2023-2024学年高中物理人教版必修第二册 第六章 圆周运动达标训练（含答案）
文档属性
| 名称 | 2023-2024学年高中物理人教版必修第二册 第六章 圆周运动达标训练（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 535.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-03-06 16:10:13 | ||
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文档简介
2023-2024学年高中物理人教版必修第二册第六章圆周运动达标训练
一、选择题
1．如图所示，质量不同、可视为质点的两物体，分别放在圆形转盘上的A、B两点，随圆盘一起匀速转动，转动半径分别为r和2r，则两物体（ ）
A．角速度大小之比为2：1 B．线速度大小之比为1：2
C．向心加速度大小之比为1：4 D．向心力大小之比为1：2
2．修正带是学生常用的涂改工具，其内部结构如图所示，两齿轮半径分别为1.2cm和0.4cm，a、b分别是大小齿轮边缘上的两点，当齿轮匀速转动时，a、b两点（ ）
A．角速度之比为1：1 B．线速度大小之比为3：1
C．向心加速度大小之比为1：3 D．周期之比为1：3
3．第一次工业革命的关键是蒸汽机的发明，蒸汽机通过连杆把往复直线运动转化为圆周运动。如图所示的机械装置可以将滑块的往复直线运动转化为圆周运动，连杆AB、OB可绕图中A、B、O三处的转轴转动。已知OB杆长为L，当连杆AB与水平方向夹角为，AB杆与OB杆的夹角为β时，滑块A向左以速度v做直线运动，OB绕O点沿逆时针方向做匀速转动的角速度为（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，某个走时准确的时钟，分针与秒针由转动轴到针尖的长度之比是，则下列说法正确的是（ ）
A．分针与秒针的角速度之比为
B．分针与秒针的周期之比为
C．分针针尖与秒针针尖的线速度大小之比为
D．分针针尖与秒针针尖的向心加速度大小之比为
5．如图所示，物体、随水平圆盘绕轴匀速转动，物体在水平方向所受的作用力及其方向的判定正确的有 （ ）
A．圆盘对及对的摩擦力，两力都指向圆心
B．圆盘对的摩擦力指向圆心，对的摩擦力背离圆心
C．物体受到圆盘对及对的摩擦力和向心力
D．物体受到圆盘对的摩擦力和向心力
6． 如图所示，一探照灯灯光照射在云层底面上，云层底面是与地面平行的平面，云层底面距地面高h，探照灯以恒定角速度ω从竖直位置开始在竖直平面内顺时针转动，照射在云层底面上光点的移动速度大小将（ ）
A．保持不变 B．一直减小
C．一直增大 D．先增大后减小
7． 如图所示，用细绳拴着质量为m的物体，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．小球过最高点时，绳子张力可以为零
B．小球过最高点时的速度是0
C．小球做圆周运动过最高点时的最小速度是
D．小球过最高点时，绳子对小球作用力可以与球所受重力方向相反
8． 如图所示，长为L的悬线固定在O点，在O点正下方有一钉子C，把悬线另一端的小球A拉到跟悬点在同一水平面处无初速度释放，小球运动到悬点正下方时悬线与钉子C相碰，开始绕钉子运动。不计空气阻力和细绳与钉子相碰时的能量损失，以下说法正确的是（ ）
A．碰到钉子的瞬间，悬线拉力的功率最大
B．钉子C越靠近O点悬线越容易断
C．碰钉子的瞬间悬线拉力做正功，所以小球的速度迅速增大
D．从开始释放到悬线碰钉子之前，小球重力的功率先增大后减小
二、多项选择题
9． 如图所示，洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中正确的是（ ）
A．脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的
B．水会从桶中甩出是因为水滴受到向心力很大的缘故
C．加快脱水筒转动角速度，脱水效果会更好
D．靠近中心的衣物脱水效果比四周的衣物脱水效果好
10． 从高速公路下来需要通过一段转弯半径较小的匝道，由于车速较大，匝道的路面都不是水平的。图示为某一段匝道的俯视示意图，当汽车行驶的速率为时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则在该匝道的拐弯处，下列判断正确的是（ ）
A．匝道外侧较低，内侧较高
B．以相同的速度经过匝道时，质量大的汽车不容易打滑
