2.4离心现象及其应用同步练习（含解析）2023——2024学年高物理粤教版（2019）必修第二册

2.4 离心现象及其应用 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图所示，下列有关生活中圆周运动实例分析，其中说法正确的是（　　）
A．图1中汽车通过凹形桥的最低点时，汽车处于失重状态
B．图2中旋转秋千装置中，等长绳索对质量相等座椅A、B的拉力相等
C．图3中在铁路转弯处，设计外轨比内轨高，目的是火车转弯时减小轮缘与外轨的侧压力
D．图4中脱水桶原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出
2．如图所示是一种娱乐设施“魔盘”，画面反映的是旋转魔盘转速较大时盘中人的情景。甲、乙、丙、丁四位同学看了图后发生争论，甲说：“图画错了，做圆周运动的物体受到向心力的作用，魔盘上的人应该向中心靠拢。”乙说：“图画得对，因为旋转的魔盘给人惯性离心力，所以人向盘边缘靠拢。”丙说：“图画得对，当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时，人会逐渐远离圆心。” 丁说：“图画得对，虽然盘中的人随着盘匀速转动，处于平衡状态，但是这些人看到“魔盘”中间的图案后，心生恐惧所致。”这四位同学的说法正确的是（　　）
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
3．如图甲，滚筒洗衣机脱水时，衣物紧贴着滚筒壁在竖直平面内做顺时针的匀速圆周运动。如图乙，一件小衣物（可理想化为质点）的质量为m，滚筒半径为R，周期为T，重力加速度为g，a、b分别为小衣物经过的最高位置和最低位置。下列说法正确的是（　　）
A．衣物所受合力的大小始终为
B．衣物转到b位置时的脱水效果最好
C．脱水过程中衣物上的水做向心运动
D．衣物在a位置和b位置对滚筒壁的压力都大于mg
4．下列有关生活中的圆周运动的实例分析，正确的是（　　）
A．图1为汽车通过凹形桥最低点的情境。此时汽车受到的支持力小于重力
B．图2为演员表演“水流星”的情境。当小桶刚好能通过最高点时，小桶及桶中的水只受重力作用，处于完全失重状态
C．图3为火车转弯的情境。火车超过规定速度转弯时，车轮会挤压内轨
D．图4为洗衣机脱水筒。其脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而被甩出
5．关于生活中的圆周运动，下列说法正确的是（　　）
A．如图甲，物体随水平圆盘匀速转动时，受到重力、摩擦力和向心力作用
B．如图乙，物体在水平面上做圆周运动，若在A点运动轨迹突然发生改变而沿虚线运动，则一定是因为物体的速度突然变大了
C．如图丙，火车转弯时为避免轮缘与内外轨发生侧向变压，倾角θ应根据火车的质量设计
D．如图丁，小球在竖直放置的圆形轨道内侧做圆周运动，过点C时小球对轨道的压力最大
6．如图所示，假设某同学能让笔绕其上的某一点做匀速转动，下列有关该同学转笔中涉及到的物理知识的叙述正确的是（　　）
A．笔杆上的点离点越远，角速度越大
B．笔杆上的点离点越近，做圆周运动的向心加速度越大
C．笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由手的摩擦力提供的
D．若该同学使用中性笔，笔尖上的小钢珠有可能因快速转动被甩走
7．下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析，其中说法正确的是（　　）
A．汽车通过凹形桥的最低点时，速度越快越容易爆胎
B．铁路的转弯处，外轨比内轨高是为了利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯
C．图中所示是圆锥摆，减小，但保持圆锥的高不变，则圆锥摆的角速度变大
