2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册6.4生活中的圆周运动同步训练（word含答案）
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册6.4生活中的圆周运动同步训练（word含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-03 23:04:51 | ||
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文档简介
2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第二册6.4生活中的圆周运动 同步训练
一、单选题
1．广州市内环路上出口处常有限速标志。某出口路面是一段水平圆弧轨道，雨天车轮与路面的动摩擦因数为0.4，汽车通过出口的最大速度为36km/h。晴天车轮与路面的动摩擦因数为0.6，则晴天汽车通过出口的最大速度约为（ ）
A．44km/h B．54km/h C．24km/h D．30km/h
2．如图所示是游乐场里的过山车，若过山车经过A、B两点的速率相同，则过山车（ ）
A．在A点时处于失重状态
B．在B点时处于超重状态
C．A点的向心加速度小于B点的向心加速度
D．在B点时乘客对座椅的压力可能为零
3．某同学经过长时间的观察后发现，路面出现水坑的地方，如果不及时修补，水坑很快会变大，善于思考的他结合学过的物理知识，对这个现象提出了多种解释，则下列说法中不合理的解释是（ ）
A．车辆上下颠簸过程中，某些时刻处于超重状态
B．把坑看作凹陷的弧形，车对坑底的压力比平路大
C．车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大
D．坑洼路面与轮胎间的动摩擦因数比平直路面大
4．如图所示，可视为质点的、质量为m的小球，在半径为R的竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，重力加速度为g。下列有关说法中正确的是（ ）
A．小球在圆心上方管道内运动时，对外壁一定有作用力
B．小球能够到达最高点时的最小速度为
C．小球达到最高点的速度是时，球受到的合外力为零
D．若小球在最高点时的速度大小为2，则此时小球对管道外壁的作用力大小为3mg
5．如图所示，一倾斜的圆筒绕固定轴以恒定的角速度转动，圆筒的半径。筒壁内有一小物体与圆筒始终保持相对静止，小物体与圆筒间的动摩擦因数为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），转动轴与水平面间的夹角为，重力加速度取，则的最小值是（ ）
A．1rad/s B．rad/s C． D．
6．一长为l的轻杆一端固定在水平转轴上，另一端固定一质量为m的小球，轻杆随转轴在竖直平面内做匀速圆周运动，小球在最高点A时，杆对小球的作用力恰好为零，重力加速度为g，则小球经过最低点B时，杆对小球的作用力为（ ）
A．0 B．2mg C．3mg D．6mg
7．如图所示，山崖边的公路常被称为最险公路，一辆汽车欲安全通过此弯道公路（公路水平），下列说法不正确的是（ ）
A．若汽车以恒定的角速度转弯，选择内圈较为安全
B．若汽车以恒定的线速度大小转弯，选择外圈较为安全
C．汽车在转弯时受到重力、支持力和摩擦力作用
D．汽车在转弯时受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用
8．如图所示为赛车场的一个水平“U”形弯道，转弯处为圆心在O点的半圆，内外半径分别为r和2r。一辆质量为m的赛车通过AB线经弯道到达A′B′线，有如图所示的①②③三条路线，其中路线③是以O′为圆心的半圆，OO′＝r。赛车沿圆弧路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力均为Fmax．选择路线，赛车以不打滑的最大速率通过弯道（所选路线内赛车速率不变，发动机功率足够大），则以下说法中不正确的是（ ）
A．赛车经过路线②③时的位移相等
B．选择路线②，赛车的速率最小
C．选择路线③，赛车所用时间最短
D．①②③三条路线的圆弧上，赛车的向心加速度大小相等
二、多选题
9．如图所示为运动员在水平道路上转弯的情景，转弯轨迹可看成一段半径为R的圆弧，运动员始终与自行车在同一平面内。转弯时，只有当地面对车的作用力通过车（包括人）的重心时，车才不会倾倒。设自行车和人的总质量为M，轮胎与路面间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．转弯时车不发生侧滑的最大速度为
