2024-2025學(xué)年高中物理第五章曲線運(yùn)動(dòng)4圓周運(yùn)動(dòng)課時(shí)作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGE8-圓周運(yùn)動(dòng)(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),以下說(shuō)法中正確的是 ()A.勻速運(yùn)動(dòng) B.勻變速運(yùn)動(dòng)C.變加速運(yùn)動(dòng) D.以上說(shuō)法都不對(duì)【解析】選C。勻速圓周運(yùn)動(dòng)加速度方向始終指向圓心,加速度是變更的,所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng),故選C。2.下列關(guān)于圓周運(yùn)動(dòng)說(shuō)法正確的是 ()A.勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種勻變速運(yùn)動(dòng)B.向心加速度越大,物體速率變更越快C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合外力為變力D.在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度是恒定的【解析】選C。勻速圓周運(yùn)動(dòng)加速度是變更的,是一種非勻變速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;向心加速度越大,物體速度方向變更越快,速率不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合外力的方向不斷變更,為變力,選項(xiàng)C正確;在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度大小是恒定的,但是方向不斷變更,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.某日,一同學(xué)在游樂(lè)場(chǎng)乘坐摩天輪,已知摩天輪沿順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng),此時(shí)的陽(yáng)光正好垂直水平地面照耀,如圖所示,下列說(shuō)法正確的是 ()A.該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)處于超重狀態(tài)B.該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)所受合力為零C.該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí),他在地面上的影子速度恰好為零D.該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到C、D兩點(diǎn)之間時(shí),他在地面上的影子做加速運(yùn)動(dòng)【解析】選A。由題意知該同學(xué)到A點(diǎn)時(shí)向心加速度向上,處于超重狀態(tài),故A正確;該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)因?yàn)檫€是在做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所受合力供應(yīng)向心力,故合力不為零,所以B錯(cuò)誤;該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí),因其速度水平,故投影到地面時(shí)速度不為零,即影子速度不為零,故C錯(cuò)誤;該同學(xué)運(yùn)動(dòng)到C、D兩點(diǎn)之間時(shí),因其分解到水平方向的運(yùn)動(dòng)在C點(diǎn)速度最大,水平分速度漸漸減小,到達(dá)D點(diǎn)水平分速度為0,所以他在地面上的影子做減速運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。4.如圖所示,紙風(fēng)車(chē)上有A、B兩點(diǎn),當(dāng)風(fēng)車(chē)被風(fēng)吹著繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),A、B兩點(diǎn)的角速度分別為ωA和ωB,線速度大小分別為vA和vB,則 ()A.ωA=ωB,vA<vB B.ωA=ωB,vA>vBC.ωA<ωB,vA=vB D.ωA>ωB,vA=vB【解析】選B。紙風(fēng)車(chē)上的A、B兩點(diǎn)屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,故ωA=ωB,由于rB<rA,依據(jù)v=rω,vB<vA,故B正確?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,甲、乙、丙三個(gè)齒輪的半徑分別為r1、r2、r3。若甲齒輪的角速度為ω1,則丙齒輪的角速度為 ()A.B.C.D.【解析】選A。由甲、乙、丙三個(gè)齒輪依靠齒輪傳動(dòng),三者線速度相同,其半徑分別為r1、r2、r3,則ω1r1=ω2r2=ω3r3,故ω3=,故A正確。5.如圖所示,小強(qiáng)正在蕩秋千。關(guān)于繩上a點(diǎn)和b點(diǎn)的線速度和角速度,下列關(guān)系正確的是 ()A.va=vbB.va>vbC.ωa=ωbD.ωa<ωb【解析】選C。蕩秋千可視為同軸轉(zhuǎn)動(dòng),所以a、b兩點(diǎn)角速度相同;據(jù)v=ωr和a、b兩點(diǎn)的半徑不同,所以有:vb>va,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。6.自行車(chē)變速器的工作原理是依靠線繩拉動(dòng)變速器,變速器通過(guò)變更鏈條的位置,使鏈條跳到不同的齒輪上而變更速度。