圆周运动 章末检测 2021—2022学年高中物理人教版(2019)必修第二册
一、单选题
1.如图为学员驾驶汽车在水平面上绕O点做匀速圆周运动的俯视示意图,已知质量为60 kg的学员在A点位置,质量为70 kg的教练员在B点位置,A点的转弯半径为5.0 m,B点的转弯半径为4.0 m,学员和教练员(均可视为质点)( )
A.运动周期之比为5:4 B.运动线速度大小之比为1:1
C.向心加速度大小之比为4:5 D.受到的合力大小之比为15:14
2.小明家餐桌的上面一层是半径为的转盘,餐具放在上面可随盘绕盘中心的转轴转动,已知碗和转盘表面的动摩擦因数为0.64,妈妈将一碟菜放在转盘边缘后离开了,调皮的小明转动转盘,结果菜碟子从转盘上滑落,若转盘的转动可认为是匀速转动,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,则小明转动转盘的角速度至少为( )
A. B. C. D.
3.某变速箱中有甲、乙、丙三个齿轮,如图所示,其半径分别为r1、r2、r3,若甲轮匀速转动的角速度为ω,三个轮相互不打滑,则丙轮边缘上各点的向心加速度大小为( )
A. B. C. D.
4.小红同学在体验糕点制作“裱花”环节时,她在绕中心匀速转动的圆盘上放了一块直径8英寸(20cm)的蛋糕,在蛋糕边缘每隔4s均匀“点”一次奶油,蛋糕转动一周正好均匀“点”上15点奶油.下列说法正确的是( )
A.圆盘转动的转速约为2π r/min
B.圆盘转动的角速度大小为 rad/s
C.蛋糕边缘的线速度大小约为 m/s
D.蛋糕边缘的向心加速度约为90 m/s2
5.英语听力磁带盒的示意图如图所示,为缠绕磁带的两个轮子,其半径均为r。当放音结束时,磁带全部绕到了B轮上,磁带的外缘半径。现在进行倒带,使磁带绕到A轮上,可以认为此过程磁带的线速度随时间均匀增大。倒带时A轮是主动轮,B轮是从动轮,主动轮的角速度不变。经测定磁带全部绕到A轮上需要的时间为t,当B轮的角速度也为时所用的时间记为,此时磁带的线速度记为v,则下列判断正确的是( )
A. B. C. D.
6.如图所示,光滑水平面上,质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时,拉力F发生变化,下列关于小球运动情况的说法中正确的是 ( )
A.若拉力突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.若拉力突然变小,小球可能沿轨迹Pa做离心运动
C.若拉力突然变大,小球可能沿轨迹Pb做离心运动
D.若拉力突然变小,小球可能沿轨迹Pc做近心运动
7.摆式列车是集计算机技术、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车。如图所示,当列车转弯时,在电脑控制下,车厢会自动倾斜;直线行驶时,车厢又恢复原状,实现高速行车,并能达到既安全又舒适的要求。假设有一高速列车在水平面内行驶,以180 km/h的速度拐弯,由列车上的传感器测得一个质量为50 kg的乘客在拐弯过程中所受合力为500 N,则列车的拐弯半径为 ( )
A.150 m B.200 m C.250 m D.300 m
8.如图所示,是某游乐园“旋转座椅”项目的简化图,座椅随着半径为r = 0.5m的圆环一起做角速度为ω = πrad/s的匀速圆周运动,同时圆环沿着立柱以v = 0.5m/s的速度匀速上升,则在座椅转动一周的过程中,座椅上升了( )
A.m B.1m C.πm D.0.5m
二、多选题
9.如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放着用细线相连的质量均为m的两个物体A和B,它们分居圆心两侧,与圆心距离分别为RA=r,RB=2r,与盘间的动摩擦因数μ相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g,当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时,下列说法正确的是( )
A.此时绳子张力为T=3μmg
B.此时圆盘的角速度为ω=
C.此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆外
D.此时烧断绳子,A仍相对盘静止,B将做离心运动