B．转弯时车受到地面的静摩擦力方向一定垂直于速度方向指向轨迹内侧
C．转弯时车受到地面的静摩擦力大小定为μMg
D．转弯速度越大，车所在平面与地面的夹角越小
10．如图甲所示，半径为R的半圆形轨道BC处于竖直平面内，并与水平轨道AB相切于B点。一个质量m的小物块从A点以初速度向左运动，冲上竖直半圆形轨道，恰好能通过C点后沿水平方向飞出，最后落在水平地面。不计一切摩擦阻力，重力加速度g。下列说法正确的是（ ）
A．物块在B处于失重状态
B．物块在C处于失重状态
C．物块在C处的速度大小为
D．物块落地处与C点之间的距离为2R
11．一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动，如图所示，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零
B．小球过最高点的最小速度是
C．若小球过最高点的速度时，杆对球的作用力竖直向下
D．若小球过最高点的速度时，速度v越小，杆对球的作用力越大
12．重庆欢乐谷摩天轮——“重庆之眼”约40层楼的高度，成为全球第六、西南最高的观光摩天轮。某同学设计了一个实验，在摩天轮座舱内放置一灵敏电子秤，水平的秤盘上静置一砝码，砝码、电子秤随座舱在竖直面内做匀速圆周运动的过程中，秤盘一直保持水平，摩天轮的转动周期为T。座舱经过最高点时（设为0时刻），电了秤的示数为，经过，电子秤的示数为，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A．“重庆之眼”摩天轮的半径为
B．“重庆之眼”摩天轮的半径为
C．时刻，砝码受到的摩擦力大小为
D．时刻，砝码受到的摩擦力大小为
三、实验题
13．某物理兴趣小组利用电子秤探究小球在竖直面内的圆周运动。他们到物理实验室取来电子秤（示数为被测物体的质量）、铁架台、轻质细线和小球以及光电门、刻度尺等。（结果均保留2位小数）
（1）将小球用细线系在铁架台，然后把铁架台放在电子秤上，小球静止时，电子秤的示数为2.10kg。
（2）铁架台放在电子秤上，将小球拉起后由静止释放，释放时细线处于水平伸直状态，忽略空气阻力，当小球运动到最低点时电子秤的示数为2.30kg，则小球的质量大小为______kg。
（3）通过光电门测得小球在最低点时的速度大小为2.80m/s，再用刻度尺测得悬挂点到球心的距离为0.40m，则当地的重力加速度大小为______。
14．某研究型课外学习小组利用如图所示的圆锥摆验证圆周运动的向心力大小与角速度的关系。实验前用天平测得小钢球的质量为m，然后将细线的一端固定在铁架台上，下端悬挂小钢球，具体验证方法如下：
（1）将钢球拉离竖直方向一个角度，给小球以合适的初速度，让其做圆锥摆运动，测量球转过n圈所用的时间t，并测量小球做圆周运动的直径d，根据公式，理论上小球做该圆周运动所需要的向心力大小Fn=_______；
（2）测出摆长在竖直方向上的投影高度h，查询当地重力加速度g的值，那么小球实际受到的向心力大小=_______；
（3）在一次实验操作中，测得小球质量m=50g，n=30，t=38.0s，d=20cm，h=40cm，当地重力加速度g=9.8m/s2，由测得数据可算得=_______N、=_______N（计算结果保留4位有效数字），根据实验结果就可以验证向心力大小与角速度的关系。
四、解答题
15．如图所示，在长为l的细绳下端拴一个质量为m的小球，捏住绳子的上端，使小球在水平面内做圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转，这样就成了一个圆锥摆。已知重力加速度为g。
（1）观察实验发现：实验者使小球旋转后，保持手不动，小球可以旋转较长时间，最终停止。某同学猜测：如果把条件理想化，抽象出一个理想的圆锥摆模型，那么小球将会一直在水平面内转动而不会停止。你认为：理想的圆锥摆模型需要满足哪些条件？
（2）在上述理想条件下，稳定时，绳子跟竖直方向的夹角为。求小球的运动周期T。
16．（2）有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图所示。长为l的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘，如左下图中甲所示。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以某角速度匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为，不计钢绳的重力，重力加速度为g。
