2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 瘋狂專練6 圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用（含解析）

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1、圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用 專練六 圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用 一、考點(diǎn)內(nèi)容 (1)向心力、向心加速度的理解；(2)豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題分析；(3)斜面、懸繩彈力的水平分力提供向心力的實(shí)例分析問(wèn)題；(4)離心現(xiàn)象等。 二、考點(diǎn)突破 1．如圖所示，運(yùn)動(dòng)員以速度v在傾角為θ的傾斜賽道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知運(yùn)動(dòng)員及自行車(chē)的總質(zhì)量為m，做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，重力加速度為g，將運(yùn)動(dòng)員和自行車(chē)看作一個(gè)整體，則(　　) A．受重力、支持力、摩擦力、向心力作用 B．受到的合力大小為F＝m C．若運(yùn)動(dòng)員加速，則一定沿傾斜賽道上滑 D．若運(yùn)動(dòng)員減速，則一定沿傾斜賽道下滑 2．如圖所示，在

2、粗糙水平面上靜止放有一個(gè)半圓球，將一個(gè)很小的物塊放在粗糙程度處處相同的球面上，用始終沿球面的力F拉著小物塊從A點(diǎn)沿球面勻速率運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)B，半圓球始終靜止。對(duì)于該過(guò)程下列說(shuō)法正確的是(　　) A．小物塊所受合力始終為0 B．半圓球?qū)π∥飰K的支持力一直增大，摩擦力也一直增大 C．F大小一直不變 D．半圓球?qū)Φ孛娴哪Σ亮κ冀K向右 3．在離心澆鑄裝置中，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)支承輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，管狀模型放在這兩個(gè)輪上靠摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，鐵水注入之后，由于離心作用，鐵水緊緊靠在模型的內(nèi)壁上，從而可得到密實(shí)的鑄件，澆鑄時(shí)轉(zhuǎn)速不能過(guò)低，否則，鐵水會(huì)脫離模型內(nèi)壁，產(chǎn)生次品。已知管狀模型內(nèi)壁半徑R，支承輪的半

3、徑為r，則支承輪轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角速度ω為(　　) A． B． C． D． 4．(多選)如圖所示為用絞車(chē)拖物塊的示意圖。拴接物塊的細(xì)線被纏繞在輪軸上，輪軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)從而拖動(dòng)物塊。已知輪軸的半徑R＝0.5 m，細(xì)線始終保持水平；被拖動(dòng)物塊質(zhì)量m＝1 kg，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5；輪軸的角速度隨時(shí)間變化的關(guān)系是ω＝kt，k＝2 rad/s2，g取10 m/s2，以下判斷正確的是(　　) A．物塊做勻速運(yùn)動(dòng) B．細(xì)線對(duì)物塊的拉力是5 N C．細(xì)線對(duì)物塊的拉力是6 N D．物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小是1 m/s2 5．(多選)

4、如圖所示，摩天輪懸掛的座艙在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。座艙的質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)半徑為R，角速度大小為ω，重力加速度為g，則座艙(　　) A．運(yùn)動(dòng)周期為 B．線速度的大小為ωR C．受摩天輪作用力的大小始終為mg D．所受合力的大小始終為mω2R 6．(多選)如圖所示，放于豎直面內(nèi)的光滑金屬細(xì)圓環(huán)半徑為R，質(zhì)量為m的帶孔小球穿于環(huán)上，同時(shí)有一長(zhǎng)為R的細(xì)繩一端系于球上，另一端系于圓環(huán)最低點(diǎn)，繩能承受的最大拉力為2mg。重力加速度的大小為g，當(dāng)圓環(huán)以角速度ω繞豎直直徑轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．圓環(huán)角速度ω小于時(shí)，小球受到2個(gè)力的作用 B．圓環(huán)角速度ω等于時(shí)，細(xì)繩恰好伸直 C

5、．圓環(huán)角速度ω等于2時(shí)，細(xì)繩將斷裂 D．圓環(huán)角速度ω大于時(shí)，小球受到2個(gè)力的作用 7．如圖所示，一根細(xì)線下端拴一個(gè)金屬小球A，細(xì)線的上端固定在金屬塊B上，B放在帶小孔的水平桌面上，小球A在某一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)使小球A改到一個(gè)更低一些的水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(圖上未畫(huà)出)，金屬塊B在桌面上始終保持靜止，則后一種情況與原來(lái)相比較，下面的判斷中正確的是(　　) A．金屬塊B受到桌面的靜摩擦力變大 B．金屬塊B受到桌面的支持力變小 C．細(xì)線的張力變大 D．小球A運(yùn)動(dòng)的角速度減小 8．如圖所示，質(zhì)點(diǎn)a、b在同一平面內(nèi)繞質(zhì)點(diǎn)c沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，它們的周期之比Ta∶Tb＝1

