2019-2020年高中物理 5.7生活中的圓周運動 基礎(chǔ)鞏固練習(xí) 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 5.7生活中的圓周運動 基礎(chǔ)鞏固練習(xí) 新人教版必修2.doc
2019-2020年高中物理 5.7生活中的圓周運動 基礎(chǔ)鞏固練習(xí) 新人教版必修2【鞏固練習(xí)】 一、選擇題:1、如圖所示,一小球用細繩懸掛于O點,將其拉離豎直位置一個角度后釋放,則小球以O(shè)點為圓心做圓周運動,運動中小球所需的向心力是( ) A繩的拉力 B重力和繩拉力的合力C重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力 D繩的拉力和重力沿繩方向分力的合力2、如圖所示,質(zhì)量為m的物塊,沿著半徑為R的半球形金屬殼內(nèi)壁滑下,半球形金屬殼豎直放置,開口向上,滑到最低點時速度大小為v,物塊與球殼之間的摩擦因數(shù)為,則物塊在最低點時,下列說法正確的是( )A.受到的向心力是 B.受到的摩擦力為 C.受到的摩擦力為 D.受到的合力方向為斜向左上方3、如圖所示,半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上,頂部有一小物體A。今給它一個水平初速度,則物體將( )A. 沿球面下滑至M點B. 沿球面下滑至某一點N,便離開球面做斜下拋運動C. 按半徑大于R的新的圓弧軌道做圓周運動D. 立即離開半圓球面做平拋運動4、長的細繩一端固定,另一端系一個小球,使球在豎直平面內(nèi)做圓周運動。那么( )A小球通過圓周上頂點時的速度最小可以等于零B小球通過圓周上頂點時的速度最小不能小于C小球通過圓周上最低點時,小球需要的向心力最大D小球通過最低點時繩的張力最大5、如圖所示是說明向心力和質(zhì)量、半徑之間關(guān)系的裝置,球A和球B可以套在水平光滑桿上無摩擦地滑動。兩球之間用一根繩連接,當(dāng)儀器裝置以勻速轉(zhuǎn)動時,兩球離轉(zhuǎn)軸的距離保持不變,則這時( )A. A和B球受到的向心力分別是繩子對它的拉力B. A球受到的向心力大于B球受到的向心力;C. 一定等于D. 當(dāng)增大時,A球?qū)⑾蛲膺\動 6、如圖所示兩個相同材料制成的靠摩擦轉(zhuǎn)動的輪A和輪B水平放置。兩輪的半徑。當(dāng)主動輪A勻速轉(zhuǎn)動時,在A輪的邊緣上放置的小木塊恰能相對靜止在A輪的邊緣上。若將小木塊放置在B輪上,欲使木塊相對B輪也靜止,則木塊距B輪轉(zhuǎn)軸的最大距離為( )A. B. C. D.7、一物體以4m/s的線速度做勻速圓周運動,轉(zhuǎn)動的周期是2s,則物體在轉(zhuǎn)動過程中的任意時刻,速度變化率的大小為( )A.2m/s2 B.4m/s2 C.0m/s2 D. 8、一圓柱形飛船的橫截面半徑為r,使這飛船繞中心軸O自轉(zhuǎn),從而給得飛船內(nèi)的物體提供了“人工重力”。 若飛船繞中心軸O自轉(zhuǎn)的角速度為,那么“人工重力中的重力加速度g”的值與離開轉(zhuǎn)軸的距離L的關(guān)系是( )(其中k為比例常數(shù))A. B. C. D. 二、填空題:1、質(zhì)量m的小球用細線懸于O點且可在豎直平面內(nèi)做圓周運動,到達最高點時的速度,此時細線的張力是_,若到達最高點的速度,則此時細線的張力是_(假設(shè)細線未斷)。2、車廂頂板上,用長為L的細繩系一質(zhì)量為m的小球,車廂由靜止突然以速度v向前運動,此時細繩受到的拉力大小為_。3、如圖所示,在光滑的錐頂,用長為的細繩懸一個質(zhì)量是m的小球,圓錐的頂角為,當(dāng)錐和球一起以角速度勻速旋轉(zhuǎn)時,球緊壓球面,此時繩的張力是_,若使小球離開錐面,則小球的角速度至少是_。 三、計算題:1、如圖所示,將完全相同的兩個小球A、B用長為的細繩懸于以v=4m/s向右勻速運動的小車頂部,兩個小球與車前后壁接觸。由于某種原因,小車突然停止,求此時懸線中的拉力之比為多少?(g取10m/s2)2、半徑R20cm豎直放置的圓軌道與平面軌道連接,質(zhì)量m50g的小球A以一定的初速度由直軌道沖向圓形軌道,并沿圓軌道運動。