2019人教版必修第二册 第六章 圆周运动 圆周运动 2 向心力 提升练习
一、多选题
1.将一单摆向右拉至水平标志线上,从静止释放,当摆球运动到最低点时,摆线碰到障碍物,摆球继续向左摆动,用频闪照相机拍到如图所示的单摆运动过程的频闪照片,摆球从最高点M摆至左边最高点N时,以下说法正确的是( )
A.摆线碰到障碍物前后的摆长之比为4:1
B.摆线碰到障碍物前后的摆长之比为2:1
C.摆线经过最低点时,线速度不变,半径减小,摆线张力变大
D.摆线经过最低点时,角速度不变,半径减小,摆线张力变大
2.如图所示,长为L的悬线固定在O点,在O点正下方有一钉子C,O、C的距离为,把悬线另一端的小球A拉到跟悬点在同一水平面处无初速度释放,小球运动到悬点正下方时悬线碰到钉子,则小球的 ( )
A.线速度突然增大为原来的2倍
B.角速度突然增大为原来的2倍
C.向心力突然增大为原来的2倍
D.向心力突然增大为原来的4倍
3.一个物体以初速度大小为v0被水平抛出,落地时速度大小为v,不计空气阻力,重力加速度大小为g,则( )
A.物体做平抛运动的时间为
B.物体做平抛运动的竖直分位移为
C.物体做平抛运动的时间为
D.物体做平抛运动的水平分位移为
二、单选题
4.如图,一圆盘可以绕一个通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放置一木块,当圆盘匀速转动时,木块随圆盘一起运动,那么:
A.木块受到圆盘对它的摩擦力,方向背离圆盘中心
B.木块受到圆盘对它的摩擦力,方向指向圆盘中心
C.因为木块与圆盘一起做匀速转动,所以它们之间没有摩擦力
D.因摩擦力总是阻碍物体运动的所以木块受到摩擦力的方向与木块运动方向相反
5.如图所示,自行车的大齿轮与小齿轮通过链条相连,而后轮与小齿轮是绕共同的轴转动的.设大齿轮、小齿轮和后轮的半径分别为r1、r2、r3,当A点的线速度大小为v时,C点的线速度大小为
A. B.
C. D.
6.如图所示,A、B、C三个物体放在旋转圆台上,动摩擦因数均为μ,A的质量为2m,B、C的质量均为m,A、B离轴的距离为R,C离轴的距离为2R,则当圆台旋转时(设A、B、C都没有滑动)下列说法不正确的是( )
A.C的向心加速度最大
B.B的静摩擦力最小
C.当圆台转速增大时,A比B先滑动
D.当圆台转速增大时,C将最先滑动
7.质量为1吨的汽车汽车过拱形桥的运动可以看做匀速圆周运动,以20m/s的速度过桥,桥面的圆弧半径为500m,g取9.8m/s2,则汽车过桥面顶点时对桥面的压力是( )
A.800N B.9000N C.10000N D.10800N
8.关于向心力,下列说法中正确的是( )
A.物体由于做圆周运动而产生一个向心力
B.向心力不改变物体做圆周运动的速度大小
C.做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力
D.所有做圆周运动的物体所受的合力即为向心力
9.下列说法中正确的是( )
A.做曲线运动的质点速度一定改变,加速度也一定改变
B.质点做平抛运动,在相同时间内,速度变化量相同,且方向竖直向下
C.质点做圆周运动,它的合外力总是垂直于速度
D.质点做圆周运动,合外力等于它做圆周运动所需要的向心力
10.一个物体在两个互为锐角的恒力作用下,由静止开始运动,当经过一段时间后,突然去掉其中一个力,则物体将做( )
A.匀加速直线运动
B.匀变速曲线运动
C.匀速圆周运动
D.匀速直线运动
11.下列实验需要使用打点计时器的是( )
A.测量做直线运动物体的瞬时速度
B.探究弹簧弹力与形变量的关系
C.探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
12.高铁技术迅猛发展,目前已经修建好的成西高铁,横跨川陕两省,极大的缩短了德阳到西安的运行时间。设计师根据地形设计一弯道半径为3000m限定时速为144km/h(此时车轮轮缘不受力)。已知我国的轨距为1500mm且角度较小时,,重力加速度g=10m/s2,则高速列车在通过此弯道时的外轨超高值为( )
A.8cm B.9cm C.10cm D.11cm
13.下列说法正确的是( )
A.曲线运动可以是匀变速运动
B.曲线运动的加速度可能为零
C.做曲线运动的物体加速度一定变化
D.匀速圆周运动是匀变速运动
14.如图所示,在水平转台上叠放着A、B两个物体,当转台匀速转动时,两个物体随转台一起转动,则放在下面的B物体受到的力的个数为( )
A.3 B.4 C.5 D.6
三、实验题
