人教版高中物理必修二 第六章圆周运动 单元测试基础卷
一、单选题(本大题共8道小题)
1. 长沙市橘子洲湘江大桥桥东有一螺旋引桥,供行人上下桥。假设一行人沿螺旋线自外向内运动,如图所示。已知其走过的弧长s与时间t成正比。则关于该行人的运动,下列说法正确的是( )
A.行人运动的线速度越来越大
B.行人所受的合力大小不变
C.行人运动的角速度越来越小
D.行人所受的向心力越来越大
2. 一个质点受到两个互成锐角的力 F1 和 F2 的作用,由静止开始运动,若运动中保持两个力的方向不变,但 F1 突然增大 ΔF,则质点此后( )
A.有可能做匀速圆周运动
B.在相等时间内速度的变化量一定相同
C.可能做变加速曲线运动
D.一定做匀变速直线运动
3. 如图所示,一根细线下端拴一个金属小球Q,细线穿过小孔(小孔光滑)另一端连接在金属块P上,P始终静止在水平桌面上,若不计空气阻力,小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆)。实际上,小球在运动过程中不可避免地受到空气阻力作用。设因阻力作用,小球Q的运动轨道发生缓慢的变化(可视为一系列半径不同的圆周运动)。下面的判断正确的是( )
A.Q的位置越来越高
B.细线所受的拉力变小
C.小球Q运动的角速度变大
D.P受到桌面的静摩擦力变大
4. 下列关于甲乙两个做圆周运动的物体的有关说法正确的是( )
A.它们线速度相等,角速度一定相等
B.它们角速度相等,线速度一定也相等
C.它们周期相等,角速度一定也相等
D.它们周期相等,线速度一定也相等
5. 如图所示,铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的,已知内外轨组成的轨道平面与水平面的夹角为θ,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车以速度v通过某弯道时,内外轨道均不受侧压力作用,下面分析正确的是( )
A.
B.若火车速度小于v时,火车将受到外轨侧压力作用,其方向平行轨道平面向内
C.若火车速度大于v时,火车将受到外轨侧压力作用,其方向平行轨道平面向内
D.无论火车以何种速度行驶,对内侧轨道都有压力
6. 如图所示,自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径之比为4∶1∶16,在用力蹬脚踏板前进的过程中,下列说法正确的是( )
A.小齿轮和后轮的角速度大小之比为16∶1
B.大齿轮和小齿轮的角速度大小之比为1∶4
C.大齿轮边缘和后轮边缘的线速度大小之比为1∶4
D.大齿轮和小齿轮轮缘的向心加速度大小之比为4∶1
7. 把一个小球放在玻璃漏斗中,晃动漏斗,可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动.如图,平面1比平面2高,轨道1半径是轨道2 半径的2倍.则:( )
A.小球做勻速圆周运动时受到重力、支持力、向心力
B.同一个小球在轨道1的线速度是轨道2线速度的2倍
C.同一个小球在轨道1对漏斗壁的压力是在轨道2的2倍
D.同一个小球在轨道1的向心加速度等于在轨道2 的向心加速度
8. 如图所示,倒L型的轻杆一端固定一个质量为m的小球(可视为质点),L杆可围绕竖直轴()以角速度的匀速转动,若小球在水平面内作圆周运动的半径为R,则杆对球的作用力大小为( )
A. B.
C. D.不能确定
二、解答题(本大题共3道小题)
9. 有一个匀速转动的圆盘,已知圆盘边缘一点A的线速度是,沿半径方向距边缘为L的一点B的线速度为。试求:
(1)圆盘的半径和角速度;
(2)A点的向心加速度大小和B点的向心加速度大小。
10. 一转动装置如图所示,四根轻杆OA、OC、AB和CB与两小球以及一小环通过铰链连接,轻杆长均为l,球和环的质量均为m,O端固定在竖直的轻质转轴上,套在转轴上的轻质弹簧连接在O与小环之间,原长为L,装置静止时,弹簧长为L,转动该装置并缓慢增大转速,小环缓慢上升。弹簧始终在弹性限度内,忽略一切摩擦和空气阻力,重力加速度为g,求:
(1)弹簧的劲度系数k;
(2)AB杆中弹力为零时,装置转动的角速度ω0。
11. 如图所示,竖直平面内的圆弧形光滑轨道半径为R,A端与圆心O等高,AD为与水平方向成45°角的斜面,B端在O的正上方,一个质量为m的小球在A点正上方某处由静止开始释放,自由下落至A点后进入圆形轨道并能沿圆形轨到达B点,且到达B处时小球对圆弧轨道顶端的压力大小为mg。求:
(1)小球到B点时的速度大小?
