2.4离心现象及其应用（Word版含答案）

2.4 离心现象及其应用
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．以下情景描述符合物理实际的是（　　）
A．火车轨道在弯道处设计成外轨低内轨高，以便火车成功的转弯
B．汽车通过拱形桥的最高点时对桥的压力小于汽车重力，汽车通过凹形桥的最低点时失重
C．在轨道上飞行的航天器中的物体因为不受重力作用，所以处于“完全失重状态”。
D．洗衣机脱水时利用离心运动把附在衣物上的水甩掉
2．如图所示，光滑水平面上，小球m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，关于小球运动情况的说法正确的是（　　）
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，小球将沿轨迹Pa做离心运动
C．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动
D．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc运动
3．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．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动
B．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动
C．若拉力突然消失，小球将沿轨迹OP做离心运动
D．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动
4．雨天在野外骑车时，自行车的后轮轮胎上常会黏附一些泥巴，行驶时感觉很“沉重”，如果将自行车后轮撑起，使后轮离开地面而悬空，然后用手匀速摇脚踏板，使后轮飞速转动，泥巴就被甩下来，如图示，图中a、b、c、d为后轮轮胎边缘上的四个特殊位置，则（　　）
A．泥巴在图中的a位置时最容易被甩下来
B．泥巴在图中的b位置时最容易被甩下来
C．泥巴在图中的c位置时最容易被甩下来
D．泥巴在图中的d位置时最容易被甩下来
5．洗衣机脱水时有一件湿衣物附在竖直筒壁上保持相对静止，如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．衣物受到重力、筒壁对它的弹力、摩擦力及向心力共四个力的作用
B．筒在转动脱水过程中，筒壁对衣物的摩擦力减小
C．衣物随筒壁做圆周运动的向心力由衣物对筒壁的压力提供
D．筒的转速增大时，筒壁对衣物的弹力一定减小
6．下列哪些现象是为了防止物体产生离心运动（　　）
①汽车转弯时要限制速度 ②转速很高的砂轮半径不能做得太大
③在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨 ④离心水泵工作时
A．①②③ B．②③④ C．①②④ D．①③④
7．如图所示为家用洗衣机的脱水桶，当它高速旋转时，能把衣物甩干。根据我们所学的知识，下列叙述正确的是（　　）
A．脱水桶高速旋转时，水受到与运动方向一致的合外力作用而飞离衣物
B．脱水桶高速旋转时，衣物上的水受到的合外力不足以提供向心力，所以水滴做离心运动，通过小孔飞离脱水桶
C．经过脱水流程后，打开洗衣机，发现衣物集中堆放在桶的中央
D．脱水桶高速运转时，衣物上的水受到离心力作用
8．魔力飞转发光陀螺玩具因其新奇的创意深受小朋友的喜欢，室外开阔地，让陀螺转动，并且达到一定的速度，陀螺会自己发出七彩炫光。其内部电路图可简化如图所示：当陀螺静止时，弹簧处于原长，触点A、B断开，二极管不发光，陀螺绕O点转动时，轻质弹簧便会伸长，使小球A与金属片B接触，电路被接通，发光二极管便发出亮光，下列说法正确的是（　　）
A．其它条件不变，弹簧的劲度系数越小，陀螺的转速要大一些才能使二极管发光
B．其它条件不变，小球A的质量越大，陀螺的转速要大一些才能使二极管发光
C．其它条件不变，小球A的质量越小，陀螺的转速要大一些才能使二极管发光
D．只要陀螺有转动，小球就会做离心运动，二极管一定就会发光
9．下列现象中，与离心运动无关的是（　　）
A．将温度计中的水银甩回到顶部水银泡中
B．拔掉风扇电源，扇叶仍继续转
C．洗衣机脱水桶旋转，衣服紧贴在桶壁上
D．运动员投掷链球时，在高速旋转的时候释放链球
10．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
