2.4离心现象及其应用 学科素养提升练（word版含答案）

2.4离心现象及其应用 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．洪水后的泥沙随水流动的同时在重力的作用下逐渐沉下来，这种沉淀叫重力沉淀；医院里用分离机分离血液的示意图如图甲所示，将血液装在试管里，让其绕竖直轴高速旋转，试管几乎成水平状态，如图乙所示，血液的不同成分会快速分离在不同的地方，这叫离心沉淀，关于这两种沉淀，下列说法正确的是（　　）
A．血液中密度最大的成分将聚集在试管底部
B．血液采用重力沉淀比离心沉淀更方便、快捷
C．只增大分离机的转速，血液中密度最大的成分做圆周运动所需要的向心力减小
D．只增大分离机的转速，血液分离的时间将变长
2．关于曲线运动，以下说法中正确的是（　　）
A．曲线运动一定是加速度变化的运动
B．平抛运动是匀变速曲线运动
C．匀速圆周运动是一种匀变速曲线运动
D．物体做离心运动一定受到离心力的作用
3．下列过程中利用了离心现象的是（　　）
A．汽车减速过弯道 B．足球运动员将足球踢出
C．用力抖落衣服上的灰尘 D．运动员旋转时抛出链球
4．如图所示，下列有关生活的圆周运动实例分析，其中说法正确的是（　　）
A．“水流星”匀速转动过程中，在最高点处水对碗底的压力小于其在最低处水对碗底的压力
B．脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出
C．汽车通过凹形路面的最低点时，汽车处于失重状态
D．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是利用轮缘与外轨的侧压力助火车转弯
5．如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是（　　）
A．图中汽车通过凹形桥的最低点时，汽车处于超重状态
B．图中“水流星”匀速转动过程中，在最高点处水对碗底压力等于其在最低处水对碗底的压力
C．图中在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是利用轮缘与外轨的侧压力助火车转弯
D．图脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出
6．如图所示为洗衣机脱水筒。在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上有一件湿衣服与圆筒一起运动，衣服相对于圆筒壁静止，则（　　）
A．衣服受重力、支持力、摩擦力、向心力四个力作用
B．洗衣机脱水筒转动得越快，衣服与筒壁间的静摩擦力就越大
C．衣服上的水滴与衣服间的附着力不足以提供所需要的向心力时，水滴做离心运动
D．衣服上的水滴与衣服间的附着力大于所需的向心力时，水滴做离心运动
7．下列哪些现象属于离心运动（　　）
A．飞快旋转的洗衣机抽水桶 B．荡秋千
C．旋转木马 D．快速奔跑的百米运动员
8．如图甲，滚筒洗衣机脱水时，衣物紧贴着滚筒壁在竖直平面内做顺时针的匀速圆周运动。如图乙，一件小衣物（可理想化为质点）质量为m，滚筒半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，a、b分别为小衣物经过的最高位置和最低位置。下列说法正确的是（　　）
A．衣物在a位置对滚筒壁的压力比在b位置的大
B．衣物转到b位置时的脱水效果最好
C．衣物所受滚筒的作用力大小始终为mg
D．衣物所受合力的大小可能大于mω2R
9．港珠澳大桥总长约55公里，是世界上总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥，也是世界公路建设史上技术最复杂、施工难度最高、工程规模最庞大的桥梁。如图所示的路段是一段半径约为120m的圆弧形弯道，路面水平，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为正压力的0.8倍，下雨时路面被雨水淋湿，路面对轮胎的径向最大静摩擦力变为正压力的0.4倍，若汽车通过圆弧形弯道时做匀速圆周运动，汽车可视为质点，取重力加速度g＝10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．汽车以72km/h的速率通过此圆弧形弯道时的向心加速度为43.2m/s2
B．汽车以72km/h的速率通过此圆弧形弯道时的角速度为0.6rad/s
C．晴天时，汽车以100km/h的速率可以安全通过此圆弧形弯道
D．下雨时，汽车以60km/h的速率通过此圆弧形弯道时将做离心运动
10．如图所示，一辆质量为的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的最大静摩擦力大小为，当汽车以的速度经过半径为的水平弯道时（　　）
A．汽车所需的向心力大小为 B．汽车所需的向心力大小为
C．汽车会发生侧滑 D．汽车的向心加速度大小为