(2)小球从B点运动到C点所用的时间?
(3)小球落到斜面上C点时的速度大小?
三、填空题(本大题共4道小题)
12. 一根长为L的轻绳,一端系一质量为m的小球,另一端固定在O点,小球在竖直平面内做圆周运动,则小球刚好能做圆周运动时,小球在最高点的速度是__________.
13. 滑板运动是很多青少年喜爱的运动项目。如图所示,这是某同学在圆弧形场地进行滑板运动的示意图,若圆弧场地半径为,该同学质量为,他滑到场地最低点时的速度大小为,此时他所受的向心力大小为___________,滑板对他的支持力____________(选填“大于”、“小于”或“等于”)他的重力。
14. 某个25kg的小孩坐在秋千板上,秋千板离拴绳子的横梁2.5m.如果秋千板摆动经过最低位置时的速度是3m/s,这时秋千板所受的压力为______N
15. 如图所示,为测试子弹的发射速度,让子弹水平射向绕水平轴旋转的纸筒,纸筒的直径为d,角速度为ω,子弹沿直径水平穿过圆纸筒,只留下一个弹孔,则子弹的速度可能为___________。
答案
一、单选题(本大题共8道小题)
1. 【答案】D
【解析】
依题意
t
A.可知该行人运动的线速度大小不变,故A错误;
BD.由微元法将行人沿螺旋线运动的每一小段视为圆周运动的一部分,轨道半径逐渐减小,其向心力
Fn=m
向心力越来越大,线速度大小不变,在沿轨迹切线方向的分力为0,故所受合力即为向心力,也越来越大,故B错误,D正确;
C.运动的角速度ω=越来越大,故C错误。
故选D。
2. 【答案】B
【详解】
BCD.质点原来是静止的,在F1、F2的合力的作用下开始运动,此时质点沿合力方向做直线运动,运动一段时间之后,物体就有了速度,而此时将F1突然增大为F1+△F,F1变大了,它们的合力也就变了,原来合力的方向与速度的方向在一条直线上,质点做的是直线运动,把F1改变之后,由平行四边形定则可知,合力的大小变了,合力的方向也变了,就不再和速度的方向在同一条直线上了,所以此后质点将做曲线运动,由于F1、F2都是恒力,改变之后它们的合力还是恒力,质点的加速度就是定值,所以质点以后做匀变速曲线运动,由△v=at知,a一定,则在相等的时间内速度的变化一定相等.故B正确,CD错误;
A.恒力作用下不可能做匀速圆周运动,选项A错误。
故选B。
3. 【答案】B
【详解】
A.由于小球受到空气阻力作用,线速度减小,则所需要的向心力减小,小球做向心运动,Q的位置越来越低,故A错误;
BC.设细线与竖直方向的夹角为θ,细线的拉力大小为T,细线的长度为L,Q球做匀速圆周运动时,由重力和细线的拉力的合力提供向心力,如图
则有
T,mgtanθ=mmω2Lsinθ
得
ω
由于小球受到空气阻力作用,线速度减小,θ减小,cosθ增大,则得到细线拉力T减小,角速度ω减小,故B正确,C错误;
D.对P球,由平衡条件得知,P受到桌面的静摩擦力等于细线的拉力大小,则静摩擦力变小,故D错误。
故选B。
4. 【答案】C
【详解】
A.它们线速度相等,根据v=ωr可知,角速度不一定相等,选项A错误;
B.它们角速度相等,根据v=ωr可知,线速度不一定也相等,选项B错误;
C.它们周期相等,根据 可知,角速度一定也相等,选项C正确;
D.它们周期相等,根据可知,线速度不一定也相等,选项D错误.