D．洗衣机的脱水是利用了失重现象
8．气嘴灯对自行车的气嘴起到装饰作用，使夜间骑行时自行车有灯光效果，是夜骑的一道风景线，深受青少年骑行爱好者喜爱，气嘴灯安装在自行车的气嘴上，骑行时会发光。一种气嘴灯的感应装置结构如图所示，一重物套在光滑杆上，重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后，LED灯就会发光，下列有关说法错误的是（　　）
A．感应装置的原理是利用离心运动
B．气嘴灯运动至最低点时处于失重状态
C．气嘴灯做圆周运动时，重物受到重力、弹力的作用
D．要使气嘴灯在较低的转速时发光，可换用劲度系数更小的弹簧
二、多选题
9．有关圆周运动的基本模型，下列说法正确的是（g为重力加速度）（　　）
A．如图甲，汽车通过半径为R的圆弧形拱桥的最高点时，为保证安全，速度应满足
B．如图乙所示是一圆锥摆，增大θ，若保持圆锥的高不变，则圆锥摆的角速度不变
C．如图丙，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两位置小球的运动周期相等
D．在空间站用细绳系住小瓶做成一个“人工离心机”可成功将瓶中混合的水和食用油分离，其中b、d部分是水
10．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．若拉力突然消失，小球将沿pa做匀速直线运动
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做向心运动
11．如图所示为洗衣机脱水桶，在匀速转动的洗衣机脱水桶内壁上有一件湿衣服与圆桶一起运动，衣服相对于圆桶壁静止，则（　　）

A．衣服受到重力、弹力、摩擦力、向心力四个力的作用
B．洗衣机脱水桶转动得越快，衣服与桶壁间的弹力就越大
C．衣服上的水滴与衣服间的附着力不足以提供所需的向心力时，水滴做离心运动
D．衣服上的水滴与衣服间的附着力大于所需的向心力时，水滴做离心运动
12．如图甲所示， 滚筒洗衣机脱水时， 衣物紧贴着滚筒壁在竖直平面内做顺时针方向的匀速圆周运动。可简化为图乙所示模型，一件小衣物质量为m， A、B分别为小衣物经过的最高位置和最低位置，测得小衣物过A 点线速度大小为 v， 做圆周运动的周期为T。已知重力加速度为g，小衣物可视为质点。下列说法正确的是（　　）
A．转筒半径为
B．衣物在A 点受到滚筒壁的压力为
C．衣物转到 B 位置时的脱水效果最好
D．要使衣物过A 点不掉下， 转筒的周期不能大于
三、解答题
13．滚筒洗衣机脱水时，洗衣机里衣物随着滚筒做高速匀速圆周运动，滚筒上有很多漏水孔，滚筒转动时，附着在潮湿衣服上的水从漏水孔中被甩出，以达到脱水的目的。滚筒截面如图所示。
（1）衣物运动到最低点B点时，受到什么力的作用，把受力分析图画出来。
（2）潮湿衣服上的水运动到最低点B点时，受到什么力的作用，把受力分析图画出来。
（3）当衣物运动到A、B两点时，通过运算分析，哪一点脱水效果更好。
14．活动1：如图所示中的F合表示什么意思？F合＝mω2r时物体做什么运动？
活动2：图中F合＝0表示什么意思？F合＝0时，物体会怎样运动？
活动3：如果物体所受的合力不足以提供所需的向心力或者合力大于需要的向心力，物体又会怎样运动？
15．如图所示，一个竖直放置的圆锥筒可以不同的转速绕其中心轴转动，筒内壁粗糙，筒口半径为R，筒高为H，且满足，筒内壁A点处有一质量为m的小物块，A点位于斜面的一半处，即A到轴的距离为。
（1）当筒不转动时，物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小；
（2）当物块在A点随筒做匀速转动，且其受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度；
