第2章　圆周运动 分层作业10　离心现象及其应用--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10　离心现象及其应用
A组 必备知识基础练
　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　离心现象的应用
1.用绳子系一个小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动,当绳子突然断了以后,小球的运动情况是(　　)
A.沿半径方向接近圆心
B.沿半径方向远离圆心
C.沿切线方向做直线运动
D.仍维持圆周运动
2.如图所示的四种情形中,防止离心现象的是(　　)
A.图甲中,火车转弯时不得超速通过
B.图乙中,棉花糖机制作棉花糖
C.图丙中,仪器通过高速旋转分离血液成分
D.图丁中,洗衣机甩干时脱水筒在高速旋转
题组二　离心现象的动力学分析
3.(多选)在公路转弯处外侧的李先生家门口,三个月内连续发生了八次大卡车侧翻的交通事故,经公安部门和交通部门协力调查,画出的现场示意图如图所示,为了避免事故再次发生,很多人提出了建议,下列建议合理的是(　　)
A.在进入转弯处设立限速标志,提醒司机不要超速转弯
B.改造此段弯路,使弯道内侧高、外侧低
C.改进路面设计,增大车轮与路面间的摩擦
D.提醒司机以更小半径转弯
4.(多选)离心沉淀器可以加速物质的沉淀.如图是它的示意图,试管中先装水,再加入粉笔粉末后搅拌均匀,当试管绕竖直轴高速旋转时,两个试管几乎成水平状态,然后可观察到粉笔粉末沉淀在试管的底部.则(　　)
A.旋转越快,试管的高度越低
B.粉笔粉末向试管底部运动是一种离心现象
C.旋转越快,粉笔粉末的沉淀现象越明显
D.旋转越快,粉笔粉末的沉淀现象越不明显
题组三　竖直面圆周运动
5.如图所示,飞机在竖直平面内俯冲又拉起,在最低点时,座椅对飞行员的支持力为F,飞行员所受重力为G.则(　　)
A.F=G B.F>G
C.F=0 D.F6.(2024湖南岳阳学业考试)公路上的拱形桥很常见,汽车通过桥最高点时的运动可以看作圆周运动.如图所示,汽车通过桥最高点时(　　)
A.汽车对桥的压力等于汽车的重力
B.汽车对桥的压力大于汽车的重力
C.汽车过桥最高点时所需要的向心力方向竖直向下
D.汽车做圆周运动所需要的向心力为0
B组 关键能力提升练
7.“S”路曲线行驶是我国驾驶证考试中的一项科目,某次练习过程中,有两名学员分别坐在驾驶座和副驾驶座上,并且始终与汽车保持相对静止,汽车在弯道上行驶时可视作圆周运动,行驶过程中未发生打滑.如图所示,当汽车在水平“S”路上该处减速行驶时(　　)
A.两名学员的线速度相等
B.坐在驾驶座上的学员容易被甩出去
C.坐在副驾驶座上的学员受到汽车的作用力较大
D.汽车对学员的作用力大于学员所受的重力
8.(多选)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的匀速圆周运动.如图乙所示,一件衣物随着滚筒经过a、b、c、d四个位置,下列说法正确的是(　　)
A.衣物中的水滴最容易在a位置被甩出
B.在b位置滚筒壁对衣物的力指向滚筒圆心
C.衣物中的水滴最容易在c位置被甩出
D.在d位置衣物受到的合力指向滚筒圆心
9.如图为一种叫作魔盘的娱乐设施,魔盘绕中心轴线在水平面内做圆周运动,当魔盘转动很慢时,站在魔盘上的人会随魔盘一起转动,当魔盘转速逐渐增大时,人会陆续被甩向盘边,转速达到一定值时,人会“贴”在魔盘竖直壁上而不会滑下.若所有人与魔盘间各部分的动摩擦因数均为μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,魔盘半径为r,则下列说法正确的是 (　　)
A.人随魔盘转动过程中受重力、弹力、摩擦力和向心力作用
B.转速增大,两人抱在一起不容易被甩到边上
C.当魔盘角速度为ω时,离圆心距离r0<处的人不会被甩出
D.当人能“贴”在魔盘竖直壁上且对盘底无压力时,魔盘的转速一定不小于
C组 核心素养拔高练
10.(2024广东广州高一检测)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,感应装置内壁光滑,质量为m的重物套在光滑杆上,一端通过劲度系数为k的弹簧连在A点,重物上有触点C,在B端固定有触点D,如图重物静止时C、D间的距离Δx=.当触点C、D接触后,LED灯就会发光,测得自行车车轮内径为R.让安装了气嘴灯的自行车倒放在地面上,旋转前车轮研究LED发光情况.重力加速度大小为g.气嘴灯大小相对车轮内径可忽略不计.
(1)若前轮匀速转动时,线速度大小v0=:
①当气嘴灯运动到最低点时,求B端对重物的支持力;
②通过计算判断LED灯是否能一直发光.
(2)若使前轮匀速转动一周,线速度大小v1=,求LED灯发光的时间.
分层作业10　离心现象及其应用
1.C　解析 当绳子断了以后,向心力消失,小球做离心运动,由于惯性,小球沿切线方向做直线运动,选项C正确.