5. 【答案】C
【详解】
A.质量为m的火车以速度v通过某弯道时,内外轨道均不受侧压力作用,由火车所受支持力与重力的合力作为向心力,由牛顿第二定律可得
解得
A错误;
B.若火车速度小于v时,支持力与重力的合力大于所需的向心力,火车有近心运动的趋势,火车将受到内轨侧压力作用,其方向平行轨道平面向外,B错误;
C.若火车速度大于v时,支持力与重力的合力小于所需的向心力,火车有离心运动的趋势,火车将受到外轨侧压力作用,其方向平行轨道平面向内,C正确;
D.当火车速度
火车对内侧轨道没有压力,D错误。
故选C。
6. 【答案】B
【详解】
小齿轮和后轮是同轴转动装置,角速度大小相等,即
ω2=ω3
大齿轮与小齿轮是皮带传动装置,线速度大小相等,即
v1=v2
根据
v=ωr
得出
向心加速度
a=
则
故ACD错误,B正确。
故选B。
7. 【答案】D
【详解】
小球做匀速圆周运动时,只受重力和支持力两个力作用,如图所示:
由图可知,两个力的合力提供向心力,故A错误;根据牛顿第二定律得:,解得:,知轨道1半径是轨道2半径的2倍,则同一个小球在轨道1的线速度是轨道2线速度的,故B错误;轨道对小球的支持力为,与轨道平面的高度无关,则小球对轨道的压力也与轨道平面无关,因此同一个小球在轨道1和轨道2对漏斗壁的压力大小相等,故C错误;根据得:,知同一个小球在轨道1的向心加速度等于在轨道2的向心加速度,故D正确;故选D.
8. 【答案】A
【详解】
杆对小球的作用力的一个分力平衡了小球竖直方向的重力,另一个分力提供了小球水平圆周运动的向心力,所以杆对小球的作用力大小为
故选A。
二、解答题(本大题共3道小题)
9. 【答案】(1),;(2),
【详解】
(1)设圆盘的半径为R,角速度为ω。由题意可得
两式联立解得
(2)A点的向心加速度大小为
B点的向心加速度大小为
10. 【答案】(1) ;(2)
【解析】
(1)装置静止时,设OA、AB杆中的弹力大小分别为F1、T1,OA杆与转轴的夹角为θ1.小环受到弹簧的弹力
F弹1=k·
小环受力平衡
F弹1=mg+2T1cos θ1
小球受力平衡
F1cos θ1+T1cos θ1-mg=0
F1sin θ1-T1sin θ1=0
解得
k=
(2)设OA、AB杆中的弹力分别为F2、T2,OA杆与转轴的夹角为θ2,弹簧长度为x。
小环受到弹簧的弹力
F弹2=k(x-L)
小环受力平衡
F弹2=mg
得
x=L
对小球
F2cos θ2=mg
F2sin θ2=mω02lsin θ2
cos θ2=
解得
ω0=
11. 【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】
(1)到达B处时小球对圆弧轨道顶端的压力大小为
在B点由重力和轨道的支持力提供向心力,则有
解得
(2)小球离开B点后做平抛运动,小球落到C点时,根据平抛运动规律得
解得
(3)小球落在斜面上C点时竖直分速度为
小球落到C点得速度大小
三、填空题(本大题共4道小题)
12. 【答案】
【详解】
小球刚好通过最高点时,绳子的拉力恰好为零,有:,解得:.
13. 【答案】 大于
【详解】
他所受的向心力大小
根据牛顿第二定律得
可得
14. 【答案】340
【详解】
以小孩为研究对象,根据牛顿第二定律得
FN-mg=
得到秋千板对小孩的支持力为
FN=mg+
解得
FN=340N
由牛顿第三定律得小孩对秋千板的压力大小为340N。
15. 【答案】(n=0、1、2、3…)
【详解】
子弹穿过纸筒的时间内纸筒转动(n+)圈,每圈的时间为
故满足
解得
(n=0、1、2、3…)
2 / 2