高中物理教科版必修二自测 匀速圆周运动的向心力和向心加速度 Word版含解析

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名称 高中物理教科版必修二自测 匀速圆周运动的向心力和向心加速度 Word版含解析
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文件大小 129.3KB
资源类型 教案
版本资源 教科版
科目 物理
更新时间 2019-10-11 16:19:18

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文档简介

匀速圆周运动的向心力和向心加速度
(时间:15分钟 分值:50分)
一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)
1.关于做匀速圆周运动物体的向心加速度的方向,下列说法中正确的是(  )
A.与线速度的方向始终相同
B.与线速度的方向始终相反
C.始终指向圆心
D.始终保持不变
C [向心加速度的方向始终与线速度垂直,A、B、D错误.始终指向圆心,C正确.]
2.如图所示,一只老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动,则关于老鹰受力的说法正确的是(  )
A.老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力的作用
B.老鹰受重力和空气对它的作用力
C.老鹰受重力和向心力的作用
D.老鹰受空气对它的作用力和向心力的作用
B [老鹰在空中做圆周运动,受重力和空气对它的作用力两个力的作用,两个力的合力充当它做圆周运动的向心力.但不能说老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力三个力的作用.选项B正确.]
3.(多选)如图所示,质量相等的A、B两物体紧贴在匀速转动的圆筒的竖直内壁上,随圆筒一起做匀速圆周运动,则下列关系中正确的是(  )
A.线速度vA>vB
B.运动周期TA>TB
C.它们受到的摩擦力FfA>FfB
D.筒壁对它们的弹力FNA>FNB
AD [由于两物体角速度相等,而rA>rB,所以vA=rAω>vB=rBω,A项对;由于ω相等,则T相等,B项错;因竖直方向受力平衡,Ff=mg,所以FfA=FfB,C项错;弹力等于向心力,所以FNA=mrAω2>FNB=mrBω2,D项对.]
4.如图所示,M能在水平光滑杆上自由滑动,滑杆连架装在转盘上.M用绳跨过在圆心处的光滑滑轮与另一质量为m的物体相连.当转盘以角速度ω转动时,M离轴距离为r,且恰能保持稳定转动.当转盘转速增至原来的2倍,调整r使之达到新的稳定转动状态,则滑块M (  )
A.所受向心力变为原来的4倍
B.线速度变为原来的
C.半径r变为原来的
D.M的角速度变为原来的
B [向心力为绳的拉力,而绳的拉力等于mg,故向心力不变;转速变为两倍,ω变为原来的两倍;由F=mωv,线速度变为原来的;由F=mω2r半径变为原来的.]
5.如图所示,一个圆形框架以竖直的直径为转轴匀速转动.在框架上套着两个质量相等的小球A、B,小球A、B到竖直转轴的距离相等,它们与圆形框架保持相对静止.下列说法正确的是(  )
A.小球A所受的合力小于小球B所受的合力
B.小球A与框架间可能没有摩擦力
C.小球B与框架间可能没有摩擦力
D.圆形框架以更大的角速度转动,小球B受到的摩擦力一定增大
C [小球受到的合力充当向心力,因为到竖直转轴的距离相等,所以两小球的速度大小相等,半径相等,由F合=m可知,两小球受到的合力大小相等,A错误;小球A受到的重力竖直向下,受到的支持力垂直圆环该点切线方向背向圆心,故两个力的合力不可能指向竖直转轴,所以一定受到摩擦力作用,小球B受到竖直向下的重力,垂直该点切线方向指向圆心的支持力,合力可能垂直指向竖直转轴,所以小球B可能不受摩擦力作用,B错误,C正确;当圆形框架以更大的角速度转动时,小球B受到的摩擦力可能增大,也可能减小,故D错误.]
6. (多选)如图所示的圆锥摆中,摆球A、B在同一水平面上做匀速圆周运动,关于A、B球的运动情况和受力情况,下列说法中正确的是(  )
A.摆球A受重力、拉力和向心力的作用
B.摆球A受重力和拉力的作用
C.摆球A、B做匀速圆周运动的周期相等
D.摆球A、B做匀速圆周运动的周期不相等
BC [对A、B进行受力分析球A受重力和拉力作用A错误,B正确;如图所示设摆线与竖直方向的夹角为θ,OO′的高度为h,则r=htan θ,由牛顿第二定律得?mgtan θ=m?T=2π,周期与倾角无关,故答案为BC.]
二、非选择题(14分)
7.长为L的细线,拴一质量为m的小球,细线上端固定,让小球在水平面内做匀速圆周运动,如图所示,细线与竖直方向成θ角时,求:
(1)细线中的拉力大小;
(2)小球运动的线速度的大小.
[解析] (1)小球受重力及绳子的拉力作用,如图所示,竖直方向上
FTcos θ=mg,故拉力FT=.