C．当路面结冰时，与未结冰时相比，的值不变
D．当车速高于一定限度时，车辆有可能会向匝道外侧滑动
11． 如图所示，质量为的小球可视为质点，用长为的摆线悬挂在墙上点，点正下方点钉有一光滑细支柱，且、两点的距离为。现将球拉至偏离竖直方向释放，摆至最低点后球绕点运动。以下说法正确的是（ ）
A．绳子碰到细支柱瞬间，小球速度大小不变
B．绳子碰到细支柱瞬间，绳子拉力大小不变
C．当时，球能绕点做完整的圆周运动
D．当时，绳子碰到细支柱前后的拉力大小之比为：
12． 如图所示，有一竖直圆筒，内壁光滑，上端开口截面水平。一小球沿水平方向由点切入圆筒内侧，沿着筒壁呈螺旋状滑落，落地点恰好位于点正下方，已知圆筒高，横截面圆环半径，，。则（ ）
A．小球下落时间为
B．小球进入圆筒初速度大小可能为
C．小球所受圆筒的弹力大小保持不变
D．小球所受圆筒的弹力逐渐增大
三、非选择题
13． 某同学利用如图甲所示的向心力演示器探究小球做圆周运动所需的向心力F与小球质量m、运动半径r和角速度之间的关系。左右塔轮自上而下有三层，每层半径之比由上至下分别是1∶1，2∶1和3∶1（如图乙所示），它们通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比。实验时，将两个小球分别放在短槽的C处和长槽的A（或B）处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮一起匀速转动，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套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。请回答相关问题：
（1）本实验采用的主要实验方法为____
A．等效替代法 B．控制变量法 C．放大法
（2）若要探究向心力的大小F与半径r的关系，可以将相同的钢球分别放在挡板C和挡板B处，将传动皮带置于第 层（填“一”、“二”或“三”）。
（3）某次实验时，将质量为和的小球分别放在B、C位置，传动皮带位于第三层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺的露出的格子数之比1∶3，由此可知 。
14．公路上有一段弯道可以看成是半径为6m的圆弧，路面是水平的。一辆质量为2×103kg的小汽车在这段弯道上匀速行驶，已知轮胎与路面间的动摩擦因数为μ=0.6。为使汽车不发生侧滑，汽车的速度最大应不超过多少？当汽车以4m/s的速度匀速通过这段弯道，汽车受到的摩擦力多大？(可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
15．如图所示是一游乐转筒的模型图，它是一个半径约为2 m的直圆筒，可绕中间的竖直轴转动，里面的乘客背靠圆筒壁站立。当转筒转速达到至少每分钟30圈时，乘客脚下的踏板突然脱落，乘客随筒一起转动而不掉下来。要保证乘客的安全，乘客与转筒之间的动摩擦因数至少为多大？（g取10 m/s2，π2＝10）
16．火车质量很大，在拐弯时需要较大向心力，如果内外轨一样高，外轨对轮缘的弹力是向心力的主要来源，这样很容易使铁轨和车轮受损，还可能使列车侧翻。在修筑铁路时，要根据弯道半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨高度差，使铁轨平面与水平地面间有一个很小的角。我国铁路的标准间距为，若在某拐弯处列车的设计时速为，拐弯半径为，重力加速度取，按上述设计数据求（在角很小时）。
17．如图所示，轻绳的一端连接一个金属小球，另一端固定于天花板A点，形成一个圆锥摆。若圆锥摆的频率是，重力加速度g取10m/s2，求圆心O到A点的距离h。
答案解析部分
1．【答案】B
2．【答案】C
3．【答案】A
4．【答案】C
5．【答案】B
6．【答案】C
7．【答案】A
8．【答案】D
9．【答案】A,C
10．【答案】C,D
11．【答案】A,D
12．【答案】A,C
13．【答案】（1）B
（2）一
（3）3：2
14．【答案】（1）当摩擦力达到最大时，根据牛顿第二定律有，解得，所以汽车的速度最大应不超过；
（2）当时，静摩擦力提供向心力，由牛顿第二定律得：。
15．【答案】解：乘客随转筒旋转时受三个力：重力mg、筒壁对他的支持力FN和静摩擦力Ff，要使乘客随筒一起转动而不掉下来，筒壁对他的最大静摩擦力应至少等于重力，乘客做圆周运动的向心力由筒壁对他的支持力FN来提供。