10.如图所示,水平转台上有一个质量为m的物块,用长为l的轻质细绳将物块连接在转轴上,细绳与竖直转轴的夹角为,此时绳绷直但无张力,物块与转台间动摩擦因数为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块随转台由静止开始缓慢加速转动,角速度为ω,加速度为g,则( )
A.当时,细线中张力为零 B.当时,物块与转台间的摩擦力为零
C.当时,细线的张力为 D.当时,细绳的拉力大小为
11.设计师设计了一个非常有创意的募捐箱,如图甲所示,把硬币从投币口放入,接着在募捐箱上类似于漏斗形的部位(如图丙所示,O点为漏斗形口的圆心)滑动很多圈之后从中间的小孔掉入募捐箱。如果硬币在不同位置的运动都可以看成匀速圆周运动,摩擦阻力忽略不计,则关于某一枚硬币通过a、b两处时运动和受力情况的说法正确的是( )
A.在a、b两处做圆周运动的圆心都为O点
B.向心力的大小
C.角速度的大小
D.向心力速度的大小
12.如图(a)所示,A、B为钉在光滑水平面上的两根铁钉,质量为0.6kg的小球C(小球可视为质点)用细绳拴在铁钉B上,A、B、C在同一直线上,t=0时,给小球一垂直于绳、大小为2m/s的速度,使小球在水平面上做圆周运动.在0≤t≤t2时间内,细绳的拉力随时间变化的规律如图(b)所示,若细绳能承受的最大拉力为6.4N,则下列说法正确的是( )
A.两钉子间的距离为0.2m
B.t=3.3s时细绳的拉力为3N
C.t1=0.6πs
D.小球从开始运动到绳被拉断历时3πs
13.汕头海湾隧道工程采取的是隧道盾构挖掘技术。盾构机刀盘直径为15.01米,相当于五层楼高。其基本工作原理是:沿隧洞轴线向前推进,同时通过旋转前端盾形结构,利用安装在前端的刀盘对土壤进行开挖切削,挖掘出来的土碴被输送到后方。如图所示为某盾构机前端,以下说法中正确的是( )
A.盾构机前端转动时,各个刀片转动的角速度相同
B.盾构机前端转动时,各个刀片的线速度随半径的增大而减小
C.当盾构机前端转速为3r/min时,其转动周期为0.05s
D.当盾构机前端转速为3r/min时,前端外边缘的线速度约为2.4m/s
14.如图所示,在光滑水平面上,钉有两个钉子A和B,一根长细绳的一端系一个小球,另一端固定在钉子A上,开始时小球与钉子A、B均在一条直线上(图示位置),且细绳的一大部分沿俯视顺时针方向缠绕在两钉子上,现使小球以初速度v0在水平面上沿俯视逆时针方向做圆周运动,使两钉子之间缠绕的绳子逐渐释放,在绳子完全被释放后与释放前相比,下列说法正确的( )
A.小球的线速度变大 B.小球的角速度变大
C.小球的加速度变小 D.细绳对小球的拉力变小
三、实验题
15.如图甲所示是某同学探究做圆周运动的向心力的大小与半径、线速度、质量的关系的实验装置,圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动。力传感器测量向心力F,速度传感器测量圆柱体的线速度v,该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变,来探究向心力F与线速度v的关系。
(1)该同学采用的实验方法为___________。
A.等效替代法 B.控制变量法 C.理想化模型法
(2)改变线速度y,多次测量,该同学测出了五组v、F数据,
v(m/s) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90
①他发现F-v图是一条曲线, 请你根据上面数据帮他在图乙中描点并作出F-v2图线___________;
②若圆柱体运动半径r=0.2m,由作出的F-v2图线可得圆柱体的质量m=___________kg。(结果保留两位有效数字)
16.南宁三中物理兴趣小组的阳阳同学为了测玩具电动机的转速,设计如图(甲)所示的装置.钢质L字形型直角架竖直杆穿过带孔轻质薄硬板,然后与电动机转子相固连,水平横梁末端与轻细绳上端栓接,绳下端栓连一小钢球,测量仪器只有直尺.实验前细绳竖直,小球静止,薄板在小球下方,用直尺测出水平横梁的长度d=4.00cm.现接通电源,电动机带动小球在水平面上做匀速圆周运动,待小球稳定转动时,缓慢上移薄板,恰触碰到小球时,停止移动薄板,用铅笔在竖直杆上记下薄板的位置,在薄板上记录下触碰点,最后测量出薄板到横梁之间的距离h=20.00cm,触碰点到竖直杆的距离r=20.00cm,如图(乙)所示.
