6.2 向心力 同步练习题（word版含答案）

6.2 向心力
一、单选题
1．物体做匀速圆周运动的条件是（　　）
A．有一定的初速度，且受到一个始终与初速度垂直的恒力作用
B．有一定的初速度，且受到一个大小不变、方向变化的力的作用
C．有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用
D．有一定的初速度，且受到一个大小不变、方向始终和速度垂直的合力作用
2．如图所示表面粗糙的水平圆盘上叠放着质量相等的A、B两物块，且A、B随圆盘一起做匀速圆周运动（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），则下列说法正确的是（　　）
A．B受到的向心力大小是A受到的向心力大小的2倍
B．圆盘对B的摩擦力大小是B对A的摩擦力大小的2倍
C．A有沿半径方向向外滑动的趋势，B有沿半径方向向内滑动的趋势
D．若B先滑动，则A、B之间的动摩擦因数小于B与圆盘之间的动摩擦因数
3．如图所示，轻杆的一端拴一小球，另一端与竖直杆铰接。当竖直杆以角速度匀速转动时，轻杆与竖直杆之间的张角为。下列图像中能正确表示角速度与张角关系的是（ ）
B．
C． D．
4．用如图所示的向心力演示器探究影响向心力大小的因素。长槽横臂的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴的距离的2倍，长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板C到各自转轴的距离相等。转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的相对大小。关于这个实验，下列说法正确的是（　　）
A．探究向心力和半径的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处
B．探究向心力和质量的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处
C．探究向心力和角速度的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处
D．探究向心力和角速度的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板B和挡板C处
5．如图，小明在游乐园乘坐摩天轮。已知摩天轮在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动。当小明从最低点a处转动到水平位置d处的过程中，小明（　　）
A．对座舱的压力大小不变
B．所受合外力的大小逐渐变大
C．在水平方向的受力大小逐渐变大
D．在水平方向的受力大小保持不变
6．如图所示，汽车在一水平公路上转弯时，汽车的运动可视为匀速圆周运动。下列关于汽车转弯时的说法正确的是（　　）
A．汽车处于平衡状态 B．汽车的向心力由重力和支持力提供
C．汽车的向心力由摩擦力提供 D．汽车的向心力由支持力提供
二、多选题
7．小球质量为m，用长L的轻悬线固定于O点，在O点的正下方处钉有一颗钉子P，把悬线沿水平方向拉直，如图所示。若无初速度释放小球，当悬线碰到钉子后的瞬间（设线没有断）（　　）
A．小球的角速度突然增大 B．小球的线速度突然减小到零
C．小球的向心加速度突然增大 D．小球的线速度突然增大
8．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顺时针方向缠绕在两钉子上（俯视）。现使小球以初速度v0在水平面上沿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，下列说法正确的是 （　　）
A．小球的速度变大 B．小球的角速度变小
C．小球的向心力变小 D．细绳对小球的拉力变大
9．如图，在水平转台上放一个质量M＝2 kg的木块，它与转台间的最大静摩擦力Fmax＝6.0 N，绳的一端系挂木块，通过转台的中心孔O(孔光滑)，另一端悬挂一个质量m＝1.0 kg的物体，当转台以角速度ω＝5 rad/s匀速转动时，木块相对转台静止，则木块到O点的距离可以是(g取10 m/s2，M、m可看成质点)(　　)
A．0.04 m
B．0.08 m
C．0.16 m
D．0.32 m
10．两根长度不同的细线下面分别悬挂两个完全相同的小球A、B，细线上端固定在同一点，绕共同的竖直轴在水平面内做匀速圆周运动．已知A球细线跟竖直方向的夹角为30°，B球细线跟竖直方向的夹角为60°，下列说法正确的是
A．小球A和B的角速度大小之比小球的1：1
B．小球A和B的线速度大小之比为1:3
C．小球A和B的向心力大小之比为1：1
D．小球A和B所受细线拉力大小之比为1：
三、填空题
11．如图所示，有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，小强站在距圆心为r处的P点不动。
