2020高中物理 第六章 圓周運(yùn)動(dòng) 4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)練習(xí)(含解析)新人教版第二冊(cè)

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1、第六章 4生活中的圓周運(yùn)動(dòng) A組:合格性水平訓(xùn)練 1.(離心運(yùn)動(dòng)的理解)關(guān)于離心運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.物體一直不受外力作用時(shí),可能做離心運(yùn)動(dòng) B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,在外界提供的向心力突然變大時(shí)做離心運(yùn)動(dòng) C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,只要向心力的數(shù)值發(fā)生變化便將做離心運(yùn)動(dòng) D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)外界提供的向心力突然消失或數(shù)值變小時(shí)將做離心運(yùn)動(dòng) 答案 D 解析 物體一直不受外力作用,物體應(yīng)保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),A錯(cuò)誤;做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,所受的合外力等于向心力,當(dāng)外界提供的向心力增大時(shí),物體所需的向心力并沒有增大,物體將做近心運(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤;

2、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,向心力的數(shù)值發(fā)生變化,物體可能仍做圓周運(yùn)動(dòng),例如變速圓周運(yùn)動(dòng),也可能做近心運(yùn)動(dòng)或離心運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤;根據(jù)離心運(yùn)動(dòng)的條件可知,D正確。 2.(航天器中的失重現(xiàn)象)(多選)航天飛機(jī)在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,關(guān)于航天員,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.航天員仍受重力作用 B.航天員受的重力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 C.航天員處于超重狀態(tài) D.航天員對(duì)座椅的壓力為零 答案 ABD 解析 航天飛機(jī)在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),依然受地球的吸引力,而且正是這個(gè)吸引力提供航天飛機(jī)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,航天員的加速度與航天飛機(jī)的相同,也是重力提供向心力,即mg=

3、m,A、B正確;此時(shí)航天員不受座椅彈力,即對(duì)座椅無(wú)壓力,處于完全失重狀態(tài),D正確,C錯(cuò)誤。 3.(豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng))秋千的吊繩有些磨損,在擺動(dòng)過(guò)程中,吊繩最容易斷裂的時(shí)候是秋千(  ) A.在下擺過(guò)程中 B.在上擺過(guò)程中 C.?dāng)[到最高點(diǎn)時(shí) D.?dāng)[到最低點(diǎn)時(shí) 答案 D 解析 當(dāng)秋千擺到最低點(diǎn)時(shí)速度最大,由F-mg=m知,吊繩中拉力F最大,吊繩最容易斷裂,D正確。 4.(拱形橋問(wèn)題)在較大的平直木板上相隔一定距離釘幾個(gè)釘子,將三合板彎曲成拱橋形卡入釘子內(nèi)形成拱形橋,三合板上表面事先鋪上一層牛仔布以增加摩擦,這樣玩具慣性車就可以在橋面上跑起來(lái)了。把這套系統(tǒng)放在電子秤上做實(shí)驗(yàn),如圖

4、所示,關(guān)于實(shí)驗(yàn)中電子秤的示數(shù),下列說(shuō)法正確的是(  ) A.玩具車靜止在拱橋頂端時(shí)的示數(shù)小一些 B.玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)的示數(shù)大一些 C.玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)處于超重狀態(tài) D.玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱橋),示數(shù)越小 答案 D 解析 玩具車運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),受向下的重力和向上的支持力作用,根據(jù)牛頓第二定律有mg-FN=m,即FN=mg-m

5、D正確。 5.(汽車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題)在高速公路的拐彎處,通常路面都是外高內(nèi)低。如圖所示,在某路段汽車向左拐彎,司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些,汽車的運(yùn)動(dòng)可看做是半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)內(nèi)、外路面高度差為h,路基的水平寬度為d,路面的寬度為L(zhǎng)。已知重力加速度為g,要使車輪與路面之間的橫向(即垂直于前進(jìn)方向)摩擦力等于零,則汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速應(yīng)等于(  ) A. B. C. D. 答案 B 解析 設(shè)路面的傾角為θ,根據(jù)牛頓第二定律得mgtanθ=m,又由數(shù)學(xué)知識(shí)可知tanθ=,聯(lián)立解得v=,B正確。 6.(輕繩模型)(多選)如圖所示,用長(zhǎng)為l的細(xì)繩拴著質(zhì)量為m的小球在豎直平