11．转笔（Pen Spinning）是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活动。转笔深受广大中学生的喜爱，其中也包含了许多的物理知识。如图所示，假设某转笔高手能让笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，下列有关该同学转笔中涉及到的物理知识的叙述正确的是（　　）
A．笔杆上的点离O点越近的，角速度越大
B．笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越大
C．笔杆上的各点转动的过程中向心力有时不指向O点
D．若该同学使用中性笔，笔尖上的小钢珠有可能因快速的转动做离心运动被甩走
12．一辆电动玩具小车，可以在水平桌面上做匀速直线运动。现将小车用轻绳系在水平桌面上O点，如图所示的轻绳的长为L，小车转一圈的时间为t。小车运行一段时间后，突然将轻绳剪断，下列关于小车运动判断正确的是（　　）
A．曲线运动 B．匀加速直线运动
C．匀速直线运动 D．匀速圆周运动
13．关于图中的情景，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，有些火星的轨迹不是直线，说明炽热微粒不是沿砂轮的切线方向飞出的
B．图乙中，从O点水平抛出的物体，两个影子在x、y轴上的运动就是物体的两个分运动
C．图丙中，无论小锤用多大的力去打击弹性金属片，A球都先落地
D．图丁中，做变速圆周运动的物体所受的合外力F沿半径方向的分力等于所需要的向心力
14．针对以下四幅图，下列说法正确的是 （　　）
A．图甲中，蹲在体重计上的人突然站起的瞬间指针示数会大于人的体重
B．图乙中，对各类汽车都有限速是因为汽车的速度越大惯性就越大
C．图丙中，滑冰运动员正通过圆弧弯道处，若此时冰面摩擦力突然消失，则他们将在冰面上沿着轨迹半径方向“离心”而去
D．图丁中，嫦娥五号返回时打开降落伞后伞绳对返回器的作用力大小等于返回器对伞绳的作用力大小
二、解答题
15．如图所示，有一质量为m的小球P与穿过光滑水平板中央小孔O的轻绳相连，用力拉着绳子另一端，使小球P在水平板内绕O点做直径为d、角速度为ω的匀速圆周运动。某时刻将绳子从这个状态迅速放松，后又绷直，使小球P绕O点做直径为D（）的匀速圆周运动，则：
(1)从绳子放松到拉直这段过程经历了多长时间？
(2)后一次小球做匀速圆周运动时绳上拉力为多大？
16．如图所示，AB为竖直转轴，细绳AC 和BC 的结点C系一质量为m的小球，两绳能承担的最大拉力均为2mg。当AC和BC均拉直时，，。ABC能绕竖直轴AB匀速转动，因而C球在水平面内做匀速圆周运动。当小球的线速度增大时，两绳均会被拉断，求：
(1)哪根绳最先被拉断，被拉断时的线速度v1；
(2)另一根绳被拉断时的速度v2。（已知，，）
参考答案
1．A
【详解】
A．对于离心沉淀来说，血液里的物质随试管做圆周运动，其所需要的向心力
对于相同位置等体积的成分，密度越大，质量越大，所需的向心力越大，同一位置成分之间水平方向的作用力相等，所以密度大的成分所受的力不足以提供所需向心力，做离心运动，那么血液中密度最大的成分将聚集在试管底部，故A正确；
BD．由于血液成分之间的粘滞力较大，所以重力沉淀速度较慢，而离心沉淀可以通过增大分力机的转速加快分离速度，使时间变短，故BD错误；
C．只增大分离机的转速，可知分离机的角速度增大，根据A选项可知血液中密度最大的成分做圆周运动所需要的向心力增大，故C错误。
故选A。
2．B
【详解】
A．曲线运动只要满足速度方向与合外力方向不在同一直线上即可，合外力可以是恒定的，故曲线运动不一定是加速度变化的运动，选项A错误；
B．平抛运动加速度为重力加速度，因此是匀变速曲线运动，选项B正确；
C．匀速圆周运动加速度方向时刻变化，因此匀速圆周运动不是一种匀变速曲线运动，选项C错误；
D．离心力是根据力的作用效果命名的力，不能说物体做离心运动一定受到离心力的作用，选项D错误。
故选B。
3．D
【详解】
A．汽车转弯时，地面提供的摩擦力提供车做圆周运动的向心力，减小车速，可以减小需要的向心力，可以避免发生离心现象，不是利用离心现象，A错误；
B．足球运动员将足球踢出是惯性的原因，与离心运动无关，B错误；
C．用力抖落衣服上的灰尘，是灰尘由于惯性保持原来的运动状态，是惯性的原因，与离心运动无关，C错误；
D．链球原来做的是圆周运动，当松手后，由于失去了向心力的作用链球做离心运动，所以投掷链球属于离心现象，D正确。
故选D。
4．A
【详解】
A．“水流星”匀速转动过程中，在最高点处水对碗底的压力为
在最低处水对碗底的压力
即在最高点处水对碗底的压力小于其在最低处水对碗底的压力，选项A正确；
B．脱水桶的脱水原理是水滴所需的向心力大于水滴的附着力，从而使水滴沿切线方向甩出，选项B错误；
C．汽车通过凹形路面的最低点时，加速度向上，汽车处于超重状态，选项C错误；
D．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是减小铁轨对轮缘的侧向压力，选项D错误。
故选A。
5．A
【详解】
A．图中汽车通过凹形桥的最低点时，加速度向上，汽车处于超重状态，选项A正确；
B．图中“水流星”匀速转动过程中，在最高点处水对碗底压力
在最低处水对碗底的压力
则在最高点处水对碗底压力小于其在最低处水对碗底的压力，选项B错误；