二、解答题
11．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？
12．一把打开的雨伞半径为r，伞边缘距水平地面的距离为h。当该雨伞绕伞柄以角速度ω水平旋转时，雨点自边缘甩出下落，在地面上形成一个大圆圈。已知重力加速度为g。试求这个大圆圈的半径。
13．汽车的轮胎磨面都有一块挡泥板，当下雨天，汽车在调路中行驶时，离地面的一定高度的挡泥板上布满了泥土，这是什么原因？
三、填空题
14．如图所示，轻质细线一端系一质量0.1kg的小球，另一端套在图钉上，此时小球在光滑的水平平台上做半径为0.3m，线速度为的匀速圆周运动。现拔掉图钉让小球飞出，此后细绳又被正上方距高为0.2m的图钉套住，达到稳定后，小球又在平台上做匀速圆周运动。小球在图钉拔掉后被图钉套住前运动了___________s；稳定后细线拉力变为，则速度变为原来的___________倍。
15．海尔全自动洗衣机技术参数如下表，估算脱水桶正常工作时衣服所具有的向心加速度a=________m/s2，（π取3.14，结果保留整数．）脱水桶能使衣服脱水是物理中的________现象．
16．洗衣机脱水桶是利用________的原理制成的机械，将衣服放在洗衣机的甩干桶内，当甩干桶高速旋转时，衣服也随之旋转，当水的附着力________（填“大于”、“小于”或“等于”）圆周运动所需要的向心力时，衣服上的水滴就被甩出。
17．判断下列说法的正误。
（1）铁路的弯道处，内轨高于外轨。( )
（2）汽车驶过拱形桥顶部时，对桥面的压力等于车重。( )
（3）汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重。( )
（4）绕地球做匀速圆周运动的航天器中的航天员处于完全失重状态，故不再受重力。( )
（5）做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动。( )
18．一个水平圆盘绕通过圆心O的竖直轴匀速转动，盘上距轴处有一个质量为的物体。如果物体与圆盘间的最大静摩擦力为，物体相对圆盘静止，圆盘转动的角速度不能大于________；如果圆盘角速度大于该值，相对于圆盘物体滑动的方向是沿半径________（选填“向外”或“向内”）。
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参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．火车轨道在弯道处设计成外轨高内轨低，靠重力和支持力的合力提供向心力，便于火车转弯，故A错误；
B．在拱形桥的最高点，合力方向向下，可知重力大于支持力，则压力小于汽车重力，当汽车过凹面时，加速度方向向上，处于超重，故B错误；
C．在轨道上飞行的航天器中的物体处于“完全失重状态”，是因为重力提供其做圆周运动的向心力，并非不受重力，故C错误；
D．洗衣机脱水时利用离心运动把附着在衣物上的水分甩掉，故D正确。
故选D。
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．在水平面上，细绳的拉力提供m所需的向心力，当拉力消失，物体受力合为零，将沿切线Pa方向做匀速直线运动，故A正确；
BD．当向心力减小时，将沿Pb轨道做离心运动，故BD错误；
C．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pc做近心运动；故C错误；
故选A。
3．B
【解析】
【分析】
【详解】
光滑水平面上，细绳的拉力提供m所需的向心力
A．若拉力突然变大，则小球将沿轨迹Pc做近心运动，不会沿轨迹Pb做离心运动，故A错误；
BD．若拉力突然变小，则小球将做离心运动，但由于力与速度有一定的夹角，小球将做曲线运动，故B正确，D错误；
C．若拉力突然消失，则小球将沿着P点处的切线Pa运动，故C错误；
故选B。
4．C
【解析】
【分析】
【详解】
图中a、b、c、d四点共轴转动，角速度相同，半径也相同，可得所需的向心力相同
在a位置时，附着力与重力的合力作为向心力，合力为
同理可得，在c位置时，合力为
在b、d位置，附着力作为向心力，对比可知，在c点所需得附着力F2最大，最容易做离心运动被甩下来。
故选C。
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．衣物受到重力、筒壁对它的弹力、摩擦力共三个力的作用，其合力提供向心力，选项A错误；