转筒的角速度为ω＝2nπ＝π rad/s
由牛顿第二定律可得FN＝mrω2
Ff＝μFN＝mg
联立解得μ＝0.5
16．【答案】解：如图所示，对火车进行受力分析
可知支持力和重力的合力提供向心力，则有
解得
又有
联立可得
17．【答案】解：小球的角速度为
设轻绳与竖直方向的夹角为，由几何关系可得，转动半径为
由牛顿第二定律可得
联立解得
一、选择题
1．如图所示，质量不同、可视为质点的两物体，分别放在圆形转盘上的A、B两点，随圆盘一起匀速转动，转动半径分别为r和2r，则两物体（ ）
A．角速度大小之比为2：1 B．线速度大小之比为1：2
C．向心加速度大小之比为1：4 D．向心力大小之比为1：2
2．修正带是学生常用的涂改工具，其内部结构如图所示，两齿轮半径分别为1.2cm和0.4cm，a、b分别是大小齿轮边缘上的两点，当齿轮匀速转动时，a、b两点（ ）
A．角速度之比为1：1 B．线速度大小之比为3：1
C．向心加速度大小之比为1：3 D．周期之比为1：3
3．第一次工业革命的关键是蒸汽机的发明，蒸汽机通过连杆把往复直线运动转化为圆周运动。如图所示的机械装置可以将滑块的往复直线运动转化为圆周运动，连杆AB、OB可绕图中A、B、O三处的转轴转动。已知OB杆长为L，当连杆AB与水平方向夹角为，AB杆与OB杆的夹角为β时，滑块A向左以速度v做直线运动，OB绕O点沿逆时针方向做匀速转动的角速度为（ ）
A． B． C． D．
4．如图所示，某个走时准确的时钟，分针与秒针由转动轴到针尖的长度之比是，则下列说法正确的是（ ）
A．分针与秒针的角速度之比为
B．分针与秒针的周期之比为
C．分针针尖与秒针针尖的线速度大小之比为
D．分针针尖与秒针针尖的向心加速度大小之比为
5．如图所示，物体、随水平圆盘绕轴匀速转动，物体在水平方向所受的作用力及其方向的判定正确的有 （ ）
A．圆盘对及对的摩擦力，两力都指向圆心
B．圆盘对的摩擦力指向圆心，对的摩擦力背离圆心
C．物体受到圆盘对及对的摩擦力和向心力
D．物体受到圆盘对的摩擦力和向心力
6． 如图所示，一探照灯灯光照射在云层底面上，云层底面是与地面平行的平面，云层底面距地面高h，探照灯以恒定角速度ω从竖直位置开始在竖直平面内顺时针转动，照射在云层底面上光点的移动速度大小将（ ）
A．保持不变 B．一直减小
C．一直增大 D．先增大后减小
7． 如图所示，用细绳拴着质量为m的物体，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．小球过最高点时，绳子张力可以为零
B．小球过最高点时的速度是0
C．小球做圆周运动过最高点时的最小速度是
D．小球过最高点时，绳子对小球作用力可以与球所受重力方向相反
8． 如图所示，长为L的悬线固定在O点，在O点正下方有一钉子C，把悬线另一端的小球A拉到跟悬点在同一水平面处无初速度释放，小球运动到悬点正下方时悬线与钉子C相碰，开始绕钉子运动。不计空气阻力和细绳与钉子相碰时的能量损失，以下说法正确的是（ ）
A．碰到钉子的瞬间，悬线拉力的功率最大
B．钉子C越靠近O点悬线越容易断
C．碰钉子的瞬间悬线拉力做正功，所以小球的速度迅速增大
D．从开始释放到悬线碰钉子之前，小球重力的功率先增大后减小
二、多项选择题
9． 如图所示，洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中正确的是（ ）
A．脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的
B．水会从桶中甩出是因为水滴受到向心力很大的缘故
C．加快脱水筒转动角速度，脱水效果会更好
D．靠近中心的衣物脱水效果比四周的衣物脱水效果好
10． 从高速公路下来需要通过一段转弯半径较小的匝道，由于车速较大，匝道的路面都不是水平的。图示为某一段匝道的俯视示意图，当汽车行驶的速率为时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则在该匝道的拐弯处，下列判断正确的是（ ）
A．匝道外侧较低，内侧较高
B．以相同的速度经过匝道时，质量大的汽车不容易打滑
C．当路面结冰时，与未结冰时相比，的值不变
D．当车速高于一定限度时，车辆有可能会向匝道外侧滑动
11． 如图所示，质量为的小球可视为质点，用长为的摆线悬挂在墙上点，点正下方点钉有一光滑细支柱，且、两点的距离为。现将球拉至偏离竖直方向释放，摆至最低点后球绕点运动。以下说法正确的是（ ）
A．绳子碰到细支柱瞬间，小球速度大小不变