（1）求转盘转动的角速度。
（2）另一座椅也用长为l的钢绳一端系着，钢绳另一端固定在水平转盘边缘内侧，固定点与竖直转轴的距离为r1，且r1（3）细心的同学发现：当转盘以较快转速匀速转动时，钢绳与转轴并不在同一竖直平面内，示意图如下图右图所示（图中P为座椅，M为转盘边缘固定钢绳的点，PM为钢绳，O1O2为竖直转轴，PQ与O1O2在同一竖直平面内）。你认为造成这种现象的原因是什么？并说明此时钢绳对座椅拉力的作用效果。
17．如图所示，半径为R的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO′重合。转台以一定角速度ω匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和O点的连线与OO′之间的夹角θ为60°，重力加速度大小为g。
（1）若ω＝ω0，小物块受到的摩擦力恰好为0，求ω0；
（2）当ω＝1.2ω0时，小物块仍与罐壁相对静止，求小物块受到的摩擦力的大小和方向？
18．如图，“”形框架的水平细杆OM和竖直细杆ON均光滑，质量分别为m、3m金属环a、b用长为L的轻质细线连接，分别套在水平细杆和竖直细杆上，重力加速度为g。
（1）若在a上施加一个水平方向的力，使ab处于静止状态，求OM对环a的支持力；
（2）若施加的水平力F将a环缓慢向右移动，证明力F逐渐变大；
（3）若整个装置绕ON匀速转动使细线与水平杆间夹角，求转动角速度。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共10页
参考答案
1．A
2．D
3．D
4．D
5．C
6．B
7．D
8．B
9．AD
10．BC
11．ACD
12．BD
13．0.10 9.80
14． 0.1229 0.1225
15．（1）小球在水平面内做圆周运动，设稳定时，绳子跟竖直方向的夹角为，小球到受竖直向下的重力和沿轻绳斜向上的拉力的作用，小球竖直方向上合力为零，水平方向的合力指向转轴，大小为
小球做圆周运动的半径为
设角速度为，由牛顿第二定律可得
解得
显然，只有在小球做圆周运动的角速度满足
且时，也即小球做匀速圆周运动的角速度满足
时，小球做圆周运动的模型是理想的圆锥摆模型。
；（2）（）
16．（1）；（2）；（3）座椅运动过程中受阻力，钢绳拉力竖直向上的分力平衡重力，沿圆周切线方向的分力平衡运动过程中的阻力
17．（1）；（2），方向与罐壁相切斜向下
18．(1)；(2)把金属环a、b隔离出来，受力分析如图
a环缓慢向右移动，夹角减小，根据平衡条件可得
联立，可得
易知，逐渐变大。
；
(3)
一、单选题
1．广州市内环路上出口处常有限速标志。某出口路面是一段水平圆弧轨道，雨天车轮与路面的动摩擦因数为0.4，汽车通过出口的最大速度为36km/h。晴天车轮与路面的动摩擦因数为0.6，则晴天汽车通过出口的最大速度约为（ ）
A．44km/h B．54km/h C．24km/h D．30km/h
2．如图所示是游乐场里的过山车，若过山车经过A、B两点的速率相同，则过山车（ ）
A．在A点时处于失重状态
B．在B点时处于超重状态
C．A点的向心加速度小于B点的向心加速度
D．在B点时乘客对座椅的压力可能为零
3．某同学经过长时间的观察后发现，路面出现水坑的地方，如果不及时修补，水坑很快会变大，善于思考的他结合学过的物理知识，对这个现象提出了多种解释，则下列说法中不合理的解释是（ ）
A．车辆上下颠簸过程中，某些时刻处于超重状态
B．把坑看作凹陷的弧形，车对坑底的压力比平路大
C．车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大
D．坑洼路面与轮胎间的动摩擦因数比平直路面大
4．如图所示，可视为质点的、质量为m的小球，在半径为R的竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，重力加速度为g。下列有关说法中正确的是（ ）
A．小球在圆心上方管道内运动时，对外壁一定有作用力
B．小球能够到达最高点时的最小速度为
C．小球达到最高点的速度是时，球受到的合外力为零
D．若小球在最高点时的速度大小为2，则此时小球对管道外壁的作用力大小为3mg