6、∶k(k＞1，為正整數(shù))。從圖示位置開(kāi)始，在b運(yùn)動(dòng)一周的過(guò)程中(　　) A．a(chǎn)、b距離最近的次數(shù)為k次 B．a(chǎn)、b距離最近的次數(shù)為k＋1次 C．a(chǎn)、b、c共線的次數(shù)為2k次 D．a(chǎn)、b、c共線的次數(shù)為2k－2次 9．(多選)如圖所示，光滑軌道ABCD是大型游樂(lè)設(shè)施過(guò)山車(chē)軌道的簡(jiǎn)化模型，最低點(diǎn)B處的入、出口靠近但相互錯(cuò)開(kāi)，C是半徑為R的圓形軌道的最高點(diǎn)，BD部分水平，末端D點(diǎn)與右端足夠長(zhǎng)的水平傳送帶無(wú)縫連接，傳送帶以恒定速度v逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m的小滑塊從軌道AB上某一固定位置A由靜止釋放，A離水平軌道BD高度差為h，滑塊能通過(guò)C點(diǎn)后再經(jīng)D點(diǎn)滑上傳送帶，設(shè)滑塊與傳送帶之間動(dòng)摩擦因

7、數(shù)為μ，則(　　) A．固定位置A到B點(diǎn)的豎直高度可能為2R B．滑塊在傳送帶上向右運(yùn)動(dòng)的最大距離 C．滑塊一定能重新回到出發(fā)點(diǎn)A處 D．A離水平軌道BD高度差為h越大，滑塊與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量越多 10．(多選)如圖所示，水平轉(zhuǎn)臺(tái)上的小物體A、B通過(guò)輕彈簧連接，并隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B的質(zhì)量分別為m、2m，離轉(zhuǎn)臺(tái)中心的距離分別為1.5r、r，已知彈簧的原長(zhǎng)為1.5r，勁度系數(shù)為k，A、B與轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)摩擦因數(shù)都為μ，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，且有kr＝2μmg。則以下說(shuō)法中正確的是(　　) A．當(dāng)B受到的摩擦力為0時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 B．當(dāng)A受到的摩擦力為0時(shí)，轉(zhuǎn)

8、臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 C．當(dāng)B剛好要滑動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 D．當(dāng)A剛好要滑動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 11．汽車(chē)試車(chē)場(chǎng)中有一個(gè)檢測(cè)汽車(chē)在極限狀態(tài)下的車(chē)速的試車(chē)道，試車(chē)道呈錐面(漏斗狀)，側(cè)面圖如圖所示。測(cè)試的汽車(chē)質(zhì)量m＝1 t，車(chē)道轉(zhuǎn)彎半徑r＝150 m，路面傾斜角θ＝45°，路面與車(chē)胎的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.25，設(shè)路面與車(chē)胎的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g＝10 m/s2。求： (1)若汽車(chē)恰好不受路面摩擦力，則其速度應(yīng)為多大？ (2)汽車(chē)在該車(chē)道上所能允許的最小車(chē)速。 12．如圖甲所示，豎直平面內(nèi)的光滑軌道由傾斜直軌道AB和圓軌道BCD組成，AB和BCD相切于B點(diǎn)

9、，OB與OC夾角為37°，CD連線是圓軌道豎直方向的直徑(C、D為圓軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn))，可視為質(zhì)點(diǎn)的小滑塊從軌道AB上高H處的某點(diǎn)由靜止滑下，用力傳感器測(cè)出滑塊經(jīng)過(guò)圓軌道最低點(diǎn)C時(shí)對(duì)軌道的壓力為F，并得到如圖乙所示的壓力F與高度H的關(guān)系圖象，該圖線截距為2 N，且過(guò)(0.5 m，4N)點(diǎn)。取g＝10 m/s2。 (1)求滑塊的質(zhì)量和圓軌道的半徑。 (2)若要求滑塊不脫離圓軌道，則靜止滑下的高度為多少？ (3)是否存在某個(gè)H值，使得滑塊經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)D飛出后落在圓心等高處的軌道上？若存在，請(qǐng)求出H值；若不存在，請(qǐng)說(shuō)明理由。