（3）若已知斜面的最大静摩擦因数，转动过程中，要求物块相对锥筒一直保持静止，求锥筒的最大角速度。

16．如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放置两个用细线相连的质量均为m的小物体A、B，它们到转轴的距离分别为，，A、B与盘面间最大静摩擦力均为重力的0.4倍，试求：
（1）当细线上开始出现张力时，圆盘的角速度；
（2）当A开始滑动时，圆盘的角速度；
（3）当A即将滑动时，烧断细线，A、B运动状态如何？（g取10m/s2）

17．如图所示，AB为竖直转轴，细绳AC 和BC 的结点C系一质量为m的小球，两绳能承担的最大拉力均为2mg。当AC和BC均拉直时，，。ABC能绕竖直轴AB匀速转动，因而C球在水平面内做匀速圆周运动。当小球的线速度增大时，两绳均会被拉断，求：
（1）哪根绳最先被拉断，被拉断时的线速度v1；
（2）另一根绳被拉断时的速度v2。（已知，，）

四、填空题
18．如图，用一根结实的细绳拴住一个小物体，在足够大的光滑水平面上抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，则：
（1）松手后，物体做 。
A．半径更大的圆周运动　　B．半径更小的圆周运动
C．抛体运动　　D．直线运动
（2）若小物体做圆周运动的半径为0.4m．质量为0.3kg，每秒匀速转过5转，则细绳的拉力为 N。（结果用含有“π”的式子表示）
19．如图所示，用一根结实的轻质细绳，一端拴一个小球。在光滑桌面上抡动细绳，使小球做匀速圆周运动。
（1）仅减小旋转的速度，绳上拉力的大小将 （填“增大”或“减小”或“不变”）；
（2）仅增大小球的质量，绳上拉力的大小将 （填“增大”或“减小”或“不变”）；
（3）松手后，小球在桌面上的运动是 （填选项代码）。
A． 仍做匀速圆周运动 B． 做匀变速曲线运动
C． 沿半径朝外做匀速直线运动 D． 沿圆周的切线方向做匀速直线运动
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
参考答案：
1．C
【详解】A．汽车在最低点时向心加速度向上，此时支持力大于重力，汽车处于超重状态，故A错误；
B．旋转秋干装置中，根据牛顿第二定律可得
由于B的圆周运动半径大，则B绳索与竖直方向的夹角更大，根据
可知绳索对座椅B的拉力更大，故B错误；
C．外轨高于内轨可以让支持力水平分量充当部分向心力，从而减小侧压力，故C正确；
D．脱水桶原理并不是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，而是水滴受到的实际合力不足以提供所需的向心力，从而沿切线方向甩出，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】人在水平魔盘上做匀速圆周运动时，静摩擦力提供向心力，转速增大到一定值，最大静摩擦力不足以提供向心力，人将做离心运动，所以丙的说法正确。
故选C。
3．B
【详解】A．衣物做合运动，由所受外力的合力提供向心力，可知，衣物所受合力的大小始终为
故A错误；
B．衣物经过的最高位置a和最低位置b时，分别对衣物进行分析有
则有
由于水滴与衣物之间的作用力的最大值一定，可知衣物转到b位置时的脱水效果最好，故 B正确；
C．脱水过程中衣物上的水脱离衣物向外运动，可知，脱水过程中衣物上的水做离心运动，故C错误；
D．根据牛顿第三定律定律有
结合上述解得
可知，衣物在b位置对滚筒壁的压力大于mg，衣物在a位置对滚筒壁的压力不一定大于mg，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】A．图1为汽车通过凹形桥最低点的情境。汽车所受的合力提供向心力，所以此时汽车受到的支持力大于重力，故A错误；
B．图2为演员表演“水流星”的情境。当小桶刚好能通过最高点时，重力提供向心力，小桶及桶中的水只受重力作用，处于完全失重状态，故B正确；