如果小球經(jīng)過直軌道的運動速度是,經(jīng)過圓軌道最高點M時,對軌道的壓力為0.5N,取,求(1)小球A由剛好到達圓軌道上的N點時對軌道的壓力。(2)小球在M點的速度v2。3、 在半徑為0.2m的水平轉(zhuǎn)臺的邊緣處放一個0.5kg的物體A,在離轉(zhuǎn)軸0.1m處立一根直桿,桿頂系一根長0.3m的細繩,繩的另一端拴一個0.1kg的小球B,當(dāng)轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動時,A和B隨轉(zhuǎn)臺一起做勻速圓周運動,拴小球B的細繩與直桿成30角,如圖所示,求:(1)使A、B做勻速圓周運動的向心力各是什么力?各有多大?(2)若角速度變大將發(fā)生什么現(xiàn)象?4、如圖所示,長為L的輕桿,兩端各連接一個質(zhì)量都是m的小球,使它們以輕桿中點為軸在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,周期,求桿通過豎直位置時分別對上下兩球的作用力?并說明是拉力還是支持力? 5、如圖一轉(zhuǎn)盤可繞其豎直軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)臺半徑為R,在轉(zhuǎn)臺邊緣放一個物塊A,當(dāng)轉(zhuǎn)臺的角速度為時,物塊剛能被甩出轉(zhuǎn)盤,若在物塊A與轉(zhuǎn)軸中心O的連線中點再放一與A完全相同的物塊B(A、B均可視為質(zhì)點),并用細線相連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動角速度為多大時,兩物塊將開始滑動。6、如圖所示,電動機在距離轉(zhuǎn)軸O為r處固定一個質(zhì)量為m的鐵塊,電動機啟動后,鐵塊以角速度繞軸勻速轉(zhuǎn)動,則電動機對地面的最大壓力和最小壓力之差是多少? 【答案及解析】一、選擇題:1、C、D解析:如圖所示,對小球進行受力分析,它受重力和繩子拉力的作用,向心力是指向圓心方向的合力因此,可以說是小球所受合力沿繩方向的分力,也可以說是各力沿繩方向的分力的合力,選C、D2、D解析:物體在最低點的向心力是,所以選項A錯誤;受到的摩擦力是,所以BC選項都錯誤;因為物塊受到水平向左的摩擦力和豎直向上的向心力,這兩個力的合力就是物塊受到的合力,所以合力的方向是斜向左上方,D選項正確。3、D解析:對小物體在頂部A處用牛頓第二定律,將代入上式得到,球面對球的支持力F=0,因此,小球在不計空氣阻力的情況下,只受重力以水平速度拋出,做平拋運動,所以D選項正確。4、BCD 解析:對小球在最高點處運用牛頓第二定律:,因為細線只能提供拉力,所以 ,解得 B選項正確,A選項錯誤;在最低點處運用牛頓第二定律:,因為小球在最低點處的速度最大,向心加速度最大,繩子的張力也最大,CD選項正確。5、AC解析:A、B兩個球受到的向心力是一對相互作用力,且相同的時間轉(zhuǎn)過的角度一定相同,所以;由向心力公式可知,它們的軌道半徑與其質(zhì)量成反比,所以一定等于,選項AC正確。只要A、B兩個球的軌道半徑滿足與質(zhì)量成反比關(guān)系,無論角速度多大,兩個小球總是保持在原來的軌道上運動,既不離心運動也不會向心運動。6、C解析:由圖可知,主動輪A勻速轉(zhuǎn)動時,A、B兩輪邊緣上的點的線速度大小相等,由由于小木塊恰能在A輪邊緣上靜止,則由靜摩擦力提供的向心力達到最大值 。設(shè)小木塊放在B輪上能使木塊相對靜止的距B轉(zhuǎn)軸的最大距離為r,則向心力由最大靜摩擦力提供,故,所以選項C正確。7、D解析:勻速圓周運動速度變化率的大小就是向心加速度的大小。由勻速圓周運動的周期計算公式:,得到圓周運動的半徑,所以這個圓周運動的向心加速度是:,選項D正確。8、B解析:飛船壁對物體的彈力提供向心力使得物體隨飛船自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動,這個指向圓心的彈力與“人工重力”大小相等方向相反。因此人工重力的大小是,人工重力加速度,所以選項B正確。