6、面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.小球在圓周最高點(diǎn)時(shí)所受的向心力一定為重力 B.小球在最高點(diǎn)時(shí)繩子的拉力不可能為零 C.若小球剛好能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),則其在最高點(diǎn)的速率為 D.小球過(guò)最低點(diǎn)時(shí)繩子的拉力一定大于小球重力 答案 CD 解析 小球在圓周最高點(diǎn)時(shí),向心力可能等于重力也可能等于重力與繩子的拉力之和,取決于小球的瞬時(shí)速度的大小,A錯(cuò)誤;小球在圓周最高點(diǎn)時(shí),如果向心力完全由重力充當(dāng),則繩子的拉力為零,B錯(cuò)誤;小球剛好能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),則在最高點(diǎn),重力提供向心力,v=,C正確;小球在圓周最低點(diǎn)時(shí),具有豎直向上的向心加速度,處于超重狀態(tài),拉力一定大于重

7、力,故D正確。 7.(輕繩模型)如圖所示,某公園里的過(guò)山車駛過(guò)軌道的最高點(diǎn)時(shí),乘客在座椅里面頭朝下,人體顛倒,若軌道半徑為R,人體重為mg,要使乘客經(jīng)過(guò)軌道最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座椅的壓力等于自身的重力,則過(guò)山車在最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為(  ) A.0 B. C. D. 答案 C 解析 由題意知,乘客受到座椅的壓力F=mg,則F+mg=2mg=m,故最高點(diǎn)處速度大小v=,C正確。 8.(拱形橋問(wèn)題)城市中為了解決交通問(wèn)題,修建了許多立交橋。如圖所示,橋面是半徑為R的圓弧形的立交橋AB橫跨在水平路面上,一輛質(zhì)量為m的小汽車,從A端沖上該立交橋,小汽車到達(dá)橋頂時(shí)的速度大小為v1,若小汽車在上

8、橋過(guò)程中保持速率不變,則(  ) A.小汽車通過(guò)橋頂時(shí)處于失重狀態(tài) B.小汽車通過(guò)橋頂時(shí)處于超重狀態(tài) C.小汽車在上橋過(guò)程中受到橋面的支持力大小為FN=mg-m D.小汽車到達(dá)橋頂時(shí)的速度必須大于 答案 A 解析 由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)知,小汽車通過(guò)橋頂時(shí),其加速度方向向下,由牛頓第二定律得mg-FN=m,解得FN=mg-m<mg,故其處于失重狀態(tài),A正確,B錯(cuò)誤;FN=mg-m只在小汽車通過(guò)橋頂時(shí)成立,而在其上橋過(guò)程中不成立,C錯(cuò)誤;由mg-FN=m,F(xiàn)N≥0,解得v1≤,D錯(cuò)誤。 9.(輕桿模型)如圖所示,質(zhì)量為m的小球固定在桿的一端,在豎直面內(nèi)繞桿的另一端O做圓周運(yùn)動(dòng)。小球運(yùn)動(dòng)

9、到最高點(diǎn)時(shí)速度為v=,L是球心到O點(diǎn)的距離,則球?qū)U的作用力是(  ) A.mg的拉力 B.mg的壓力 C.零 D.mg的壓力 答案 B 解析 當(dāng)重力完全充當(dāng)向心力時(shí),球?qū)U的作用力為零,mg=m,解得v′=,而 <時(shí),故桿對(duì)球是支持力,即mg-FN=m,解得FN=mg,由牛頓第三定律,球?qū)U的壓力為mg,故選B。 10.(拱形橋問(wèn)題)如圖所示,是一座半徑為40 m的圓弧形拱形橋。一質(zhì)量為1.0×103 kg的汽車,行駛到拱形橋頂端時(shí),汽車運(yùn)動(dòng)速度為10 m/s,則此時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)的向心加速度為多大?向心力為多大?汽車對(duì)橋面的壓力是多少?(取g=10 m/s2) 答案 

