夾角為θ，細線的長度為l，則有FTcosθ＝mg，F(xiàn)Tsinθ＝m(2π/T)2r，r＝lsinθ，解得T2＝4π2lcosθ/g，ω2＝g/(lcosθ)，當小球位置上升時，周期減小，角速度增大，C正確，D錯誤；金屬塊Q處于平衡狀態(tài)，有FN＝Mg＋FTcosθ＝(M＋m)g，支持力不變，A錯誤；水平方向上有Ff＝FTsinθ＝mgtanθ，小球的位置上升，θ增大，F(xiàn)f增大，B正確．答案：BC12．解析：(1)彈簧為原長時，小球只受到重力和桿的支持力，合力供應向心力mωeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))Lcosθ＝mgtanθ解得ω0＝eq\f(1,4)eq\r(\f(15g,L)).(2)小球靜止時，受力平衡mgs