(1)为了实验更精确,上移薄板时要求薄板始终保持________
(2)重力加速度用g表示,利用测得的物理量,写出转速n的表达n=__________(用d,h,r,g表示),用测得的数据计算得n=_________r/s(计算时取,最后结果取三位有效数字)
四、解答题
17.如图,水平圆形转盘可绕竖直轴转动,圆盘上放有小物体A、B、C,质量分别为m、2m、3m,物块A叠放在B上,B、C到转盘中心O的距离分别为3r、2r。B、C间用一轻质细线相连,圆盘静止时,细线刚好伸直无拉力。已知B、C与圆盘间的动摩擦因数为μ,A、B间动摩擦因数为3μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。现让圆盘从静止开始加速。求∶
(1)当时,细线的张力;
(2)当时,C受到转盘的摩擦力;
(3)当时,剪断细线,C将怎样运动。
18.如图甲所示是某款名为“风火轮”的玩具,其装置结构示意图如图乙虚线框内所示。整个装置放置于水平桌面上,小车(可视为质点)从A点水平弹射出,沿直线轨道通过阻挡门(阻挡门的位置可在间调节)后经回旋弯道的最低点B点进入竖直回旋弯道,再通过直线轨道从C点水平飞出,轨道各部分平滑连接,小车进入得分区域则挑战成功。已知A、B之间的距离,圆形回旋弯半径,之间的距离,之间的高度差,水平距离.小车与直线轨道各部分之间的摩擦因数均为,其余电阻均忽略。小车质量,经过B点的速度与经过弯道最高点的速度满足关系。
(1)若小车从C点飞出后恰好到达N点,求小车在C点的速度大小;
(2)若小车恰好能够过回旋弯道的最高点,通过计算分析小车能否进入得分区域:
(3)若小车经过阻挡门前后瞬间的速度大小之此为,当小车以的初速度弹出时,阻挡门距离A点多远距离时,小车能够进入得分区域。
19.如图所示,在光滑的圆锥体顶端用长为L的细线悬挂一质量为m的小球。圆锥体固定在水平面上不动,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角=30°。现使小球绕圆锥体的轴线在水平面内做匀速圆周运动。
(1)当小球角速度1=时,求细线对小球的拉力;
(2)当小球角速度2=时,求细线对小球的拉力。
20.如图是场地自行车比赛的圆形赛道。路面与水平面的夹角为15°,,,不考虑空气阻力,g取10。
(1)某运动员骑自行车在该赛道上做匀速圆周运动,圆周的半径为60m,要使自行车不受摩擦力作用,其速度应等于多少?
(2)若该运动员骑自行车以18的速度仍沿该赛道做匀速圆周运动,自行车和运动员的质量一共是100,此时自行车所受摩擦力的大小又是多少?方向如何?
21.如图所示,半径的光滑半圆环轨道处于竖直平面内,半圆环与水平地面相切于圆环的端点A。一小球从A点冲上竖直半圆环,沿轨道运动到B点飞出,最后落在水平地面上的C点(图上未画),g取10。
(1)能实现上述运动时,小球在B点的最小速度是多少?
(2)能实现上述运动时,A、C间的最小距离是多少?
22.波轮洗衣机中的脱水筒(图)在脱水时,衣服紧贴在筒壁上做匀速圆周运动。某洗衣机的有关规格如下表所示。在运行脱水程序时,有一质量的硬币被甩到桶壁上,随桶壁一起做匀速圆周运动。求桶壁对它的静摩擦力和弹力的大小。在解答本题时可以选择表格中有用的数据。重力加速度g取10。
型号 ××
额定电压、频率 ~220V、50
额定脱水功率 225W
质量 31
脱水转速 600
脱水筒尺寸 直径300,高370
外形尺寸 长555,宽510,高870
试卷第1页,共3页
试卷第12页,共1页
参考答案
1.D
2.B
3.A
4.B
5.C
6.A
7.C
8.B
9.ABC
10.AD
11.CD
12.AC
13.AD
14.CD
15.B 0.19
16.(1)水平 (2) (3)1.00
17.(1) ;(2)0;(3)C仍然做匀速圆周运动
18.(1)1.5m/s;(2)可以;(3)
19.(1)mg;(2)mg
20.(1);(2),沿斜面向下
21.(1)2m/s;(2)0.8m。
22.0.06N,3.55N