15.如图所示,在使用向心力演示器探究向心力大小与哪些因素有关的实验中:
(1)在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时,用到的实验方法是__________。
A.理想实验 B.等效替代法 C.微元法 D.控制变量法
(2)通过本实验可以得到的结果有__________。
A.在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比
B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成反比
C.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比
D.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成反比
16.某同学设计了一个用圆锥摆粗略验证向心力公式的实验,如图所示,细线下端悬挂一个钢球,细线上端固定在铁架台上。将画着几个同心圆的纸平铺于水平桌面上,使悬挂点与圆心位于同一铅垂线上。用手带动钢球,设法使它沿纸上的某个圆做圆周运动(钢球恰好不触及纸面)。
(1)在该实验中,通过纸上的圆测量钢球做匀速圆周运动的_______,用天平测量钢球的质量m,用秒表测量钢球运动周期T,即可利用公式计算钢球运动时的向心力的大小。
(2)求钢球受到的合力。结合上一问中所测量的物理量,只要再测出悬点与钢球间的竖直高度h,即可计算合力=_______(用物理量的符号表示,已知重力加速度为g)。
(3)若向心力F与合力在误差范围内相等,便粗略验证了向心力公式的正确性。
(4)为增强实验结论的可靠性,第(1)问中周期T的测量方法应如何改进 ______
四、解答题
17.如图所示,半径为R的竖直圆轨道与半径为2R的竖直圆弧轨道BC相切于最低点C,倾角θ=37°的倾斜轨道AB与圆弧轨道BC相切于B点,将一劲度系数为k的轻质弹簧的一端固定在AB轨道上,平行于斜面的细线穿过有孔固定板和弹簧并跨过定滑轮将小球a和小球b连接,小球a与弹簧接触但不相连,小球a的质量为m,小球b的质量为,初始时两小球静止,小球a与B点的距离为L,已知弹簧被压缩时的弹性势能表达式为(x为弹簧压缩量),现将细线突然烧断,一切摩擦均不计,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度为g.
(1)求细线断开的瞬间,小球a和小球b的加速度大小之比.
(2)如果小球a恰好能在圆轨道内完成竖直平面内的圆周运动,则L和R应满足什么关系?
(3)在满足第(2)问的条件下,小球a通过C点时对轨道的压力的变化量是多少?
五、填空题
18.一个小物体与圆盘保持相对静止如图1所示,随圆盘一起做匀速圆周运动,则物体的受_____个力作用,使物体做圆周运动的向心力是由_______提供,方向____________.
试卷第1页,共3页
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参考答案
1.AC
【详解】
试题分析:频闪照片拍摄的时间间隔一定,右图可知,摆线与障碍物碰撞前后的周期之比为2:1,根据单摆的周期公式得,摆长之比为4:1.故A正确,B错误.摆线经过最低点时,线速度不变,半径变小,根据知,张力变大.根据v=rω,知角速度增大,故C正确,D错误.故选AC.
考点:单摆
2.BC
【详解】
A.悬线碰到钉子前后,悬线的拉力始终与小球的运动方向垂直,小球的线速度大小不变,故A错误;
BCD.悬线碰到钉子后,小球的运动半径减小为原来的一半,线速度大小不变,由
ω=
知角速度变为原来的2倍,由
Fn=
可知向心力变为原来的2倍,故BC正确,D错误。
故选BC。
3.AB
【详解】
解:根据平行四边形定则可得:落地时物体在竖直方向上的分速度
物体做平抛运动,竖直方向上做自由落体运动,则有:
所以运动的时间为:
物体做平抛运动的竖直分位移为,水平分位移为
所以AB选项是正确的
4.B
【详解】
对木块受力分析可知,木块受到重力、支持力和摩擦力的作用,重力是竖直向下的,支持力是竖直向上的,重力和支持力都在竖直方向上,这两个力为平衡力,只有摩擦力作为了物体做圆周运动的向心力,所以摩擦力的方向应该是指向圆心的,故B正确,A、C、D错误.故选B.
5.D
【详解】
传动过程中,同一链条上的A、B两点的线速度相等,即vA=vB,B点的速度为v,根据 ,且B、C两点同轴转动,角速度相同,所以 ,代入数据联立得:.