自行車(chē)的部分構(gòu)造如圖所示,下列有關(guān)說(shuō)法中不正確的是 ()A.自行車(chē)騎行時(shí),后輪邊緣的輪胎與飛輪的角速度相等B.自行車(chē)拐彎時(shí),前輪邊緣與后輪邊緣的線速度大小肯定相等C.自行車(chē)上坡時(shí),理論上采納中軸鏈輪最小擋,飛輪最大擋D.自行車(chē)騎行時(shí),鏈條相連接的飛輪邊緣與中軸鏈輪邊緣的線速度大小相等【解題指南】在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,腳踏板和鏈輪因?yàn)楣草S,有相同的角速度,鏈輪的邊緣和飛輪的邊緣通過(guò)鏈條連接,有相同的線速度大小,飛輪和后輪共軸,有相同的角速度,由此分析即可?！窘馕觥窟xB。后輪與飛輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng),兩者角速度相等,鏈條相連接的飛輪邊緣與中軸鏈輪邊緣由同一條鏈相連,線速度大小相等,A、D正確;上坡時(shí)須要省力,所以要采納中軸鏈輪最小擋,飛輪最大擋,C正確;自行車(chē)拐彎時(shí),前后輪運(yùn)動(dòng)的路程不相同,則前后輪邊緣的線速度大小不相等,B錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖是自行車(chē)傳動(dòng)裝置的示意圖,其中Ⅰ是半徑為R1的大鏈輪,Ⅱ是半徑為R2的小飛輪,Ⅲ是半徑為R3的后輪,假設(shè)腳踏板的轉(zhuǎn)速為n(單位:r/s),則自行車(chē)后輪邊緣的線速度為 ()A.B.C. D.【解析】選D。轉(zhuǎn)速為單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù),所以ω=2πn,因?yàn)橐獪y(cè)量自行車(chē)車(chē)輪Ⅲ邊緣上的線速度的大小,依據(jù)題意知:輪Ⅰ和輪Ⅱ邊緣上的線速度大小相等,據(jù)v=rω可知:R1ω1=R2ω2,已知ω1=2πn,則輪Ⅱ的角速度ω2=ω1=。因?yàn)檩啟蚝洼啟蠊草S,所以轉(zhuǎn)動(dòng)的ω相等即ω3=ω2,依據(jù)v=rω可知,v3=R3ω3=,故D項(xiàng)正確。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)一汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每分鐘轉(zhuǎn)2400周,求:(1)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的周期與角速度。(2)距轉(zhuǎn)軸r=0.2m點(diǎn)的線速度。【解析】(1)由于曲軸每秒鐘轉(zhuǎn)=40周周期T=s曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω==rad/s=80πrad/s(2)已知r=0.2m,因此這一點(diǎn)的線速度v=ωr=80π×0.2m/s=16πm/s答案:(1)s80πrad/s(2)16πm/s8.(12分)某農(nóng)夫獨(dú)創(chuàng)家為家禽養(yǎng)殖者研發(fā)出了一款自動(dòng)拋食機(jī),其原理如圖,將軟食料裝入長(zhǎng)臂末端半圓形金屬碗中,電機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)臂轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)長(zhǎng)臂遇到擋桿時(shí),速度馬上變?yōu)榱?食料被拋出,通過(guò)限制長(zhǎng)臂的轉(zhuǎn)速來(lái)限制食料的拋出范圍。長(zhǎng)臂的長(zhǎng)度為L(zhǎng),假設(shè)食料拋出做平拋運(yùn)動(dòng),平拋的初速度和長(zhǎng)臂端碰擋桿前的瞬時(shí)線速度大小相等,拋出點(diǎn)距地面距離為H,要使食料被拋到地面0到D的范圍內(nèi),則長(zhǎng)臂在碰擋桿前的角速度ω應(yīng)限制在什么范圍?(用表達(dá)式寫(xiě)出)【解析】食料在最高點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng),則有:H=gt2D=vt,聯(lián)立解得:v=D由v=ωL可得最大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為:ω==最小角速度為0故角速度范圍(0,)答案:(0,)(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)如圖甲所示是中學(xué)物理試驗(yàn)室常用的感應(yīng)起電機(jī),它是由兩個(gè)大小相等、直徑30cm的感應(yīng)玻璃盤(pán)起電的。其中一個(gè)玻璃盤(pán)通過(guò)從動(dòng)輪與手搖主動(dòng)輪連接,如圖乙所示。現(xiàn)玻璃盤(pán)以n=r/s的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),已知主動(dòng)輪的半徑為8cm,從動(dòng)輪的半徑為2cm,P和Q是玻璃盤(pán)邊緣上的兩點(diǎn),若轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)皮帶不打滑。下列說(shuō)法正確的是 ()A.P、Q的線速度相同B.玻璃盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與搖把轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反C.P點(diǎn)的線速度大小為1.5m/sD.搖把的轉(zhuǎn)速為r/s【解析】選B、C。