第2章　圆周运动 分层作业8　向心力与向心加速度--2025粤教版高中物理必修第二册同步练习题

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2025粤教版高中物理必修第二册
分层作业8　向心力与向心加速度
A组 必备知识基础练
　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　向心力
1.如图所示,摩托车在水平面上转弯,为其提供向心力的是(　　)
A.重力和支持力的合力
B.静摩擦力
C.滑动摩擦力
D.重力、支持力、牵引力的合力
2.如图所示,小物块紧贴在圆筒的竖直内壁上,随圆筒一起绕竖直中心轴做匀速圆周运动.提供小物块做圆周运动的向心力的是(　　)
A.小物块所受的重力
B.小物块所受的弹力
C.小物块所受的摩擦力
D.小物块所受的重力和摩擦力的合力
题组二　向心加速度
3.如图所示,距转轴0.5 m的小物块随水平圆盘一起做匀速圆周运动,圆盘转动的角速度为2 rad/s.小物块向心加速度的大小是(　　)
A.0.5 m/s2 B.1 m/s2
C.1.5 m/s2 D.2 m/s2
4.如图所示,a、b是伞面上两颗相同的雨滴.当以伞柄为轴旋转雨伞时,下列说法正确的是 (　　)
A.a更容易移动,因为a所需的向心加速度更小
B.a更容易移动,因为a所需的向心加速度更大
C.b更容易移动,因为b所需的向心加速度更小
D.b更容易移动,因为b所需的向心加速度更大
题组三　探究影响向心力大小的因素
5.做探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验时,使用的方法是(　　)
A.控制变量法 B.理想实验法
C.等效替代法 D.逻辑推理法
6.如图为“感受向心力”的实验,细绳的一端系着一个小球,手握细绳的另一端使小球在光滑水平桌面上做匀速圆周运动,通过细绳的拉力来感受向心力.下列说法正确的是(　　)
A.只增大小球运动的角速度,细绳的拉力不变
B.只增大小球运动的角速度,细绳的拉力减小
C.只更换一个质量较大的小球,细绳的拉力不变
D.只更换一个质量较大的小球,细绳的拉力增大
题组四　圆周运动的动力学问题
7.(2024广东中山检测)进入冬季后,北方的冰雪运动吸引了许多南方游客.如图为雪地转转游戏,人乘坐雪圈(人和雪圈总质量为50 kg)绕轴以2 rad/s的角速度在水平雪地上匀速转动,已知水平杆长为2 m,离地高为2 m,绳长为4 m,且绳与水平杆垂直.则雪圈(含人)(　　)
A.所受的合外力为零
B.圆周运动的半径为2 m
C.线速度大小为4 m/s
D.所受向心力大小为800 N
8.某机场行李传送装置可简化为如图所示,行李(看成质点)在弯道部分的运动视为匀速圆周运动,轨迹如图中圆弧AB所示.已知圆弧AB的长度l=1.5 m,所对应的半径r=1.2 m.质量m=10 kg的行李从A运动到B的过程中,所用时间t=5 s,求:
(1)行李线速度的大小;
(2)行李所受向心力的大小.
B组 关键能力提升练
9.(多选)(2024广东佛山检测)图甲为游乐场中的“空中飞椅”项目.“空中飞椅”结构示意图如图乙所示,转动轴带动顶部圆盘转动,悬绳一端系在圆盘边缘,另一端系着椅子.若所有椅子质量相等,悬绳长短不一定相等,忽略悬绳质量与空气阻力,则坐在椅子上的游客与椅子整体随圆盘匀速转动的过程中(　　)
A.任一时刻,所有游客的线速度都相同
B.所有游客做圆周运动的周期都相同
C.悬绳越长,悬绳与竖直方向的夹角就越大
D.悬绳与竖直方向的夹角与游客质量无关
10.(2024广东东莞高一阶段练习)图甲是某同学探究做圆周运动的物体的向心力、轨道半径及线速度大小关系的实验装置,圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动.力传感器测量向心力F,速度传感器测量圆柱体的线速度大小v,该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变,来探究向心力F与线速度大小v的关系.