A. 与计算结果不符,A错误.
B. 与计算结果不符,B错误.
C. 与计算结果不符,C错误.
D. 与计算结果相符,D正确.
6.C
【详解】
AB.A、B、C三个物体随圆台一起转动,它们的角速度相同,静摩擦力提供向心力则有
由上式可知C的向心加速度最大,B的静摩擦力最小,所以AB正确,不符合题意;
CD.当转速增大时,静摩擦力不足提供向心力,则有
解得
则A与B应同时滑动,而C最先滑动,所以C错误,符合题意;D正确,不符合题意;
故选C。
7.B
【详解】
汽车在桥顶时,由重力和支持力的合力提供圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律得:
解得
根据牛顿第三定律得:对汽车桥面的压力大小
方向竖直向下。
故选B。
8.B
【详解】
A.由于物体所受合力总是指向圆心,导致物体做圆周运动,按效果命名称之为向心力,A错误;
BC.做匀速圆周运动的物体的向心力大小不变,方向时刻在变,故向心力是变力,它只改变速度方向,不改变速度大小,B正确,C错误;
D.只有做匀速圆周运动的物体所受的合力才作为向心力,D错误。
故选B。
9.B
【详解】
A.做曲线运动的质点速度一定改变,加速度可能不变,如平抛运动,故A错误;
B.平抛运动,加速度恒定,为g,故速度变化为
△v=gt
故速度增量与所用时间成正比,方向竖直向下,故B正确;
C.圆周运动,合力不一定等于向心力,只有当质点做匀速圆周运动时,合外力等于向心力,此时合外力方向与速度垂直,故C错误;
D.质点做匀速圆周运动,合外力等于它做圆周运动所需要的向心力;质点做变速圆周运动,合外力不等于它做圆周运动所需要的向心力,合外力沿半径方向的分力提供向心力,故D错误;
故选B。
10.B
【详解】
因为两个互成锐角的合力作用下的运动,从静止开始,所以物体一定沿两个力的合力方向匀加速,撤去其中一个力,由于另一个力的方向与之前合力方向即速度方向不在一条直线上,所以物体做曲线运动,又因为剩下的力是恒力,加速度恒定,所以是匀变速曲线运动,所以B正确,ACD错误。
故选B。
11.A
【详解】
A.测量做直线运动物体的瞬时速度使用了打点计时器。故A正确;
B.探究弹簧弹力与形变量的关系没有使用打点计时器。故B错误;
C.探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系没有使用打点计时器。故C错误。
故选A。
12.A
【详解】
半径R=3000m,时速v=144km/h=40m/s;根据牛顿第二定律得
解得
由题意得
而
L=1500mm=1.5m
联立解得
h=0.08mm=8cm
故选A。
13.A
【详解】
试题分析:A、曲线运动的速度的方向必定是改变的,故曲线运动一定是变速运动,选项A说法正确;B、物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,故合外力一定不为零,由牛顿第二定律可以知道,加速度不能为零,选项B说法错误;C、平抛运动的加速度是重力加速度,加速度的大小是不变的,所以曲线运动可以是匀变速运动,所以C错误;D、匀速圆周运动就是匀速率的曲线运动,故选项D错误;故选A.
考点:本题考查曲线运动的条件和性质.
【名师点睛】1、曲线运动一定是变速运动;质点的路程总大于位移大小;质点作曲线运动时,受到合外力和相应的速度一定不为零,并总指向曲线内侧.2、曲线运动速度的方向:曲线运动中速度的方向是时刻改变的,物体在某一点(或某一时刻)的速度的方向是在曲线的这一点的切线方向.3、物体做曲线运动的条件:物体作曲线运动的条件:运动物体所受的合外力(或加速度)的方向跟它的速度方向不在同一直线.
14.C
【详解】
A受到重力、支持力、还有指向圆心的静摩擦力,所以B在竖直方向上受重力、A对B的压力、转台对B的支持力,由于A对B的摩擦力背离圆心,因为B靠摩擦力的合力提供向心力,所以转台对B的摩擦力指向圆心,所以B受到5个力作用
故选C。
15.D A
【详解】
(1)[1]使用向心力演示器探究向心力大小与质量的关系时半径和角速度都不变;探究向心力大小与半径的关系时质量和角速度都不变;探究向心力大小与角速度的关系时半径和质量都不变,所以用到的实验方法是控制变量法,A错误,B错误,C错误,D正确。
故选D。
(2)[2]A.根据知,在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比,A正确;
B C.根据知,在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度的平方成正比,B错误,C错误;
D.根据知,在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成正比,D错误。
故选A。
16.半径r 见解析
【详解】
(1)[1]在该实验中,通过纸上的圆测量钢球做匀速圆周运动的半径r。
(2)[2]根据力的合成与分解法则可知
(3)[3]为增强实验结论的可靠性,第(1)问中测量周期T时,应注意要标记好计时位置,之后用秒表测量钢球运动n周的总时间t,从而求出运动周期
其中n的值可适当大些,从而减小测量误差。
17.(1)(2)(3)
【详解】
(1)细线为断开时,由受力平衡有
解得
细线断开的瞬间,对小球a:,
解得:
对小球b:
解得, 所以
(2)细线断开后小球a恰好能够运动到圆轨道的最高点P,由机械能守恒定律有
在最高点:,
解得L=
(3)设小球a运动到C点时速度为,
由机械能守恒定律有
解得
在C点的右侧时,圆弧轨道的半径为2R,
由牛顿第二定律:
解得
在C点的左侧时,圆弧轨道的半径为R,
由牛顿第二定律:
解得
故小球a通过C点时对轨道的压力的变化量为 .
点睛:本题是复杂的力学问题,对于圆周运动,分析向心力的来源是关键,对于小球运动过程之中,要抓住机械能守恒,要具有解决综合问题的能力,需要加强这方面的练习.
18.3 静摩擦力 指向圆心
【详解】
[1][2][3]物体随圆盘一起做匀速圆周运动,受重力、支持力和静摩擦力三个力作用,竖直方向上没有加速度,受力平衡,即重力与支持力二力平衡,所以物体靠静摩擦力提供向心力,方向指向圆心。
答案第1页,共2页
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