5．如图所示，一倾斜的圆筒绕固定轴以恒定的角速度转动，圆筒的半径。筒壁内有一小物体与圆筒始终保持相对静止，小物体与圆筒间的动摩擦因数为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），转动轴与水平面间的夹角为，重力加速度取，则的最小值是（ ）
A．1rad/s B．rad/s C． D．
6．一长为l的轻杆一端固定在水平转轴上，另一端固定一质量为m的小球，轻杆随转轴在竖直平面内做匀速圆周运动，小球在最高点A时，杆对小球的作用力恰好为零，重力加速度为g，则小球经过最低点B时，杆对小球的作用力为（ ）
A．0 B．2mg C．3mg D．6mg
7．如图所示，山崖边的公路常被称为最险公路，一辆汽车欲安全通过此弯道公路（公路水平），下列说法不正确的是（ ）
A．若汽车以恒定的角速度转弯，选择内圈较为安全
B．若汽车以恒定的线速度大小转弯，选择外圈较为安全
C．汽车在转弯时受到重力、支持力和摩擦力作用
D．汽车在转弯时受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用
8．如图所示为赛车场的一个水平“U”形弯道，转弯处为圆心在O点的半圆，内外半径分别为r和2r。一辆质量为m的赛车通过AB线经弯道到达A′B′线，有如图所示的①②③三条路线，其中路线③是以O′为圆心的半圆，OO′＝r。赛车沿圆弧路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力均为Fmax．选择路线，赛车以不打滑的最大速率通过弯道（所选路线内赛车速率不变，发动机功率足够大），则以下说法中不正确的是（ ）
A．赛车经过路线②③时的位移相等
B．选择路线②，赛车的速率最小
C．选择路线③，赛车所用时间最短
D．①②③三条路线的圆弧上，赛车的向心加速度大小相等
二、多选题
9．如图所示为运动员在水平道路上转弯的情景，转弯轨迹可看成一段半径为R的圆弧，运动员始终与自行车在同一平面内。转弯时，只有当地面对车的作用力通过车（包括人）的重心时，车才不会倾倒。设自行车和人的总质量为M，轮胎与路面间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．转弯时车不发生侧滑的最大速度为
B．转弯时车受到地面的静摩擦力方向一定垂直于速度方向指向轨迹内侧
C．转弯时车受到地面的静摩擦力大小定为μMg
D．转弯速度越大，车所在平面与地面的夹角越小
10．如图甲所示，半径为R的半圆形轨道BC处于竖直平面内，并与水平轨道AB相切于B点。一个质量m的小物块从A点以初速度向左运动，冲上竖直半圆形轨道，恰好能通过C点后沿水平方向飞出，最后落在水平地面。不计一切摩擦阻力，重力加速度g。下列说法正确的是（ ）
A．物块在B处于失重状态
B．物块在C处于失重状态
C．物块在C处的速度大小为
D．物块落地处与C点之间的距离为2R
11．一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动，如图所示，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零
B．小球过最高点的最小速度是
C．若小球过最高点的速度时，杆对球的作用力竖直向下
D．若小球过最高点的速度时，速度v越小，杆对球的作用力越大
12．重庆欢乐谷摩天轮——“重庆之眼”约40层楼的高度，成为全球第六、西南最高的观光摩天轮。某同学设计了一个实验，在摩天轮座舱内放置一灵敏电子秤，水平的秤盘上静置一砝码，砝码、电子秤随座舱在竖直面内做匀速圆周运动的过程中，秤盘一直保持水平，摩天轮的转动周期为T。座舱经过最高点时（设为0时刻），电了秤的示数为，经过，电子秤的示数为，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A．“重庆之眼”摩天轮的半径为
B．“重庆之眼”摩天轮的半径为
C．时刻，砝码受到的摩擦力大小为
D．时刻，砝码受到的摩擦力大小为
三、实验题
13．某物理兴趣小组利用电子秤探究小球在竖直面内的圆周运动。他们到物理实验室取来电子秤（示数为被测物体的质量）、铁架台、轻质细线和小球以及光电门、刻度尺等。（结果均保留2位小数）
（1）将小球用细线系在铁架台，然后把铁架台放在电子秤上，小球静止时，电子秤的示数为2.10kg。
（2）铁架台放在电子秤上，将小球拉起后由静止释放，释放时细线处于水平伸直状态，忽略空气阻力，当小球运动到最低点时电子秤的示数为2.30kg，则小球的质量大小为______kg。