二、填空題:1、0,3mg解析:當(dāng)球的線速度時,對小球在最高點處用牛頓第二定律:,解得線的拉力是;當(dāng)球的線速度時,對小球在最高點處用牛頓第二定律:,解得線的拉力是;2、解析:當(dāng)車廂由靜止突然以速度v向前運動時,懸掛小球的繩子還沒有來得及偏離豎直方向,小球的速度還是零,以勻速運動的車為參照物,小球以速度v向后做圓周運動,由牛頓第二定律 所以線的拉力大小等于3、解析:對小球受力分析,小球受重力、線的拉力和錐面對球的支持力作用;小球在是平面內(nèi)做勻速圓周運動,由線的拉力T和錐面的支持力FN的合力提供向心力。由牛頓第二定律可得: 在x方向: 在y方向:小球做勻速圓周運動的半徑解以上各式可得: 當(dāng)小球剛好離開錐面時,F(xiàn)N=0(臨界條件)則有:,解得小球的角速度至少是三、計算題:1、解析:對B球,小車突然停止運動,B球靜止不動,所以 FB=mg;對A球,它突然以速度v在豎直面內(nèi)開始做圓周運動,由牛頓第二定律可得:代入數(shù)據(jù)解得2、(1)球?qū)點的壓力是4.5N,方向豎直向下 (2)V2=2m/s解析:(1)小球在水平軌道上運動時處于平衡狀態(tài),對軌道的壓力等于球的重力,當(dāng)剛好運動到球面上時,小球開始了圓周運動。在圓軌道的最低點N處,對小球受力分析,由牛頓第二定律得到:,所以小球受到的支持力等于,由牛頓第三定律知,球?qū)點的壓力是4.5N,方向豎直向下。(2)在最高點處對小球受力分析,用牛頓第二定律有,代入數(shù)據(jù)解得小球在最高點處的速度V2=2m/s3、解析:(1)物體A隨轉(zhuǎn)臺一起做勻速圓周運動,和轉(zhuǎn)臺保持相對靜止,重力跟支持力平衡,轉(zhuǎn)臺對A的靜摩擦力就是使A做勻速圓周運動所需向心力,如圖所示。設(shè)轉(zhuǎn)動時角速度為, 則有: 小球B由繩子拴著隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動做勻速圓周運動時,它所需的向心力是它的重力和繩子對它的拉力的合力,即: 從式得: rad/s rad/s所以: (2)如果角速度增大,則A和B所需的向心力也相應(yīng)增大。A的向心力是轉(zhuǎn)臺對它的靜摩擦力,在最大靜摩擦力的范圍內(nèi),物體A仍將隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動而做勻速圓周運動。由于,當(dāng)時,靜摩擦力就不足以提供A所需的向心力,物體A就將脫離轉(zhuǎn)臺沿切線方向飛出。 當(dāng)角速增大時,物體B將升高,繩子和直桿間的夾角增大,這樣它的重力和繩子對它的拉力的合力也相應(yīng)增大,以適應(yīng)所需向心力的增大;角速度愈大,B將升得愈高,張角也愈大。由于B的升高,拉力隨之增大,如果越過了繩所能承受的最大拉力,繩將被拉斷而B即沿切線方向飛出。4、解析:在豎直位置時,上面的球受到重力和桿對球的作用力,由牛頓第二定律得:將周期代人上式得到:,負號說明小球受到桿對它施加豎直向上的支持力。下面的球必定受到桿對它的豎直向上的拉力,由牛頓第二定律:將周期代人上式得到:5、解析:A、B受力如圖。A物塊在轉(zhuǎn)盤邊緣剛好被甩出時,受到最大靜摩擦力Fmax作用,由牛頓第二定律。當(dāng)A、B剛好相對滑動時,A、B兩個物體皆受到最大靜摩擦力作用,設(shè)此時A、B之間繩子的拉力為F,分別對兩物體用牛頓第二定律:對A:對B:解得6、解析:鐵塊在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動,其向心力是重力mg與輪對它的力F的合力。由圓周運動的規(guī)律可知: 當(dāng)m轉(zhuǎn)到最低點時F最大,當(dāng)m轉(zhuǎn)到最高點時F最小。設(shè)鐵塊在最低點和最高點時,電機對其做用力分別為F1和F2,且都指向軸心。以鐵塊為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律有:在最低點:在最高點:電機對地面的最大壓力和最小壓力分別出現(xiàn)在鐵塊m位于最低點和最高點時,設(shè)為F3 、F4,取電動機為研究對象,由平衡條件有:在最低點處, 在最高點處, 解這四個方程得電動機對地面的最大壓力和最小壓力之差是: