6.4生活中的圆周运动课时练习—湖南省邵阳武冈市展辉学校2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册（word含答案）

湖南武冈市展辉学校2020-2021学年高一物理必修（2019）第二册第六章圆周运动第4节生活中的圆周运动课时练习（人教版Word版，含答案）
一、单选题
1．如图所示，一物体随圆盘在水平面内做匀速圆周运动，关于该物体的受力情况，下列说法正确的是（　　）
A．物体只受重力和支持力
B．物体只受重力和摩擦力
C．物体受重力、支持力和摩擦力
D．物体受重力、支持力、摩擦力和向心力
2．如图，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则当汽车在该弯道处（ ）
A．车速低于时，车辆就向内侧滑动
B．车速高于时，车辆就向外侧滑动
C．路面结冰时，与未结冰时相比，的值变小
D．路面结冰时，与未结冰时相比，的值不变
3．如图所示，物块在水平圆盘上，与圆盘一起绕固定轴匀速转动，下列说法中正确的是（　　）
A．物块转动的线速度大小与圆盘边缘线速度的大小相等
B．物块受三个力作用
C．在角速度一定时，物块到转轴的距离越远，物块越不容易脱离圆盘
D．在物块到转轴距离一定时，物块运动周期越小，越不容易脱离圆盘
4．某拱桥可以看成是一段圆弧，当汽车以的速度通过桥顶时，对桥顶的压力为车重的倍，要使汽车对桥顶恰好没有压力，汽车的速度应为（　　）（）
A． B． C． D．
5．如图所示，质量为m的小球固定在长为L的细杆一端，绕细杆的另一端O在竖直面内做圆周运动，小球转到最高点A时，线速度大小为，则（　　）
A．细杆受到的拉力 B．细杆受到的压力
C．细杆受到的拉力 D．细杆受到的压力
6．如图所示，内壁光滑的竖直圆桶，绕中心轴做匀速圆周运动，一物块用细绳系着，绳的另一端系于圆桶上表面圆心，且物块贴着圆桶内表面随圆桶一起转动，则（　　）
A．绳的张力可能为零
B．桶对物块的弹力可能为零
C．随着转动的角速度增大，绳的张力一定减小
D．随着转动的角速度增大，绳的张力一定增大
7．某同学骑自行车在水平地面转弯时发现，自行车与竖直方向有一定的夹角才不会倾倒。查阅有关资料得知，只有当水平地面对自行车的支持力和摩擦力的合力方向与自行车的倾斜方向相同时自行车才不会倾倒。若该同学某次骑自行车时的速率为，转弯的半径为，取重力加速度大小。则自行车与竖直方向的夹角的正切值为（　　）
A． B． C． D．1
8．如图所示，质量分别为和的A、两球固定在同一轻直杆上，A球在杆的一端，球在杆的中点，杆可以绕另一端点在竖直面内做圆周运动。若当A球通过最高点时，球受到杆的作用力恰好为零，重力加速度大小为，两球均视为质点，则此时A球受到杆的作用力大小为（　　）
A．0 B．
C． D．
9．如图所示，原长为L、劲度系数为的弹簧一端固定在光滑的圆锥体顶端，另一端悬挂一质量为m的小球。圆锥体轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角。小球随圆锥体绕轴线做匀速圆周运动，弹簧处于弹性限度内，重力加速度大小为g。若小球不离开圆锥体，则旋转角速度不大于（　　）
A． B． C． D．
10．如图甲所示，途中火车要进入某半径为的弯道，火车在轨道上的的截面图如图乙所示。已知两轨间宽度为，弯道内外轨高度差是，重力加速度为。若火车转弯时轮缘与铁轨间恰好无作用，则此时火车的速度为（　　）
A． B． C． D．
11．如图所示，游乐场的过山车载着游客高速通过竖直圆形轨道。游客能够头朝下脚朝上安全通过轨道最高点而不会掉下来的原因是（　　）
A．游客被安全带紧紧绑在座椅上
B．游客在最高点受到竖直向上的离心力的作用
C．游客在高速通过最高点需要的向心力大于本身的重力
D．游客受到重力、座椅的弹力和向心力的共同作用保持平衡
12．如图所示，过山车的轨道可视为竖直平面内半径为R的圆轨道。质量为m的游客随过山车一起运动，当游客以速度v经过圆轨道的最高点时（　　）
A．向心加速度方向竖直向上 B．向心加速度方向竖直向下
C．座位对游客的作用力为 D．速度v的大小一定为
二、多选题
13．如图所示，一个内壁光滑的弯管处于竖直平面内，其中管道半径为R。现有一个半径略小于弯管横截面半径的光滑小球在弯管里运动，小球通过最高点时的速率为v0，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（　　）
A．若v0=，则小球对管内壁无压力
B．若v0>，则小球对管内上壁有压力
C．若0 D．不论v0多大，小球对管内下壁都有压力
14．质量相等的A、B两物体，放在水平转台上，与转台的摩擦因数相同，A离轴O的距离是B离轴O距离的一半，如图所示，当转台旋转时，A、B都无滑动，则下列说法正确的是（　　）
