3.2科学探究：向心力基础巩固-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册（word含答案）

3.2科学探究：向心力基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，光滑的凸轮绕O轴匀速转动，C、D是凸轮边缘上的两点，AB杆被限制在竖直方向移动，杆的下端A在O点正上方与凸轮边缘接触且被托住。凸轮位于图示位置时，AB杆正在上升。则（　　）
A．凸轮绕O轴逆时针方向旋转 B．凸轮上C、D两点线速度相同
C．凸轮上C、D两点角速度大小相等 D．凸轮上C、D两点向心加速度相同
2．如图所示，一辆质量为2×103kg的汽车通过拱形桥最高点的速率为3m/s，桥面最高点的圆弧半径为20m，取重力加速度大小g=10m/s2，则汽车在通过拱形桥最高点时对桥面的压力大小为（　　）
A．2×104N B．1.91×104N C．1.1×104N D．9×103N
3．如图，用细绳系着一个小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，不考虑空气阻力。则以下说法正确的是（　　）
A．球受到重力、拉力、向心力
B．若球转动加快，绳子的拉力不变
C．球所受的合力指向悬点O
D．球的向心加速度时刻在变化
4．关于平抛运动和匀速圆周运动的描述，以下说法正确的是（　　）
A．平抛运动是一种匀变速曲线运动
B．匀速圆周运动是一种匀变速曲线运动
C．平抛运动的加速度时刻改变
D．匀速圆周运动的加速度保持不变
5．一个小球做匀速圆周运动，圆周半径，小球质量为，角速度大小为，则小球所受向心力大小为（　　）
A．2.5N B．1.6N C．0.5N D．0.4N
6．如图所示，一长为L的轻绳，一端固定在天花板上，另一端系一质量为m的小球，球绕竖直轴线O1O2做匀速圆周运动，绳与竖直轴线间的夹角为θ，则下列说法中正确的是(　　)
A．球受到重力，绳对球的拉力和向心力
B．球受到重力和绳对球的拉力
C．球需要的向心力大小为mgsinθ
D．球需要的向心力大小为
7．两根长度不同的轻质细线下端分别悬挂两个小球A、B，细线上端固定在同一点，若两个小球绕共同的竖直轴在同一水平面内做同向的匀速圆周运动，球A的轨道半径是B的一半，不计空气阻力。则两个摆球在运动过程中（　　）
A．两球的角速度相等 B．两球的速度大小相等
C．两球的加速度大小相等 D．球A、B的向心力大小之比为1：2
8．有关圆周运动的基本模型如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．图甲，火车转弯小于规定速度行驶时，外轨对轮缘会有挤压作用
B．图乙，汽车通过拱桥的最高点时受到的支持力大于重力
C．图丙，两个圆锥摆摆线与竖直方向夹角θ不同，但圆锥高相同，则两圆锥摆的线速度大小相等
D．图丁，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的A、B位置先后分别做匀速圆周运动，则在A、B两位置小球所受筒壁的支持力大小相等
9．夏天，电风扇是解暑的电器之一，如图所示，电风扇叶片上的b点到中间转轴的距离是a点的2倍，电风扇正常匀速转动时（　　）
A．a点的角速度比b点的角速度小
B．a点的线速度比b点的线速度大
C．a、b两点的周期之比为1∶2
D．a、b两点的向心加速度之比为1∶2
10．公路在通过小型水库的泄洪闸的下游时，常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”，如图所示，凹形桥最低点附近小段所对应的圆半径是20m，质量为的汽车以的速度通过凹形桥的最低点时（取）（　　）
A．车的向心加速度为
B．车对桥面的压力为
C．桥面对车的支持力为
D．车的速度越小，车对桥面的压力越大
11．下列说法正确的是（　　）
A．物体受到变力作用时，不可能做直线运动
B．物体受到恒力作用，有可能做匀速圆周运动
C．物体所受的合力方向与速度方向不在一条直线上时，则其一定做曲线运动
D．物体所受的合力方向与速度方向在同一直线上时物体的速度方向一定不会改变
12．如图所示，两个圆锥内壁光滑，竖直放置在同一水平面上，圆锥母线与竖直方向夹角分别为30°和60°，有A、B两个质量相同的小球在两圆锥内壁等高处做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．A、B球受到的支持力之比为∶3
B．A、B球的向心力之比为∶1
C．A、B球运动的角速度之比为3∶1
D．A、B球运动的线速度之比为3∶1
13．坐落在镇江新区的摩天轮，高88m，假设乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动，下列叙述正确的是（　　）
A．摩天轮转动过程中，乘客的机械能保持不变
B．摩天轮转动一周的过程中，合力对乘客做功为零
C．在最低点时，乘客重力大于座椅对他的支持力
D．摩天轮转动过程中，乘客重力的瞬时功率保持不变
14．如图所示，物体A、B随水平圆盘绕轴匀速转动，则物体B在水平方向所受的作用力有（　　）
A．圆盘对B的摩擦力指向圆心，A对B的摩擦力背离圆心
B．圆盘对B的摩擦力、A对B的摩擦力以及向心力
C．圆盘对B的摩擦力和向心力
D．圆盘对B和A对B的摩擦力，两力都指向圆心
15．如图所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度为ω，盘面上有一质量为m的物块随圆盘一起做匀速圆周运动，物块到转轴的距离为r，下列说法正确的是
A．物块只受到重力和支持力作用
B．圆盘对物块的静摩擦力提供其向心力
C．物块的线速度大小为
D．物块的向心加速度大小为ωr
二、填空题（共4题）
16．质量为m的物体做匀速圆周运动，如果测得它的运动线速度为v，转动半径为r，那么向心力的大小为________；如果测得它的运动角速度为，转动半径为r，那么向心力的大小为______；如果测得它的运动线速度为v，角速度为，那么向心力的大小为_______；如果测得它的运动半径为，周期为T，那么向心力的大小________.