10、2.5 m/s2 2.5×103 N 7.5×103 N 解析 汽車的向心加速度 an== m/s2=2.5 m/s2。 汽車的向心力 Fn=ma=1.0×103×2.5 N=2.5×103 N。 在橋的最高點(diǎn),汽車的向心力由重力和橋的支持力的合力提供,如圖所示,F(xiàn)n=mg-FN, 則FN=mg-Fn=1.0×103×10 N-2.5×103 N=7.5×103 N, 根據(jù)牛頓第三定律,汽車對(duì)橋的壓力 F壓=FN=7.5×103 N。 11.(汽車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題)某游樂場(chǎng)里的賽車場(chǎng)地為圓形,半徑為100 m,一賽車和車手的總質(zhì)量為100 kg,輪胎與地面間的最大靜摩擦力為600

11、 N。(g取10 m/s2) (1)若賽車的速度達(dá)到72 km/h,這輛車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)不會(huì)發(fā)生側(cè)滑? (2)若將場(chǎng)地建成外高內(nèi)低的圓形,且傾角為30°,賽車的速度多大時(shí),車手感覺不到自己有相對(duì)車側(cè)向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)? 答案 (1)不會(huì)側(cè)滑 (2)24 m/s 解析 (1)賽車在場(chǎng)地上做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由靜摩擦力提供。賽車做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力為Fn=m=400 N<600 N,所以賽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生側(cè)滑。 (2)由題意得車手不受座椅側(cè)向的摩擦力,于是車手只受支持力和重力,由牛頓第二定律知mgtanθ=m,解得v=≈24 m/s。 B組:等級(jí)性水平訓(xùn)練 12.(火車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題)(多

12、選)火車轉(zhuǎn)彎可近似看成是做勻速圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)火車以規(guī)定速度通過(guò)時(shí),內(nèi)外軌道均不受側(cè)向擠壓,如圖?,F(xiàn)要降低火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的規(guī)定速度,須對(duì)鐵路進(jìn)行改造,從理論上講以下措施可行的是(  ) A.減小內(nèi)外軌的高度差 B.增加內(nèi)外軌的高度差 C.減小彎道半徑 D.增大彎道半徑 答案 AC 解析 當(dāng)火車以規(guī)定速度通過(guò)彎道時(shí),火車的重力和支持力的合力提供向心力,如圖所示:即Fn=mgtanθ=m,故v=,若使火車經(jīng)過(guò)彎道時(shí)的速度v減小,則可以減小傾角θ,即減小內(nèi)外軌的高度差,或者減小彎道半徑R,故A、C正確,B、D錯(cuò)誤。 13.(輕桿模型)(多選)如圖所示,小球m在豎直放置的光滑的圓形管

13、道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是(  ) A.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度是 B.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度為零 C.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定無(wú)作用力 D.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力 答案 BD 解析 圓形管外側(cè)、內(nèi)側(cè)都可以對(duì)小球提供彈力,故小球通過(guò)最高點(diǎn)的最小速度為零,A錯(cuò)誤,B正確。小球在水平線ab以下時(shí),合外力必須有指向圓心方向的分力提供向心力,故外側(cè)管壁一定對(duì)小球有作用力,C錯(cuò)誤,D正確。 14.(輕桿模型)長(zhǎng)L=0.5 m的輕桿,其一端連接著一個(gè)零件A,A的質(zhì)量m=2 kg。現(xiàn)讓A在豎直平面內(nèi)繞輕桿另一端O

14、點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示。在A通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),求下列兩種情況下A對(duì)桿的作用力大小。(g=10 m/s2) (1)A的速率為1 m/s; (2)A的速率為4 m/s。 答案 (1)16 N (2)44 N 解析 以A為研究對(duì)象,設(shè)其受到桿的拉力為F, 則有mg+F=m。 (1)代入數(shù)據(jù)v1=1 m/s, 可得F1=m=2× N=-16 N, 即A受到桿的支持力為16 N。 根據(jù)牛頓第三定律可得A對(duì)桿的作用力為壓力,大小為16 N。 (2)代入數(shù)據(jù)v2=4 m/s, 可得F2=m=2× N=44 N, 即A受到桿的拉力為44 N。 根據(jù)牛頓第三定律可得A對(duì)桿的作用力為拉力,大小為44 N。 - 8 -

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