（1）关于小强的受力，下列说法正确的是________；
A．小强在P点不动，因此不受摩擦力作用
B．小强随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力充当向心力
C．小强随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当向心力
D．若使圆盘以较小的转速转动时，小强在P点受到的摩擦力不变
（2）如果小强随圆盘一起做变速圆周运动，那么其所受摩擦力是否仍指向圆心___________？
12．现在有一种叫做“魔盘”的娱乐设施（如下图）.“魔盘”转动很慢时，盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开.当盘的转速逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，离转动中心越远的人，这种滑动的趋势越厉害.设“魔盘”转速为6 r/min，一个体重为 30 kg 的小孩坐在距离轴心 1 m 处（盘半径大于 1 m ）随盘一起转动（没有滑动）.这个小孩受到的向心力的大小为______________N，这个向心力是由________________力提供的？
四、解答题
13．花样滑冰极具观赏性，体现了力与美的融合。一个花样滑冰男运动员牵着另一个质量为m的女运动员的手使其恰好做圆周运动，该过程可以简化为长L的细线，一端固定于O点，另一端拴一质量为m的小球，让小球在水平面内做匀速圆周运动的模型，如图所示。当男运动员的手臂与竖直方向的夹角为时，求：
（1）男运动员对女运动员的拉力F的大小；
（2）女运动员的脚尖处的线速度大小。
14．图甲为游乐园中“空中飞椅”的游戏设施，它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上，绳子的下端连接座椅，人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋．若将人和座椅看成一个质点，则可简化为如图乙所示的物理模型，其中P为处于水平面内的转盘，可绕竖直转轴OO＇转动，设绳长l＝10m，质点的质量m=60kg，转盘静止时质点与转轴之间的距离d=4.0m，转盘逐渐加速转动，经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动，此时绳与竖直方向的夹角θ=37 （不计空气阻力及绳重，且绳不可伸长，sin37 =0.6，cos37 =0.8）求质点与转盘一起做匀速圆周运动时，求：
（1）绳子拉力的大小；
（2）转盘角速度的大小．
15．歼-20是我国自主研制的第五代战斗机，具有包括隐身在内的一系列世界领先的性能。某次演习中，歼-20战斗机需要完成一次战术拉升动作。已知战斗机此时水平飞行且速度大小为500 m/s，取重力加速度大小g=10 m/s2，出于对飞行员安全的考虑，要求飞行员所受支持力应该控制在自身重力的10倍以内，否则很可能会出现“黑视”情况，严重威胁飞行员和战斗机的安全。分析飞机飞行时，尽管各个位置轨迹的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条轨迹分割为许多很短的小段，飞机在每小段的运动都可以看作是圆周运动的一部分。通过以上信息求战斗机在拉升时的最小圆周运动的半径。
16．质量的小球被细线拴住，此时线长，当拉力为时细线就会被拉断。小球从图示位置由静止释放，达到最低位置时速度。在最低位置时小球距离水平地面的高度，求：（重力加速度g取，cos 37°=0.8，sin 37°=0.6）
（1）当时，求小球运动到最低点时细线上的拉力；
（2）改变角的大小和细线的长度，使小球恰好在最低点时，细线断裂，小球落地点到地面上P点的距离最大时，求细线的长度L。（P点在悬点的正下方）
试卷第1页，共3页
试卷第7页，共7页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
做匀速圆周运动的物体，必须有一定的初速度，且必须受到一个大小不变、方向时刻指向圆心的合力的作用，且向心力等于合力。
故选D。
2．B
【解析】
【详解】
A．由题意可知两物块的角速度大小相等、质量相等则两物块受到的向心力大小相等，A错误；
B．B受到圆盘的摩擦力大小
B对A的摩擦力大小
B正确；
C．A和B都有沿半径方向向外滑动的趋势，C错误；
D．若B先滑动，则
解得
D错误。
故选B。
3．D
【解析】
【详解】
小球受到重力mg和轻杆的拉力T的共同作用，将拉力进行分解，由圆周运动规律可知小球在水平方向上，有
式中l为杆的长度，在竖直方向上，有
联立解得
故选D。
4．B
【解析】
【详解】
A．探究向心力和半径的关系时，要保持其余的物理量不变，则需要质量、角速度都相同，如角速度相同，则应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板B和挡板C处，A错误；