A．因为a=ω2R，而RB>RA，所以B的向心加速度比A大
B．因为，而RB>RA，所以A的向心加速度比B大
C．转台对B的静摩擦力较大
D．若水平转台的转速逐渐加快，则B物体会先被甩出
15．如图所示，在水平转台上放一个质量M = 2.0kg的木块，它与台面间的最大静摩擦力Ffm = 6.0N，绳的一端系住木块，另一端穿过转台的中心孔O（为光滑的）悬吊一质量m = 1.0kg的小球，当转台以ω = 5.0rad/s的角速度转动时，欲使木块相对转台静止，则它到O孔的距离可能是（ ）
A．6cm B．15cm
C．30cm D．34cm
16．如图所示，匀速转动的水平圆盘上放有质量分别为1kg和2kg的小物体A、B，A、B间用细线沿半径方向相连。它们到转轴的距离分别为rA=0.1m、rB=0.3m。A、B与盘面间的最大静摩擦力均为重力的0.3倍。g取10m/s2，现缓慢地增大圆盘的角速度，则下列说法正确的是（　　）
A．当A达到最大静摩擦力时，B受到的摩擦力大小为6N
B．当A恰好达到最大静摩擦力时，圆盘的角速度约为2rad/s
C．当细线上开始有弹力时，圆盘的角速度大于rad/s
D．在细线上有弹力后的某时刻剪断细线，A将做向心运动，B将做离心运动
三、填空题
17．下列现象中，哪些利用了离心现象？答：__________哪些是为了抵消离心现象所产生的不利影响？答：__________ （填现象前的标号）
A．用洗衣机脱水
B．用离心沉淀器分离物质
C．汽车转弯时要减速
D．转动雨伞，可以去除雨伞上的一些水
E. 站在公交车里的乘客，在汽车转弯时要用手拉紧扶手
18．长1m的轻杆，一端连着质量0.5kg的小球，另一端绕过O点的水平固定轴在竖直平面内自由转动。当小球以2m/s的速率通过最高点时，受到轻杆的作用力为大小为____N，是______（选填“拉力”或“支持力”）。g=10m/s2。
四、解答题
19．一辆质量m=2.0×103kg的小轿车，驶过半径R=160m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）若桥面为凸形，汽车以20m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？
（2）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？
20．取一个量杯，在里面放一个小塑料球。摇动杯子，使球在杯内做圆周运动（图）。改变转动的速度，观察球在杯内的位置和状态。请对观察到的现象进行分析讨论。
参考答案
1．C
【详解】
物体在水平面上一定受到重力和支持力作用，物体在转动过程中，有背离圆心的运动趋势，因此受到指向圆心的静摩擦力，且静摩擦力提供向心力。
故选C。
2．D
【详解】
AB．汽车速度为恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明没有受到径向的静摩擦力，路面应建成外高内低，此时重力和支持力的合力指向内侧，提供圆周运动向心力；车速低于，所需的向心力减小，汽车有向内侧滑的趋势，此时摩擦力指向外侧，阻止汽车向内侧滑动；车速高于，所需的向心力增大，汽车有向外侧滑的趋势，此时摩擦力指向内侧，阻止汽车向外侧滑动，故AB错误；
CD．当路面结冰时，与未结冰时相比，由于支持力和重力不变，路面的倾角不变，则的值不变。故C错误，D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．物块转动的角速度大小与圆盘的角速度的大小相等，根据
v=ωr
可知，物块转动的线速度大小小于圆盘边缘线速度的大小，选项A错误；
B．物块受重力、圆盘的支持力和摩擦力，三个力作用，选项B正确；
C．根据
则在角速度一定时，物块到转轴的距离越远，物块越容易脱离圆盘，选项C错误；
D．根据
在物块到转轴距离一定时，物块运动周期越小，则角速度越大，越容易脱离圆盘，选项D错误。
故选B。
4．B
【详解】
当汽车以的速度通过桥顶时，则
要使汽车对桥顶恰好没有压力则
解得
故选B。
5．B
【详解】
在最高点，设杆子对小球的作用力向上，根据牛顿第二定律得
又
联立解得
由此可知，杆子对球的表现为支持力，则细杆受到向下的压力，故选B。
6．B
【详解】
ACD．当物块随圆桶做圆周运动时，绳的拉力的竖直分力与物块的重力保持平衡，因此绳的张力为一定值，且不可能为零，故ACD错误；
B．当绳的水平分力提供向心力的时候，桶对物块的弹力恰好为零，故B正确。
故选B。
7．B
【详解】
自行车（含该同学）受力如图所示
由牛顿第二定律得
其中
解得自行车与竖直方向的夹角的正切值为
故B正确，ACD错误。
故选B。
8．B
【详解】
设杆的长度为，当A球运动到最高点时，杆对B球的作用力恰好为零，对B分析只有重力提供向心力，根据牛顿第二定律