B．筒在转动脱水过程中，衣物的重力与静摩擦力平衡，衣物上的水甩出去，重力减小，筒壁对衣物的摩擦力减小，选项B正确；
C．衣物随筒壁做圆周运动的向心力由筒壁对衣物的弹力提供，选项C错误；
D．筒的转速增大时，所需向心力增大，而向心力由筒壁对衣物的弹力提供，则筒壁对衣物的弹力增大，选项D错误。
故选B。
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
①汽车转弯时要限制速度是防止汽车产生离心运动发生危险；
②转速很高的砂轮半径不能做得太大是为了防止沙粒产生离心运动发生危险；
③在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨是防止产生离心运动发生侧翻；
④离心水泵工作时是利用离心运动；
选A。
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．水滴的附着力是一定的，根据
Fn＝ma＝mω2R
可知ω增大会使所需的向心力Fn增大，而转筒有洞，不能提供足够大的向心力，水滴就会被甩出去，故B正确，A错误；
C．脱水桶高速旋转时，衣物有沿着筒壁切线飞出的趋势，故被“甩”至筒壁，因此经过脱水流程后，打开洗衣机，发现衣物主要集中在桶壁附近，故C错误；
D．水发生离心现象是由于受到的指向圆心的力小于需要的向心力，不能说水受到离心力的作用，故D错误。
故选B。
8．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．由弹簧弹力提供向心力可得
得知要使二极管发光x不变，若k减小，则所需的角速度不变（甚至变小一些）也可以使二极管发光，故A错误；
BC．由弹簧弹力提供向心力可得
当质量减小，其他条件不变，则需要更大的角速度即转速才能使二极管发光，故C正确，B错误；
D．当所需要的向心力没有达到足够大的时候，弹簧的形变量没有达到足够大的时候，A、B两点没有接触，二极管不会发光，故D错误。
故选C。
9．B
【解析】
【分析】
【详解】
拔掉风扇电源，扇叶仍在转动是由于惯性，与离心现象无关，A、C、D三种情况都是因为外力不足以提供向心力而做远离圆心的离心运动，故B正确，ACD错误。
故选B。
10．C
【解析】
【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。
11．(1) ；(2)
【解析】
【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
12．
【解析】
【分析】
【详解】
伞做圆周运动，边缘处的线速度大小
即雨点甩出时的初速度为v，雨点甩出后做平抛运动，设运动时间为t，则有
水平方向上雨点的射程为
根据几何关系，得地面上形成大圆圈的半径为
13．见解析
【解析】
【详解】
汽车的轮胎有凸凹相间的花纹，当汽车在泥泞的泥土中行驶时，带水的泥土黏在轮胎的花纹中，由于车轮转动的速度收大，泥土在轮胎的花放中黏不住，离开轮胎时由泥土由于惯性而具有分离前轮胎的速度，泥土基本上是沿直线而到达挡泥板，过程如图所示。
14． 1 0.6
【解析】
【分析】
【详解】
[1]如图所示，小球在图钉拔掉后被图钉套住前运动了s，由几何关系可得
运动时间为
[2]根据向心力公式有
代入数据可得
则速度变为原来的0.6倍。
15． 1775； 离心
【解析】
【详解】
脱水桶的转速n=900r/min=15r/s，可知周期，向心加速度 ．
脱水桶能使衣服脱水是物理中的离心现象．
16． 离心现象 小于
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]衣物附在筒壁上，随洗衣机的甩干筒做圆周运动，此时，衣服受重力、筒壁的弹力和摩擦力。重力与摩擦力平衡，由筒壁的弹力提供向心力。根据向心力公式得到，弹力
当转速的增大时，m、r不变，则F增大。当大于衣服的附着力时，出现离心现象，导致水被甩出。
17． 错 错 对 错 错
【解析】
【分析】
【详解】
略
18． 2.8 向外
【解析】
【分析】
【详解】
[1]物体与圆盘间的最大静摩擦力提供向心力，则有
得
[2]如果圆盘角速度大于该值，即合力不足提供向心力，物体做离心运动，则相对于圆盘物体滑动的方向是沿半径向外。
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