（3）通过光电门测得小球在最低点时的速度大小为2.80m/s，再用刻度尺测得悬挂点到球心的距离为0.40m，则当地的重力加速度大小为______。
14．某研究型课外学习小组利用如图所示的圆锥摆验证圆周运动的向心力大小与角速度的关系。实验前用天平测得小钢球的质量为m，然后将细线的一端固定在铁架台上，下端悬挂小钢球，具体验证方法如下：
（1）将钢球拉离竖直方向一个角度，给小球以合适的初速度，让其做圆锥摆运动，测量球转过n圈所用的时间t，并测量小球做圆周运动的直径d，根据公式，理论上小球做该圆周运动所需要的向心力大小Fn=_______；
（2）测出摆长在竖直方向上的投影高度h，查询当地重力加速度g的值，那么小球实际受到的向心力大小=_______；
（3）在一次实验操作中，测得小球质量m=50g，n=30，t=38.0s，d=20cm，h=40cm，当地重力加速度g=9.8m/s2，由测得数据可算得=_______N、=_______N（计算结果保留4位有效数字），根据实验结果就可以验证向心力大小与角速度的关系。
四、解答题
15．如图所示，在长为l的细绳下端拴一个质量为m的小球，捏住绳子的上端，使小球在水平面内做圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转，这样就成了一个圆锥摆。已知重力加速度为g。
（1）观察实验发现：实验者使小球旋转后，保持手不动，小球可以旋转较长时间，最终停止。某同学猜测：如果把条件理想化，抽象出一个理想的圆锥摆模型，那么小球将会一直在水平面内转动而不会停止。你认为：理想的圆锥摆模型需要满足哪些条件？
（2）在上述理想条件下，稳定时，绳子跟竖直方向的夹角为。求小球的运动周期T。
16．（2）有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图所示。长为l的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘，如左下图中甲所示。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以某角速度匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为，不计钢绳的重力，重力加速度为g。
（1）求转盘转动的角速度。
（2）另一座椅也用长为l的钢绳一端系着，钢绳另一端固定在水平转盘边缘内侧，固定点与竖直转轴的距离为r1，且r1
17．如图所示，半径为R的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO′重合。转台以一定角速度ω匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和O点的连线与OO′之间的夹角θ为60°，重力加速度大小为g。
（1）若ω＝ω0，小物块受到的摩擦力恰好为0，求ω0；
（2）当ω＝1.2ω0时，小物块仍与罐壁相对静止，求小物块受到的摩擦力的大小和方向？
18．如图，“”形框架的水平细杆OM和竖直细杆ON均光滑，质量分别为m、3m金属环a、b用长为L的轻质细线连接，分别套在水平细杆和竖直细杆上，重力加速度为g。
（1）若在a上施加一个水平方向的力，使ab处于静止状态，求OM对环a的支持力；
（2）若施加的水平力F将a环缓慢向右移动，证明力F逐渐变大；
（3）若整个装置绕ON匀速转动使细线与水平杆间夹角，求转动角速度。
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参考答案
1．A
2．D
3．D
4．D
5．C
6．B
7．D
8．B
9．AD
10．BC
11．ACD
12．BD
13．0.10 9.80
14． 0.1229 0.1225
15．（1）小球在水平面内做圆周运动，设稳定时，绳子跟竖直方向的夹角为，小球到受竖直向下的重力和沿轻绳斜向上的拉力的作用，小球竖直方向上合力为零，水平方向的合力指向转轴，大小为
小球做圆周运动的半径为
设角速度为，由牛顿第二定律可得
解得
显然，只有在小球做圆周运动的角速度满足
且时，也即小球做匀速圆周运动的角速度满足
时，小球做圆周运动的模型是理想的圆锥摆模型。
；（2）（）
16．（1）；（2）；（3）座椅运动过程中受阻力，钢绳拉力竖直向上的分力平衡重力，沿圆周切线方向的分力平衡运动过程中的阻力
17．（1）；（2），方向与罐壁相切斜向下
18．(1)；(2)把金属环a、b隔离出来，受力分析如图
a环缓慢向右移动，夹角减小，根据平衡条件可得
联立，可得
易知，逐渐变大。
；
(3)