B．绳子碰到细支柱瞬间，绳子拉力大小不变
C．当时，球能绕点做完整的圆周运动
D．当时，绳子碰到细支柱前后的拉力大小之比为：
12． 如图所示，有一竖直圆筒，内壁光滑，上端开口截面水平。一小球沿水平方向由点切入圆筒内侧，沿着筒壁呈螺旋状滑落，落地点恰好位于点正下方，已知圆筒高，横截面圆环半径，，。则（ ）
A．小球下落时间为
B．小球进入圆筒初速度大小可能为
C．小球所受圆筒的弹力大小保持不变
D．小球所受圆筒的弹力逐渐增大
三、非选择题
13． 某同学利用如图甲所示的向心力演示器探究小球做圆周运动所需的向心力F与小球质量m、运动半径r和角速度之间的关系。左右塔轮自上而下有三层，每层半径之比由上至下分别是1∶1，2∶1和3∶1（如图乙所示），它们通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比。实验时，将两个小球分别放在短槽的C处和长槽的A（或B）处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮一起匀速转动，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套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。请回答相关问题：
（1）本实验采用的主要实验方法为____
A．等效替代法 B．控制变量法 C．放大法
（2）若要探究向心力的大小F与半径r的关系，可以将相同的钢球分别放在挡板C和挡板B处，将传动皮带置于第 层（填“一”、“二”或“三”）。
（3）某次实验时，将质量为和的小球分别放在B、C位置，传动皮带位于第三层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺的露出的格子数之比1∶3，由此可知 。
14．公路上有一段弯道可以看成是半径为6m的圆弧，路面是水平的。一辆质量为2×103kg的小汽车在这段弯道上匀速行驶，已知轮胎与路面间的动摩擦因数为μ=0.6。为使汽车不发生侧滑，汽车的速度最大应不超过多少？当汽车以4m/s的速度匀速通过这段弯道，汽车受到的摩擦力多大？(可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
15．如图所示是一游乐转筒的模型图，它是一个半径约为2 m的直圆筒，可绕中间的竖直轴转动，里面的乘客背靠圆筒壁站立。当转筒转速达到至少每分钟30圈时，乘客脚下的踏板突然脱落，乘客随筒一起转动而不掉下来。要保证乘客的安全，乘客与转筒之间的动摩擦因数至少为多大？（g取10 m/s2，π2＝10）
16．火车质量很大，在拐弯时需要较大向心力，如果内外轨一样高，外轨对轮缘的弹力是向心力的主要来源，这样很容易使铁轨和车轮受损，还可能使列车侧翻。在修筑铁路时，要根据弯道半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨高度差，使铁轨平面与水平地面间有一个很小的角。我国铁路的标准间距为，若在某拐弯处列车的设计时速为，拐弯半径为，重力加速度取，按上述设计数据求（在角很小时）。
17．如图所示，轻绳的一端连接一个金属小球，另一端固定于天花板A点，形成一个圆锥摆。若圆锥摆的频率是，重力加速度g取10m/s2，求圆心O到A点的距离h。
答案解析部分
1．【答案】B
2．【答案】C
3．【答案】A
4．【答案】C
5．【答案】B
6．【答案】C
7．【答案】A
8．【答案】D
9．【答案】A,C
10．【答案】C,D
11．【答案】A,D
12．【答案】A,C
13．【答案】（1）B
（2）一
（3）3：2
14．【答案】（1）当摩擦力达到最大时，根据牛顿第二定律有，解得，所以汽车的速度最大应不超过；
（2）当时，静摩擦力提供向心力，由牛顿第二定律得：。
15．【答案】解：乘客随转筒旋转时受三个力：重力mg、筒壁对他的支持力FN和静摩擦力Ff，要使乘客随筒一起转动而不掉下来，筒壁对他的最大静摩擦力应至少等于重力，乘客做圆周运动的向心力由筒壁对他的支持力FN来提供。
转筒的角速度为ω＝2nπ＝π rad/s
由牛顿第二定律可得FN＝mrω2
Ff＝μFN＝mg
联立解得μ＝0.5
16．【答案】解：如图所示，对火车进行受力分析
可知支持力和重力的合力提供向心力，则有
解得
又有
联立可得
17．【答案】解：小球的角速度为
设轻绳与竖直方向的夹角为，由几何关系可得，转动半径为
由牛顿第二定律可得
联立解得