線速度也有肯定的方向,由于線速度的方向沿曲線的切線方向,由圖可知,P、Q兩點(diǎn)的線速度的方向肯定不同,故選項(xiàng)A不符合題意;若主動(dòng)輪做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)輪通過(guò)皮帶的摩擦力帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),所以從動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),所以玻璃盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與搖把轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,故選項(xiàng)B符合題意;玻璃盤(pán)的半徑是r=×30cm=0.15m,轉(zhuǎn)速n=r/s,所以線速度v=ωr=2nπr=2××π×0.15m/s=1.5m/s,故選項(xiàng)C符合題意;主動(dòng)輪半徑rz=8cm=0.08m,從動(dòng)輪半徑rc=2cm=0.02m,從動(dòng)輪邊緣的線速度:vc=ω·rc=×2π×0.02m/s=0.2m/s主動(dòng)輪的邊緣各點(diǎn)的線速度與從動(dòng)輪邊緣各點(diǎn)的線速度的大小相等,即vz=vc=0.2m/s,所以主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速:nz===r/s=r/s,搖把的轉(zhuǎn)速與主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速相同為r/s,故選項(xiàng)D不符合題意。10.(6分)在汽車(chē)無(wú)極變速器中,存在如圖所示的裝置,A是與B同軸相連的齒輪,C是與D同軸相連的齒輪,A、C、M為相互咬合的齒輪。已知齒輪A、C規(guī)格相同,半徑為R,齒輪B、D規(guī)格也相同,半徑為1.5R,齒輪M的半徑為0.9R。當(dāng)齒輪M按圖示箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A.齒輪D和齒輪B的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同B.齒輪M和齒輪C的角速度大小之比為9∶10C.齒輪D和齒輪A的轉(zhuǎn)動(dòng)周期之比為1∶1D.齒輪M和齒輪B邊緣某點(diǎn)的線速度大小之比為2∶3【解析】選B。A、M、C三個(gè)是齒輪傳動(dòng),因?yàn)镸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),故A逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),又因?yàn)锳、B同軸轉(zhuǎn)動(dòng),C、D同軸轉(zhuǎn)動(dòng),所以齒輪D和齒輪B的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,故A不符合題意;A、M、C三個(gè)是齒輪傳動(dòng),則有它們邊緣線速度大小相同,依據(jù)v=ωr得:===,故B符合題意;A、M、C三個(gè)是齒輪傳動(dòng),則有它們邊緣線速度大小相同,齒輪A、C規(guī)格相同,半徑為R,依據(jù)v=ωr得A、C轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,由于A、B同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相同,則有B、C的角速度相同;由于C、D同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相同,所以齒輪D和齒輪A的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相同,周期相同,故C不符合題意;A、M、C三個(gè)是齒輪傳動(dòng),則有它們邊緣線速度大小相同,依據(jù)v=ωr得:===,由于A、B同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相同,所以有:=,依據(jù)v=ωr得===,故D不符合題意,故選B。11.(6分)如圖所示,一正方形木板繞其對(duì)角線上的O點(diǎn)在紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),四個(gè)頂點(diǎn)A、B、C、D中 ()A.A點(diǎn)角速度最大B.A、B兩點(diǎn)轉(zhuǎn)速相同C.B點(diǎn)線速度最大D.C、D兩點(diǎn)線速度相同【解析】選B。依據(jù)題意,一正方形木板繞其對(duì)角線上O點(diǎn)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),那么木板上各點(diǎn)的角速度相同,故A錯(cuò)誤;依據(jù)關(guān)系式ω=2πn知它們的轉(zhuǎn)速也相等,故B正確;依據(jù)線速度與角速度關(guān)系式v=ωr,轉(zhuǎn)動(dòng)半徑越小的,線速度也越小,由幾何關(guān)系可知,B點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑最小,故C錯(cuò)誤;從O點(diǎn)到C、D兩點(diǎn)的間距相等,那么它們的線速度大小相同,方向不同,故D錯(cuò)誤。故選B。12.(22分)如圖所示,半徑R=0.4m的圓盤(pán)水平放置,繞豎直軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在圓心O正上方h=0.8m高處固定一水平軌道PQ,轉(zhuǎn)軸和水平軌道交于O′點(diǎn)。一質(zhì)量m=1kg的小車(chē)(可視為質(zhì)點(diǎn)),在水平恒力作用下,從O′左側(cè)由靜止起先沿軌道向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)到O′點(diǎn)時(shí),從小車(chē)上自由釋放一小球,此時(shí)圓盤(pán)半徑OA與x軸重合。規(guī)定經(jīng)過(guò)O點(diǎn)水平向右為x軸正方向。g取10m/s2。求:(1)若小球剛好落到A點(diǎn)(球與盤(pán)只碰撞一