10、 答案 二、考點(diǎn)突破 1．【答案】B 【解析】將運(yùn)動(dòng)員和自行車(chē)看作一個(gè)整體，受到重力、支持力、摩擦力作用，向心力是按照力的作用效果命名的力，不是物體受到的力，故A錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員騎自行車(chē)在傾斜賽道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合力指向圓心，提供勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，所以F＝m，故B正確；若運(yùn)動(dòng)員加速，由向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但不一定沿斜面上滑，故C錯(cuò)誤；若運(yùn)動(dòng)員減速，有沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但不一定沿斜面下滑，故D錯(cuò)誤。 2．【答案】B 【解析】小物塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以所受合外力不為0，故A錯(cuò)誤；假設(shè)小物塊與圓心連線與水平方向的夾角為θ，當(dāng)小物塊沿圓

11、弧上滑時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律則有：mgsin θ－FN＝ m，由于f＝μFN，可知θ增大，支持力增大，則滑動(dòng)摩擦力也增大，故B正確；根據(jù)題意則有：F＝mgcos θ＋μFN＝mgcos θ＋μmgsin θ－μm，對(duì)cos θ+μsin θ分析可知θ從0增大到90°，F(xiàn)先增大后減小，故C錯(cuò)誤；對(duì)半圓球進(jìn)行受力分析可知半圓球所受摩擦力向右，所以半圓球?qū)Φ孛娴哪Σ亮κ冀K向左，故D錯(cuò)誤。 3．【答案】A 【解析】經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)的鐵水要緊壓模型內(nèi)壁，臨界情況是重力恰好提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律，有：mg＝mω′2R，又有：ωr＝ω′R，解得：，故A正確。 4．【答案】CD 【解析】由題意知，物塊的

12、速度為：v＝ωR＝2t×0.5＝1t，又v＝at，故可得：a＝1 m/s2，所以物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小是1 m/s2。故A錯(cuò)誤，D正確；由牛頓第二定律可得：物塊所受合外力為：F＝ma＝1 N，F(xiàn)＝T－f，地面摩擦阻力為：f＝μmg＝0.5×1×10 N＝5 N，故可得物塊受細(xì)線拉力為：T＝f＋F＝5 N＋1 N＝6 N，故B錯(cuò)誤，C正確。 5．【答案】BD 【解析】由于座艙做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由公式ω＝，解得：T＝，故A錯(cuò)誤；由圓周運(yùn)動(dòng)的線速度與角速度的關(guān)系可知，v＝ωR，故B正確；由于座艙做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以座艙受到摩天輪的作用力是變力，不可能始終為mg，故C錯(cuò)誤；由勻速圓周運(yùn)動(dòng)的

13、合力提供向心力可得：F合＝mω2R，故D正確。 6．【答案】ABD 【解析】設(shè)角速度ω在0～ω1范圍時(shí)繩處于松弛狀態(tài)，球受到重力與環(huán)的彈力兩個(gè)力的作用，彈力與豎直方向夾角為θ，則有：mgtan?θ＝mRsin?θ·ω2，即為：，當(dāng)繩恰好伸直時(shí)有：θ＝60°，對(duì)應(yīng)，故A、B正確；設(shè)在ω1＜ω＜ω2時(shí)繩中有張力且小于2mg，此時(shí)有：FNcos?60°＝mg＋FTcos?60°，F(xiàn)Nsin?60°＋FTsin?60°＝mω2Rsin?60°當(dāng)FT取最大值2mg時(shí)代入可得：，即當(dāng)時(shí)繩將斷裂，小球又只受到重力、環(huán)的彈力兩個(gè)力的作用，故C錯(cuò)誤，D正確。 7．【答案】D 【解析】設(shè)A、B質(zhì)量分別為m

14、、M, A做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度為a，細(xì)線與豎直方向的夾角為θ，對(duì)B研究，B受到的摩擦力f＝Tsin θ，對(duì)A，有Tsin θ＝ma，Tcos θ＝mg，解得a＝gtan θ，θ變小，a減小，則靜摩擦力變小，故A錯(cuò)誤；以整體為研究對(duì)象知，B受到桌面的支持力大小不變，應(yīng)等于(M＋m)g，故B錯(cuò)誤；細(xì)線的拉力T＝，θ變小，T變小，故C錯(cuò)誤；設(shè)細(xì)線長(zhǎng)為l，則a＝gtan θ＝ω2lsin θ，ω＝，θ變小，ω變小，故D正確。 8．【答案】D 【解析】設(shè)每隔時(shí)間T，a、b相距最近，則(ωa－ωb)T＝2π，所以T＝＝＝，故b運(yùn)動(dòng)一周的過(guò)程中，a、b相距最近的次數(shù)為：n＝＝＝＝k－1，即a、b距

15、離最近的次數(shù)為k－1次，故A、B均錯(cuò)誤。設(shè)每隔時(shí)間t，a、b、c共線一次，則(ωa－ωb)t＝π，所以t＝＝＝；故b運(yùn)動(dòng)一周的過(guò)程中，a、b、c共線的次數(shù)為：n＝＝＝＝2k－2，故C錯(cuò)誤，D正確。 9．【答案】BD 【解析】若滑塊恰能通過(guò)C點(diǎn)時(shí)AB的高度最低，有，由A到C根據(jù)動(dòng)能定理知，聯(lián)立解得，則AB最低高度為，A錯(cuò)誤；設(shè)滑塊在傳送帶上滑行的最遠(yuǎn)距離為x，則有動(dòng)能定理有mgh－μmgx＝0，解得，摩擦力做功轉(zhuǎn)化為熱量，所以該等式也可以寫(xiě)作mgh－Q＝0，即Q＝mgh，所以A離水平軌道BD高度差為h越大，滑塊與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量越多，B、D正確；若滑塊從傳送帶最右端回到D點(diǎn)速度時(shí)速度大小

16、不變即與滑上傳送帶時(shí)的速度大小相等時(shí)，則滑塊可重新回到出發(fā)點(diǎn)A點(diǎn)，若小于這個(gè)速度，則不能回到A點(diǎn)，C錯(cuò)誤。 10．【答案】BD 【解析】當(dāng)B受到的摩擦力為0時(shí)，由彈簧彈力提供向心力，則有k(1.5r＋r－1.5r)＝2mω2r，解得：ω＝，故A錯(cuò)誤；當(dāng)A受到的摩擦力為0時(shí)，由彈簧彈力提供向心力，則有k(1.5r＋r－1.5r)＝mω2·1.5r，解得：ω＝，故B正確；假設(shè)B先滑動(dòng)，則當(dāng)B剛好要滑動(dòng)時(shí)，摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力，彈簧彈力與靜摩擦力的合力提供向心力，則有：k(1.5r＋r－1.5r)＋μ·2mg＝2mω2r，解得：ω＝，故C錯(cuò)誤；假設(shè)A先滑動(dòng)，則當(dāng)A剛好要滑動(dòng)時(shí)，摩擦力達(dá)到最大靜

17、摩擦力，彈簧彈力與靜摩擦力的合力提供向心力，則有k(1.5r＋r－1.5r)＋μmg＝mω2·1.5r，解得：ω＝＝，即A、B同時(shí)開(kāi)始滑動(dòng)，故D正確。 11．【解析】(1)汽車(chē)恰好不受路面摩擦力時(shí)，由重力和支持力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得：mgtan θ＝m 解得：v≈38.7 m/s。 (2)當(dāng)車(chē)道對(duì)車(chē)的摩擦力沿車(chē)道向上且等于最大靜摩擦力時(shí)，車(chē)速最小，受力如圖，根據(jù)牛頓第二定律得： FNsin θ－Ffcos θ＝m FNcos θ＋Ffsin θ－mg＝0 Ff＝μFN 解得：vmin＝30 m/s。 12．【解析】(1)當(dāng)H＝0時(shí)，由圖象截距可知： F＝mg＝

18、2 N，mg＝0.2 kg 當(dāng)小物塊從A點(diǎn)靜止下滑，由圖象知，h＝0.5 m，對(duì)軌道的壓力F1＝4 N mgh＝mv12 F1－mg＝m 解得R＝1 m。 (2)不脫離軌道分兩種情況： ①到圓心等高處速度為零 有能量守恒可知，滑塊從靜止開(kāi)始下滑高度h1≤R＝1 m ②通過(guò)最高點(diǎn)，通過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件vD＝ 設(shè)下落高度為H0，由動(dòng)能定理mg(H0－2R)＝mvD2 解得H0＝2.5 m 則應(yīng)該滿足下落高度h2≥2.5 m (3)假設(shè)滑塊經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)D后能直接落到直軌道AB上與圓心等高的E點(diǎn)： x＝OE＝vDt R＝gt2 解得：vD＝m/s 而滑塊過(guò)D點(diǎn)的臨界速度vDL＝＝m/s 由于vD＞vDL，所以存在一個(gè)H值，使得滑塊經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)D后能直接落到直軌道AB上與圓心等高的點(diǎn) mg(H－2R)＝mvDL2 解得：H＝m。 9