(2)小球做圆周运动的半径r=Lsin θ,
向心力F=FTsin θ=mgtan θ,
而F=m,故小球的线速度v=.
[答案] (1) (2)
[能力提升练]
(时间:25分钟 分值:50分)
一、选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分)
1.(多选)在光滑的水平面上,用长为l的细线拴一质量为m的小球,以角速度ω做匀速圆周运动,下列说法中正确的是(  )
A.l、ω不变,m越大线越易被拉断
B.m、ω不变,l越小线越易被拉断
C.m、l不变,ω越大线越易被拉断
D.m不变,l减半且角速度加倍时,线的拉力不变
AC [由向心力表达式F线=F向=mlω2可知,F线上拉力越大,线越易断,故选项A、C正确,B错误;若m不变,当l减半而角速度ω加倍时,线的拉力加倍,故D错误.]
2.如图所示,长为L的轻杆,一端固定一个质量为m的小球,另一端固定在水平转轴O上,杆随转轴O在竖直平面内匀速转动,角速度为ω,某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直,则此时杆与水平面的夹角θ是(  )
A.sin θ=   B.tan θ=
C.sin θ= D.tan θ=
A [小球所受重力和轻杆的作用力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律有mgsin θ=mLω2,解得sin θ=,故A正确,B、C、D错误.]
3.(多选)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,OC距离为,把悬线另一端的小球m拉到跟悬点在同一水平面上无初速度释放,小球运动到悬点正下方时悬线碰到钉子,则小球的(  )
A.线速度突然增大为原来的2倍
B.角速度突然增大为原来的2倍
C.向心加速度突然增大为原来的2倍
D.悬线拉力突然增大为原来的2倍
BC [悬线与钉子碰撞前后,线的拉力始终与小球运动方向垂直,小球的线速度不变,A错;当半径减小时,由ω=知ω变大为原来的2倍,B对;再由a=知向心加速度突然增大为原来的2倍,C对;而在最低点F-mg=m,故碰到钉子后合力变为原来的2倍,悬线拉力变大,但不是原来的2倍,D错.]
4.(多选)如图所示,A、B、C三个物体放在旋转圆台上,动摩擦因数均为μ,A的质量是2m,B和C的质量均为m,A、B离轴距离为R,C离轴距离为2R.则当圆台旋转时,若A、B、C均未滑动,则(  )
A.C的向心加速度最大
B.B受到的摩擦力最小
C.当圆台转速增大时,B比A先滑动
D.当圆台转速增大时,C比B先滑动
ABD [三个物体在圆台上,以相同的角速度做圆周运动,其向心力是由f静提供的,而F=ma=mω2r,所以静摩擦力的大小由m、ω、r三者决定,其中ω相同,aA=aB=ω2R,aC=ω2·2R=2ω2R,故A正确;因为RA=RC,mA=2mC,所以FA=FC,因为mB=mC,RB<RC,所以FC>FB,故FB最小,B选项正确;当圆台转速增大时,f静都随之增大,当增大至刚好要滑动时,达到最大静摩擦力μmg=mω2r,而ωA=ωB,RA=RB,mA=2mB,FA=2FB,fAmax=2fBmax,所以B不比A先滑动,C选项错误;RC=2RB,mB=mC,所以FC>FB,而fCmax=fBmax,所以C比B先滑动,选项D正确.]
二、非选择题(本题共2小题,共26分)
5.(12分)如图所示,水平转盘上放有质量为m的物块,当物块到转轴的距离为r时,连接物块和转轴的绳刚好被拉直(绳上张力为零).物体和转盘间最大静摩擦力是其正压力的μ倍.求:
(1)当转盘的角速度ω1=时,细绳上的拉力T1;
(2)当转盘的角速度ω2=时,细绳上的拉力T2.
[解析] 当绳中的拉力为零时,设此时转盘的最大角速度是ω0,则其最大静摩擦力提供向心力,μmg=mrω,得ω0=.
(1)当ω1=<ω0时,由静摩擦力提供向心力,绳的拉力T1为零.
(2)当ω2=>ω0时,由最大静摩擦力和绳的拉力的合力提供向心力,F合=μmg+T2=F向=mrω2,T2=μmg.
[答案] (1)0 (2)μmg
6.(14分)如图所示,置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动,当转速达到某一数值时,物块恰好滑离转台开始做平抛运动.现测得转台半径R=0.5 m,离水平地面的高度H=0.8 m,物块平抛落地过程水平位移的大小s=0.4 m.设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10 m/s2.求:
(1)物块做平抛运动的初速度大小v0;
(2)物块与转台间的动摩擦因数μ.
[解析] (1)物块做平抛运动,在竖直方向上有
H=gt2 ①
在水平方向上有
s=v0t ②
由①②式解得
v0=s
代入数据得v0=1 m/s. ③
(2)物块离开转台时,最大静摩擦力提供向心力,有
fm=m ④
fm=μN=μmg ⑤
由④⑤式解得 μ=
代入数据得μ=0.2.
[答案] (1)1 m/s (2)0.2