C．图3为火车转弯的情境。火车超过规定速度转弯时，重力和支持力的合力不足以提供向心力，此时外轨对车轮有支持力，根据牛顿第三定律可知车轮会挤压外轨，故C错误；
D．图4为洗衣机脱水筒。其脱水原理是衣服对水滴的吸附力小于水滴做圆周运动需要的向心力，做离心运动，从而被甩出，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】A．向心力是效果力，是由其他力提供的，而不是受到的，故A错误；
B．由图可知，物体做离心运动，是因为合外力不足以提供向心力，则有可能是物体速度变大或者合外力F减小，故B错误；
C．火车转弯时为避免轮缘与内外轨发生侧向变压，重力和支持力恰好提供向心力，则有
可得
即倾角θ应根据火车的速度和弯道的曲率半径设置，故C错误；
D．小球在竖直放置的圆形轨道内侧做圆周运动，过点C时速度最大，此时需要的指向圆心的向心力最大，且此时支持力与重力恰好反向，因此此时支持力最大，结合牛顿第三定律，小球对轨道的压力最大，故D正确。
故选D。
6．D
【详解】AB．笔杆上的所有点属于同轴转动，则所有点转动的角速度相等，由公式可知，笔杆上的点离O点越近，做圆周运动的向心加速度越小，故AB错误；
C．笔杆上的点并不都与手接触，故各点不都与手存在摩擦，因此不应该都是由手的摩擦力提供向心力，故C错误；
D．当转速过大时，当提供的向心力小于需要向心力，笔尖上的小钢珠有可能做离心运动被甩走，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】A．汽车通过凹形桥的最低点时，根据牛顿第二定律有
解得
故速度越大，汽车轮胎所受地面支持力越大，越容易爆胎，故A正确；
B．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力，减轻轮缘与轨道的挤压，故B错误；
C．根据牛顿第二定律可知重力和拉力的合力提供向心力，则有
则
故减小但保持圆锥的高不变时，角速度不变，故C错误；
D．洗衣机脱水桶的脱水原理是利用了离心现象，故D错误。
故选A。
8．B
【详解】A．感应装置的原理是利用离心现象，使两触点接触点亮LED灯，故A正确，不符合题意；
B．气嘴灯运动至最低点时加速度向上，处于超重状态，故B错误，符合题意；
C．气嘴灯做圆周运动时，重物受到重力、弹力的作用，合力提供向心力，故C正确，不符合题意；
D．气嘴灯的转速较低时能够做离心运动，即弹簧弹力和重力的合力小于圆周运动需要的向心力，则需要用劲度系数更小的弹簧，以保证足够大的形变量使得两触点接触，故D正确，不符合题意。
故选B。
9．BD
【详解】
A．如图甲，汽车在最高点有
当汽车将要脱离桥面时有
可得
可知
汽车将脱离桥面发生危险，故汽车通过半径为R的圆弧形拱桥的最高点时，为保证安全，速度应满足
A错误；
B．如图乙所示是一圆锥摆，由重力和拉力的合力提供向心力，则有
可知
故增大θ，若保持圆锥的高不变，则圆锥摆的角速度不变，B正确；
C．如图丙，根据受力分析知两球受力情况相同，若设侧壁与竖直方向的夹角为θ；则向心力为
可知r不同，周期不同，C错误；
D．水和食用油的密度不同在空间站用细绳系住小瓶做成一个“人工离心机”可成功将瓶中混合的水和食用油分离，水的密度较大，分离时远离圆心，故b、d部分是水，D正确；
故选BD。
10．AB
【详解】
A．若拉力突然消失，小球将沿速度v方向，即沿轨迹Pa做匀速直线运动，故A正确；
BD．若拉力突然变小，小球所受到拉力小于所需的向心力，则将沿轨迹Pb做离心运动，故B正确，D错误；
C．若拉力突然变大，小球所受到拉力大于所需的向心力，则将沿轨迹Pc做向心运动，故C错误。
故选AB。
11．BC
【详解】A．衣服受到重力、弹力、摩擦力三个力的作用，其中弹力充当做圆周运动的向心力，选项A错误；
B．根据