2.A　解析 火车转弯时,按规定速度通过是为了防止离心现象,故A符合题意;制作棉花糖的过程中,糖熔化后被甩出做离心运动,是应用了离心现象,故B不符合题意;通过高速旋转分离血液成分,是应用了离心现象,故C不符合题意;洗衣机甩干时脱水筒在高速旋转,衣服上水所受的附着力小于所需向心力时做离心运动,是应用了离心现象,故D不符合题意.
3.AC　解析 卡车发生侧翻的原因是卡车受到的力小于做圆周运动所需的向心力,发生离心运动,所以要避免事故再次发生,需要增大车所受的力或者减小向心力.当卡车在水平路面上转弯时,静摩擦力提供向心力,增大车轮与路面间的摩擦可以避免事故的发生,C合理;当弯路的内侧高、外侧低时,车重力沿斜面方向的分力背离圆心,导致合力不够提供向心力,会导致事故发生,所以应该改造此段弯路,使弯道内侧低、外侧高,使支持力和重力的合力沿水平方向有向里的分量,B不合理;卡车做圆周运动所需的向心力F=m,可知当减小速度或增大转弯半径时,向心力减小,可以避免事故的发生,A合理,D不合理.
4.BC　解析 对试管整体分析,整体受到的合力提供向心力,设试管中心线与竖直方向夹角为α,则提供的向心力为mgtan α,当转速增大时,需要的向心力增大,故α增大,试管越高,选项A错误;离心沉淀器是一种离心设备,不同的物质混合,当其工作时,会发生离心现象,选项B正确;转速越快,离心运动越剧烈,粉笔粉末的沉淀现象越明显,选项C正确,D错误.
5.B　解析 飞机在竖直平面内做圆周运动,在最低点由牛顿第二定律有F-G=ma,可知F>G,故选B.
6.C　解析 汽车通过桥最高点时,对汽车受力分析,在竖直方向受重力和桥的支持力,汽车做圆周运动,则重力与支持力的合力提供向心力,且指向圆心,因此向心力方向竖直向下,由牛顿第二定律可得mg-FN=m,解得FN=mg-m,可知桥对汽车的支持力小于重力,由牛顿第三定律可知,汽车对桥的压力小于汽车的重力,A、B错误,C正确;汽车做圆周运动,由牛顿第二定律可知,所需要的向心力不是0,若向心力是0,汽车就不能做圆周运动,D错误.
7.D　解析 两名学员做圆周运动的半径不同,则两名学员的线速度大小和方向均不相同,选项A错误;坐在副驾驶座上的学员由于运动的圆周轨迹半径更大,因此在角速度相同的前提下,所受的向心加速度更大,更容易被甩出去,选项B错误;学员质量未知,无法比较受到汽车的作用力的大小,选项C错误;汽车对学员的作用力的竖直分力等于学员所受的重力,水平分力提供向心力,故大于重力,选项D正确.
8.CD　解析 因b、d两位置向心力(合力)既不是最大,也不是最小,附着力不会出现极值,所以只分析a、c两点即可.设a、c两个位置水滴与衣物之间的附着力分别为Fa、Fc,转动的角速度为ω,在a位置有mg+Fa=mω2R,在c位置有Fc-mg=mω2R,则c位置所需附着力更大,所以衣物中的水滴最容易被甩出的位置是c位置,故A错误,C正确;衣物紧贴着滚筒壁做匀速圆周运动,所受合力提供向心力,指向滚筒圆心,在b位置,衣物受滚筒壁对衣物的力和重力作用,合力指向滚筒圆心,故B错误,D正确.
9.D　解析 人随魔盘转动过程中受重力、弹力、摩擦力,向心力是效果力,故A错误;要使人不被甩到边上,则最大静摩擦力应大于等于所需向心力,即有μmg≥mr,可见此关系式与人的质量无关,所以转速增大,两人抱在一起不影响是否会被甩到边上,故B错误;当魔盘角速度为ω时,要不被甩出,应该μmg>mr0ω2,得r0<,故C错误;人恰好“贴”在魔盘竖直壁上时,有mg=f,FN=mr,又f=μFN,联立解得转速为n=,则魔盘的转速一定不小于,故D正确.
10.解析 (1)①由离心运动的原理,可知B端应在车轮转轴外侧,更靠近气嘴,A端应在内侧,如图重物静止时,弹簧弹力
F1=mg=kx
在最低点时,合力提供向心力有
F+k-mg=m
解得B端对重物的支持力
F=2mg
方向竖直向上.
②设当气嘴灯运动到最高点时恰能发光,则此时的弹簧弹力为
F2=k=4mg
则此时的临界状态是弹簧弹力和其重力提供向心力
F2+mg=m
解得
v==v0
则LED灯恰能一直发光.
(2)因为
v1=所以LED灯不能一直发光,设刚好能发光时灯和圆心的连线与水平方向夹角为θ,则此时有
F2+mgsin θ=m
解得θ=30°
设此时前轮转动周期为T,根据对称性可知能正常发光的时间为
t=T=T=.
答案 (1)①2mg,竖直向上　②能　(2)
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