17．如图所示，B和C是一组塔轮，即B和C半径不同，但固定在同一转动轴上，其半径之比为，A轮的半径大小与C轮相同，它与B轮紧靠在一起，当A轮绕过其中心的竖直轴转动时，由于摩擦作用，B轮也随之无滑动地转动起来.a、b、c分别为三轮边缘的三个点，则a、b、c三点在运动过程中的.线速度大小之比为______,向心加速度大小之比为______.
18．如图所示的皮带传动装置，主动轮O1上两轮的半径分别为3r和r，从动轮O2的半径为2r，A、B、C分别为轮子边缘上的三点，设皮带不打滑，求：
(1)A、B、C三点的角速度之比=_____；
(2)A、B、C三点的速度大小之比vA∶vB∶vC=_____；
(3)A、B、C三点的向心速度大小之比aA∶aB∶aC=_____；
19．某小组利用拉力传感器验证“圆周运动的向心力表达式”，实验装置如图甲所示，拉力传感器竖直固定。一根不可伸长的细线上端固定在传感器的挂钩上，下端系着质量为m的小钢球，钢球静止于A处，其底部固定一竖直遮光片，A处正下方安装有光电门。拉起钢球使细线与竖直方向成适当角度，钢球由静止释放后在竖直平面内运动，得到遮光片通过光电门的遮光时间为△t。重力加速度大小为g：
(1)用游标卡尺测遮光片宽度d的示数如图乙所示，则其读数为__________mm，并测得钢球做圆周运动的半径为r；
(2)钢球经过A点时拉力传感器的示数为F，则钢球受到的合力大小F1=F－mg。利用光电门测得此时钢球的速度后，求出钢球经过A点时向心力大小F2=__________（用m、r、d、△t表示），在实验误差允许范围内通过比较F1、F2是否相等进行验证；
(3)由于测量速度时引起的误差，第(2)问中F1__________F2（选填“略大于”或“略小于”）。
三、综合题（共4题）
20．这是一个研究圆周运动向心力的实验设计：在一个透明玻璃做成的圆台面上均匀贴了数条反光度很高的狭窄铝箔纸条，在圆盘上方某处安装了一个光传感器，它具有发射红外光线，同时可接收反射光的功能。台面上有一条光滑的凹槽，凹槽的尽头，靠近台壁处安装了一个力传感器(可以感知力的大小)，力传感器前放置一个小球。圆盘转动时，光传感器发出的光线在铝箔处反射为光传感器接收，在没有铝箔处将透射过去，小球压迫在力传感器上，获得传感器给球的弹力，这个力充当小球做圆周运动的向心力，力的大小通过传感器可以测量，当光传感器和力传感器通过数据采集系统与电脑连接后，电脑显示屏可显示出光接收波形图(如图)和力的测量数值F0。现已知光传感器在圆台面上的光点距转轴距离为r，小球的质量为m，球心与转轴相距为R，铝箔宽度为d，电脑显示出铝箔条反射光的最短时间为t1。
（1）用上述条件可以求出小球所需要的向心力 F=____，并与F0比较，从而验证公式 F=。
（2）这一设计对转台做非匀速圆周运动的情况是否适用？简要说明理由。
21．两个等高的水平圆盘通过皮带传动（皮带不打滑），各自绕中心轴、匀速转动，俯视图如图所示，圆盘半径分别为，．一小物体放置于大圆盘的盘面上，与圆心的距离为，与圆盘的动摩擦因数．设最大静摩擦力和滑动摩擦力相等，重力加速度取．要使物体相对圆盘静止，圆盘的角速度最大是多少？
22．一小孩荡秋千，已知小孩的质量为40kg，秋千底板质量为20kg，每根系秋千的绳子长为4m，每根绳能承受的最大张力是450N。如图，当秋千底板摆到最低点时，速度为3m/s。（g=10m/s2，小孩当作质点处理，绳的质量不计）
(1)在最低点时，小孩对底座的压力是多少？
(2)每根绳子受到拉力T是多少？
23．如图所示一质点沿顺时针方向做匀速圆周运动，在图中画出质点在A点向心力的方向和B点线速度的方向.
参考答案
1．C
2．B
3．D
4．A
5．B
6．B
7．A
8．D
9．D
10．B
11．C
12．C
13．B
14．A
15．B
16．
17．3:3:2 9:6:4
18．2：2：1 3：1：1 6：2：1
19．3.85 略大于
20．(1)；(2)适用，因为牛顿第二定律具有瞬时性，只要取对应瞬时值即可比较。
21．
22．(1)490N；(2)367.5N
23．