B．探究向心力和质量的关系时，应将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，即将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处，B正确；
CD．在探究向心力和角速度的关系时，要保持其余的物理量不变，则需要半径、质量都相同，则需要将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，即将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处，CD错误 。
故选B。
5．C
【解析】
【详解】
小明的受力分析如图所示，其中Fx为水平方向的受力，Fy为竖直方向的受力，Fx与Fy的合力提供向心力F，其中Fy是小明的重力mg和座舱对其支持力FN的合力，即
当小明从a到d的运动过程中，F大小不变，即小明所受合外力的大小不变，但方向逐渐趋于水平，由此可知Fy逐渐减小，Fx逐渐增大，则FN逐渐减小，根据牛顿第三定律可知小明对座舱的压力逐渐减小。
故选C。
6．C
【解析】
【详解】
A．汽车转弯时存在向心加速度，运动状态不断变化，所以不是处于平衡状态，故A错误；
BCD．汽车在水平面内做匀速圆周运动，重力和支持力都沿竖直方向，不可能提供向心力，所以提供向心力的一定是在水平方向的摩擦力，故BD错误，C正确。
故选C。
7．AC
【解析】
【详解】
BD．由题意知，当悬线运动到与钉子相碰时，悬线仍然竖直，小球在竖直方向仍然只受重力和悬线的拉力，故其运动方向不受力，线速度大小不变，选项BD错误；
AC．又，r减小，所以ω增大；，r减小，则a增大，故AC正确。
故选AC。
8．BC
【解析】
【详解】
A．由于小球所受的拉力始终与其速度方向垂直，不改变速度大小，故A错误；
B．由v=ωr可知，v不变，r变大，则角速度ω变小，故B正确；
C．小球的向心力
Fn=m
v不变，r变大，则向心力变小，故C正确；
D．细绳对小球的拉力
F=m
v不变，r变大，则F变小，故D错误。
故选BC。
9．BCD
【解析】
【详解】
物体的摩擦力和绳子的拉力的合力提供向心力，根据向心力公式得：mg+f=Mω2r，解得：；当f=fmax=6.0N时，r最大，，当f=-6N时，r最小，则，故BCD正确，A错误。
10．ABD
【解析】
【详解】
AB．根据得，角速度，线速度，可知角速度之比为1：1，线速度大小之比为1：3，故AB正确；
C．小球A做圆周运动的向心力，小球B做圆周运动的向心力，可知，小球A、B的向心力之比为1：3，故C错误；
D．两球在水平面内做圆周运动，在竖直方向上的合力为零，由，，则，故D正确．
11． C 不指向圆心
【解析】
【详解】
（1）ABC．由于小强随圆盘做匀速圆周运动，一定需要向心力，该力一定指向圆心方向，而重力和支持力的方向均在竖直方向上，它们不能充当向心力，因而他会受到摩擦力作用，且摩擦力充当向心力，AB错误、C正确；
D．由于小强随圆盘转动时，做圆周运动的半径不变，当圆盘转速变小时，角速度变小，由可知，小强所需向心力变小，摩擦力变小，D错误。
故选C。
（2）由于小强在水平面内运动，小强在竖直方向上受力必平衡，在水平方向上，当小强随圆盘一起做变速圆周运动时，合力有沿平行切线方向的分力，不再指向圆心，即摩擦力不再指向圆心。
12． 11.8 N 小孩与盘之间的静摩擦力
【解析】
【详解】
小孩随“魔盘”转动做匀速圆周运动，其向心力由小孩与盘之间的静摩擦力提供，向心力的大小为：
13．（1）；（2）
【解析】
【详解】
女运动员在水平面内做匀速圆周运动，其受重力和拉力，两个力的合力提供向心力，如图所示
可知男运动员对女运动员的拉力大小
（2）女运动员受到的合力沿水平方向指向圆心，设她做匀速圆周运动的轨迹半径为r，由几何关系得
根据矢量运算法则和向心力公式有
联立两式解得
14．（1）750N (2)
【解析】
【详解】
试题分析：（1）如图所示，对人和座椅进行受力分析：， ．
（2）根据牛顿第二定律有：，．
考点：本题考查牛顿运动定律，向心力来源．
15．2778 m
【解析】
【详解】
战斗机刚开始拉升时做圆周运动，此时飞行员所受支持力和重力的合力提供向心力，有
当FN=10mg时，战斗机圆周运动半径最小，则最小圆周运动半径
16．（1）14N；（2）2.75m
【解析】
【详解】
（1）设β=37°时，小球运动到最低点时细线上的拉力大小为F1，由牛顿第二定律得
①
由题意并代入数据解得
②
（2）根据（1）题分析可知，当小球质量一定时，小球运动到最低点时对细线的拉力大小只与β有关，设当β=β1时细线恰好断裂，则有
③
④
细线断裂后小球做平抛运动，设经时间t小球落地，则小球的水平位移大小为
⑤
竖直位移大小为
⑥
联立③④⑤⑥可得
⑦
根据数学知识可知当时x有最大值。
答案第1页，共2页
答案第8页，共1页