(1)该同学采用的实验方法为　　　　.
A.等效替代法
B.控制变量法
C.理想化模型法
(2)改变线速度大小v,多次测量,该同学测出了五组F、v数据,如下表所示.该同学对数据分析后,在图乙坐标纸上描出了五个点.
v/(m·s-1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90
①作出F-v2图线.
②若圆柱体运动半径r=0.2 m,由作出的F-v2图线可得圆柱体的质量m=　　　　 kg.(结果保留2位有效数字)
11.如图所示,水平转台上有一个物块,用长为L的轻细绳将物块连接在通过转台中心的转轴上,细绳与竖直转轴的夹角为θ,系统静止时细绳绷直但拉力为零.物块与转台间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.物块随转台由静止开始缓慢加速转动,求:
(1)绳中刚要出现拉力时转台的角速度ω1;
(2)物块刚离开转台时转台的角速度ω2.
分层作业8　向心力与向心加速度
1.B　解析 摩托车在水平路面上转弯时受到重力、支持力、牵引力以及指向圆心的静摩擦力,所需的向心力由静摩擦力提供,故B正确.
2.B　解析 小物块紧贴在圆筒的竖直内壁上,随圆筒一起绕竖直中心轴做匀速圆周运动,所以提供小物块做圆周运动的向心力的是小物块所受的弹力,B正确.
3.D　解析 小物块向心加速度a=ω2r=22×0.5 m/s2=2 m/s2,故选D.
4.D　解析 当雨滴随雨伞一起绕伞柄转动时,需要的向心加速度为an=ω2r,可以看出半径越大,所需向心加速度越大,更容易发生移动,因为b的半径大于a的半径,故b更容易移动,D正确,A、B、C错误.
5.A　解析 本实验中要分别探究向心力大小与质量m、角速度ω、半径r之间的关系,所以需要用到控制变量法.故选A.
6.D　解析 根据F=mω2r可知,只增大小球运动的角速度,细绳的拉力变大,只更换一个质量较大的小球,细绳的拉力增大.故选D.
7.D　解析 根据几何关系可知,雪圈(含人)做匀速圆周运动的半径为r= m=4 m,则线速度大小为v=ωr=2×4 m/s=8 m/s,雪圈(含人)所受的合外力提供所需的向心力,则有F合=F向=mω2r=50×22×4 N=800 N,故选D.
8.解析 (1)根据线速度的定义得
v=
代入数据得
v=0.3 m/s.
(2)由牛顿第二定律得
F=m
联立代入数据得
F=0.75 N.
答案 (1)0.3 m/s　(2)0.75 N
9.BCD　解析 根据题意可知,所有游客为同轴转动,则所有游客做圆周运动的角速度相同,由v=ωr可知,游客做圆周运动的半径不同,线速度大小不同,游客的线速度方向也不同,由T=可知,所有游客做圆周运动的周期都相同,故A错误,B正确;根据题意,设绳长为L,悬绳与竖直方向的夹角为θ,则有mgtan θ=mω2,解得=L,可知,悬绳与竖直方向的夹角与游客质量无关,悬绳越长,θ越大,即悬绳越长,悬绳与竖直方向的夹角就越大,故C、D正确.
10.解析 (1)实验中研究向心力和线速度大小的关系,保持圆柱体质量与运动半径不变,采用的实验方法是控制变量法,故B正确,A、C错误.
(2)①作出F-v2图线,如图所示.
②根据F=m,图线的斜率k=,代入数据解得m=0.18 kg.
答案 (1)B　(2)①图线见解析　②0.18
11.解析 (1)当物块与转台间达到最大静摩擦力时,绳中要出现拉力,由牛顿第二定律得μmg=mLsin θ
解得ω1=.
(2)物块刚离开转台时,物块和转台之间恰好无相互作用力,有FN=0,f=0
对物块有Tsin θ=mLsin θ,Tcos θ=mg
联立解得ω2=.
答案 (1)　(2)
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