可知，洗衣机脱水桶转动得越快，衣服与桶壁间的弹力就越大，选项B正确；
CD．衣服上的水滴与衣服间的附着力不足以提供所需的向心力时，水滴做离心运动，选项C正确，D错误。
故选BC。
12．ACD
【详解】A．根据
可得转筒半径为
选项A正确；
B．衣物在A 点时
解得衣物在A点受到滚筒壁的压力为
选项B错误；
C．衣物转到 B 位置时由牛顿第二定律
可知在B位置的脱水效果最好，选项C正确；
D．要使衣物过A 点不掉下， 则
解得
即转筒的周期不能大于，选项D正确。
故选ACD。
13．（1）见解析；（2）见解析；（3）B点
【详解】（1）衣物在B点受到桶的支持力和重力，合力向上指向圆心，受力分析如图
（2）水滴在B点受到衣服的吸附力和重力，合力向上指向圆心；受力分析如图
（3）水滴运动到最高点A点时，加速度方向竖直向下，由牛顿第二定律可知
水滴运动到最低点B点时，加速度方向竖直向上，由牛顿第二定律可知
比较可得出结论：在B点时，先达到衣服对水滴吸附力的最大值，水滴将要离开衣服被甩出水桶，实现衣服的脱水，所以在B点脱水效果更好。
14．见解析
【详解】活动1：如图所示中的F合表示物体受的合外力，若F合＝mω2r时物体做匀速圆周运动；
活动2：图中F合＝0表示物体受合外力为零时，即F合＝0时，物体会做匀速直线运动；
活动3：如果物体所受的合力不足以提供所需的向心力，则物体做离心运动；若物体所受的合力大于需要的向心力，物体会做向心运动。
15．（1），；（2）；（3）
【详解】（1）设圆锥母线与水平方向的夹角为，当筒不转动时，物块静止在筒壁A点时受到的重力、摩擦力和支持力三力作用而平衡，如图

可得
由平衡条件得摩擦力和支持力的大小为
，
（2）当物块在A点随筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，物块在筒壁A点时受到的重力和支持力作用，它们的合力提供向心力，如图

设筒转动的角速度为ω有
由几何关系得
联立解得
（3）当角速度最大时筒壁对物块的最大静摩擦力沿筒壁向下，由牛顿第二定律，竖直方向有
水平方向有
又
联立得
即最大角速度不能超过rad/s。
16．（1）3.65rad/s；（2）4 rad/s；（3）A随圆盘做圆周运动，B做离心运动
【详解】（1）当细线上开始出现张力时，表明B与盘间的静摩擦力已达最大，则
解得
（2）当A开始滑动时，表明A与盘间的静摩擦力也已达最大，则有：对A
对B
联立解得
（3）根据（2）分析可知当A即将滑动时，烧断细线，细线拉力变为零，此时滑块A所需的向心力小于最大静摩擦力，所以A随圆盘做圆周运动，B所需的向心力大于最大静摩擦力，所以B做离心运动。
17．（1）BC先断，；（2）
【详解】（1）当绳子拉直时，线速度再增大时，不变，而增大，所以BC绳先断，当
时，根据向心力公式得
解得
(2)当BC线断后，小球线速度继续增大，当
时，AC绳也断。设此时AC线与竖直方向夹角，则有
代入数据解得
18． D
【详解】（1）[1]用一根结实的细绳拴住一个小物体，在足够大的光滑水平面上抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，松手后，物体所受的合外力为零，物体做匀速直线运动。
故选D。
（2）[2]若小物体做圆周运动的半径为0.4m．质量为0.3kg，每秒匀速转过5转，可知角速度为
细绳的拉力提供向心力，则有
19． 减小 增大 D
【详解】(1)[1]由
可知仅减小旋转的速度，绳上拉力的大小将减小；
(2)[2]由上式可知仅增大小球的质量，绳上拉力的大小将增大；
(3)[3]因为桌面光滑，松手后，小球只受重力和支持力，二力平衡，所以由于惯性，小球在桌面上的运动是沿圆周的切线方向做匀速直线运动，故ABC错误，D正确。
故选D。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页