解得
对A分析，由牛顿第二定律得
联立解得
方向向下，故B正确，ACD错误。
故选B。
9．B
【详解】
设小球刚好不离开圆锥体的角速度为，则由重力和弹簧的拉力的合力提供向心力，则有
又
联立解得
所以可得小球不离开圆锥体，旋转角速度不大于，故B正确，ACD错误。
故选B。
10．C
【详解】
当火车以设计速度运行时，其受力示意图如图所示，火车向心加速度水平向右，当火车与轨道沿斜面没有横向摩擦力时，速度最为适宜，根据牛顿第二定律
斜面的倾角正切值满足
解得
故C正确。
故选C。
11．C
【详解】
B．离心现象是因为物体所受的力不足以提供向心力，而有沿着半径向外运动的趋势的现象，不是力的作用，故B错误；
D．向心力是效果力，由某一个力或者某一个的分力或几个力的合力提供，受力分析时，只能分析性质力，不能分析效果力，故D错误；
C．在过山车做圆周运动的过程中，在最高点不下落的临界条件是：重力提供向心力，当所需要的向心力大于重力的时候，重力全部提供为游客做圆周运动的向心力，所以游客不会往下掉，故C正确；
A．游客系上安全带是为了防止过山车出故障时速度减小或停下，导致重力大于所需向心力而掉下来，故A错误。
故选C。
12．B
【详解】
AB．当游客以速度v经过圆轨道的最高点时，所受合力指向圆轨道的圆心处，即方向竖直向下，根据牛顿第二定律，其向心加速度方向也竖直向下，故A错误、B正确；
CD．游客所需要的向心力为
当游客的重力恰好提供向心力时，有
解得
设座椅对人的作用力为，则当游客的重力不足以提供向心力时，有
解得
当游客所需的向心力小于重力时，有
解得
故C、D错误。
故选B。
13．ABC
【详解】
A．在最高点，只有重力提供向心力时，由
解得
此时小球对管内壁无压力，选项A正确；
B．若v0>，则有
表明小球对管内上壁有压力，选项B正确；
C．若0＜v0＜，则有
表明小球对管内下壁有压力，选项C正确；
D．综上分析，选项D错误。
故选ABC。
14．ACD
【详解】
AB．由于A、B都无滑动，则A、B的角速度相同，而RB>RA，再由a=ω2R可得，B的向心加速度比A大，故A正确，B错误；
C．转台对物体的摩擦力提供向心力，由于B的向心加速度比A大，A、B两物体质量相等，则由可得B受到的向心力更大，即转台对B的静摩擦力较大，故C正确；
D．由于角速度相同，与转台的摩擦因数相同，则由静摩擦提供向心力可知，当达到最大静摩擦时
则当角速度相同时，半径越大，越先达到最大静摩擦，即水平转台的转速逐渐加快，则B物体会先被甩出，故D正确。
故选ACD。
15．BC
【详解】
转台以一定的角速度ω旋转，木块M所需的向心力与回旋半径r成正比，在离O点最近处r = r1时，M有向O点的运动趋势，这时摩擦力Ff沿半径向外，刚好达最大静摩擦力Ffm，即
mg - Ffm = Mω2r1
得
r1 = = m = 0.08m = 8cm
同理，M在离O点最远处r = r2时，有远离O点的运动趋势，这时摩擦力Ff的方向指向O点，且达到最大静摩擦力Ffm，即
mg + Ffm = Mω2r2
得
r2 = = m = 0.32m = 32cm
则木块M能够相对转台静止，回旋半径r应满足关系式r1 ≤ r ≤ r2。
故选BC。
16．AC
【详解】
A．增大圆盘的角速度，B先达到最大静摩擦力，所以A达到最大静摩擦力时，B受到的摩擦力大小为
FB=kmBg=6N
A正确；
B．设小物体A达到最大静摩擦力时，圆盘的角速度为ω1，此时细线的拉力为T，则对A：
对B：
得
B错误；
C．当细线上开始有弹力时，对B
解得
C正确；
D．剪断细线，A随圆盘做圆周运动，B将做离心运动，D错误。
故选AC。
17．ABD CE
【详解】
用洗衣机脱水、用离心沉淀器分离物质、转动雨伞，可以去除雨伞上的一些水，这些都利用了离心现象。
汽车转弯时要减速，是因为汽车有离心趋势，减速可以使转弯所需的向心力减小，从而避免由于离心现象而造成事故。站在公交车里的乘客，在汽车转弯时要用手拉紧扶手，这是为了增大汽车对自身的作用力，从而提供足够的向心力来避免由于离心现象而发生的倾倒。
18．3 支持力
【详解】
当小球以2m/s的速率通过最高点时，小球做圆周运动所需的向心力大小为
所以轻杆对小球有向上的支持力，大小为
19．（1）1.5×104N；（2）40m/s
【详解】
（1）汽车通过凸形桥面最高点时
解得
根据牛顿第三定律，汽车在桥的顶点时对桥面压力的大小为1.5×104N。
（2）汽车通过凸形桥面顶点时对桥面压力为零时。由牛顿第二定律
解得
20．见解析
【详解】
设小球在杯子中受到的支持力与水平方向夹角为，对小球，根据竖直方向平衡条件
水平方向，根据牛顿第二定律
整理得
由此发现， 不变，则增大速度，则转动半径增大，小球在杯中的位置升高，反之，小球在杯中的位置下降。