C．图中在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，当火车按规定速度转弯时，由重力和支持力的合力完全提供向心力，从而减轻轮缘对外轨的挤压，故C错误；
D．衣机脱水桶的脱水原理是：水滴与衣服间的附着力不足以提供其圆周运动的向心力，所以做离心运动，从而沿切线方向甩出，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．衣服受重力、弹力和摩擦力三个力作用，故A错误；
B．由于衣服在圆筒上不掉下来，竖直方向上没有加速度，即重力与摩擦力二力平衡，故衣服与筒壁间的摩擦力不变，故B错误；
CD．脱水过程中，衣物做离心运动而甩向桶壁。水滴依附的附着力是一定的，当水滴和衣物一起做高速圆周运动的时候，因水滴做圆周运动所需的向心力大于该附着力时，水滴做离心运动，被沿切线方向甩出，故C正确、D错误。
故选C。
7．A
【详解】
做圆周运动的物体，在受到指向圆心的合外力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。故A正确。
故选A。
8．B
【详解】
AB．在a位置时
在b位置时
则
即衣物转到b位置时的脱水效果最好，选项A错误，B正确；
C．由以上分析可知，衣物所受滚筒的作用力大小不是始终为mg，选项C错误；
D．衣服随滚筒做匀速圆周运动，则衣物所受合力的大小始终等于mω2R，选项D错误。
故选B。
9．C
【详解】
AB．汽车通过此圆弧形弯道时做匀速圆周运动，轨道半径R＝l20m，运动速率
v＝72km/h＝20m/s
向心加速度为
角速度
故AB错误；
C、以汽车为研究对象，当路面对轮胎的径向摩擦力指向内侧且达到径向最大静摩擦力时，此时汽车的速率为安全通过圆弧形弯道的最大速率vm。设汽车的质量为m，在水平方向上根据牛顿第二定律得
在竖直方向有
FN＝mg
径向最大静摩擦力变为正压力的0.8倍，即
fm＝kFN
联立得
解得
vm≈111.6km/h
所以晴天时，汽车以100km/h的速率可以安全通过此圆弧形弯道，故C正确；
D、下雨时，路面对轮胎的径向最大静摩擦力变为正压力的0.4倍，有
解得
vm＝78.8km/h＞60km/h
所以汽车客运安全通过此圆弧形弯道而不做离心运动，故D错误。
故选C。
10．D
【详解】
汽车所需的向心力大小为
所以汽车不会发生侧滑；汽车的向心加速度大小为
故选D。
11．D
【详解】
A．由于笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，因此笔杆上各点角速度相同，A错误；
B．根据
由于各点的角速度相同，因此笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越小，B错误；
C．由于笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，笔杆上的各点转动的过程中向心力一定指向O点，C错误；
D．当转动的角速度过大，笔尖上的小钢珠所需要的向心力大于所提供的的向心力时，导致小钢珠因转动过快而做离心运动被甩走，D正确。
故选D。
12．C
【详解】
小车运行一段时间后，突然将轻绳剪断，则小车水平方向不再受外力作用，则小车将做匀速直线运动。
故选C。
13．BD
【详解】
A．图甲中有些火星的轨迹不是直线，是由于受到重力、互相的撞击等作用导致的，选项A错误；
B．图乙中两个影子反映了物体在x，y轴上的分运动，选项B正确；
C．图丙中A球做平抛运动，竖直方向是自由落体运动，B球同时做自由落体运动，故无论小锤用多大的力去打击弹性金属片，A、B两球总是同时落地，选项C错误；
D．图丁中做变速圆周运动的物体所受合外力F在半径方向的分力等于所需要的向心力，选项D正确。
故选BD。
14．AD
【详解】
A．突然站起的瞬间，人体向上做加速运动，人体处于超重状态，体重计对人的支持力大于人体所受的重力，指针示数会大于人的体重，故A正确；
B．对汽车限速是因为一定的摩擦系数下，汽车刹车的加速度大小一定，速度越大，则刹车距离就越大，越容易出现危险，而决定惯性大小的是汽车的质量，与运动速度无关，故B错误；
C．根据牛顿第一定律，滑冰运动员将在冰面上沿着轨迹的切线方向向前做直线运动，故C错误；
D．根据牛顿第三定律，伞绳对返回器的作用力大小等于返回器对伞绳的作用力大小，故D正确。
故选AD。
15． (1) ；(2)
【详解】
(1)绳子放开后，球沿切线方向飞出，做匀速直线运动，如图
由几何关系，位移为
小球做匀速直线运动的速度v=rω，可知从绳子放松到拉直这段过程经历的时间
(2)小球沿圆弧切线方向飞出后，到达另一轨道时，绳子突然张紧，将速度沿切线方向和半径方向正交分解，沿半径方向的分速度突然减为零，以切线方向的分速度绕此轨道匀速圆周运动，如图
由几何关系得到
根据牛顿第二定律得
16．(1)BC先断，；(2)
【详解】
(1)当绳子拉直时，线速度再增大时，不变，而增大，所以BC绳先断，当时，根据向心力公式得
解得
(2)当BC线断后，小球线速度继续增大，当时，AC也断。设此时AC线与竖直方向夹角，则有
代入数据解得
，