2020-2021學年新教材物理人教版必修第二冊素養(yǎng)培優(yōu)課3　生活中的圓周運動 Word版含解析

1、好好學習，天天向上素養(yǎng)培優(yōu)課練習(三)生活中的圓周運動（教師用書獨具)(建議用時:25分鐘）1如圖所示，用輕繩一端拴一小球，繞另一端o在豎直平面內(nèi)做圓周運動。若繩子可能斷,則運動過程中繩子最易斷的位置是小球運動到()a最高點b最低點c兩側與圓心等高處d無法確定b小球運動到最低點時，小球的速率最大,向心力方向為豎直向上，拉力fmgm，此處繩子受到的拉力最大，故最易斷。選項b正確.2一輕桿下端固定一質(zhì)量為m的小球，上端連在軸上，并可繞軸在豎直平面內(nèi)運動，不計空氣阻力，在最低點給小球水平速度v0時,剛好能到達最高點，若小球在最低點的瞬時速度從v0不斷增大，則可知()a小球在最高點對桿的作用力不斷增大

2、b小球在最高點對桿的作用力先減小后增大c小球在最高點對桿的作用力不斷減小d小球在最高點對桿的作用力先增大后減小b桿在最高點對小球的彈力既可能向上又可能向下，因此,小球剛好到達最高點時在最高點的速度為零。當最高點桿對小球的作用力為零時，重力提供向心力,由mg可知，臨界速度v0。隨著最低點的瞬時速度從v0不斷增大,小球?qū)U的作用力先是方向向下減小到零，然后方向向上逐漸增大，故b正確。3無縫鋼管的制作原理如圖所示，豎直平面內(nèi)，管狀模型置于兩個支承輪上，支承輪轉動時通過摩擦力帶動管狀模型轉動，鐵水注入管狀模型后，由于離心作用，鐵水緊緊地覆蓋在模型的內(nèi)壁上,冷卻后就得到無縫鋼管。已知管狀模型內(nèi)壁半徑為r

3、，則下列說法正確的是（)a鐵水是由于受到離心力的作用才覆蓋在模型內(nèi)壁上的b模型各個方向上受到的鐵水的作用力相同c若最上部的鐵水恰好不離開模型內(nèi)壁，此時僅重力提供向心力d管狀模型轉動的角速度最大為c鐵水是由于離心作用覆蓋在模型內(nèi)壁上的，模型對它的彈力和重力的合力提供向心力，選項a錯誤；模型最下部受到鐵水的作用力最大，最上方受到的作用力最小，選項b錯誤；最上部的鐵水如果恰好不離開模型內(nèi)壁，則重力提供向心力，由mgmr2，可得，故管狀模型轉動的角速度至少為，選項c正確,d錯誤。4. （多選）如圖甲所示，一長為r的輕繩,一端系在過o點的水平轉軸上,另一端固定一質(zhì)量未知的小球，整個裝置繞o點在豎直面內(nèi)轉

4、動，小球通過最高點時，繩對小球的拉力f與其速度平方v2的關系如圖乙所示，圖線與縱軸的交點坐標為a,下列判斷正確的是（）甲乙a利用該裝置可以得出重力加速度，且gb繩長不變，用質(zhì)量較大的球做實驗,得到的圖線斜率更大c繩長不變，用質(zhì)量較小的球做實驗，得到的圖線斜率更大d繩長不變，用質(zhì)量較小的球做實驗，圖線與縱軸的交點坐標不變cd小球在最高點，由牛頓第二定律得mgfm,解得v2gr,由題圖乙知，縱軸截距agr，解得重力加速度g，故a錯誤;由v2gr知，圖線的斜率k，繩長不變,用質(zhì)量較大的球做實驗，得到的圖線的斜率更小,故b錯誤；繩長不變，用質(zhì)量較小的球做實驗,得到的圖線斜率更大,故c正確；由v2gr知

5、，縱軸截距為gr，繩長不變，則圖線與縱軸的交點坐標不變，故d正確。5質(zhì)量為m的小球，用一條繩子系住在豎直平面內(nèi)做圓周運動,小球到達最高點時的速度為v，到達最低點時的速度變?yōu)?則兩位置處繩子所受的張力之差是(）a6mgb5mgc4mgd2mga小球在最高點時,由牛頓第二定律可得f1mgm,解得f1mmg；在最低點時，由牛頓第二定律得f2mgm，解得f2mgm；因此,f2f16mg，a正確。6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)繞桿的另一端做圓周運動。當小球運動到最高點時，瞬時速度v,l是球心到o點的距離，則球?qū)U的作用力是（)a拉力，大小為mgb壓力，大小為mgc0d壓力,大小為m

6、gb當只有重力提供向心力時，球?qū)U的作用力為零，所以mgm，解得v。因為，桿對球的作用力是支持力，即mgfnm，解得fnmg,由牛頓第三定律，球?qū)U的作用力是壓力,故選b。7(多選）如圖所示，質(zhì)量為m的物體內(nèi)有光滑圓形軌道，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的小滑塊沿該圓形軌道的豎直面做圓周運動,a、c為圓周的最高點和最低點,b、d與圓心o在同一水平線上。小滑塊運動過程中，物體始終保持靜止,關于物體對地面的壓力n和地面對物體的摩擦力，下列說法正確的是（)a滑塊運動到a點時，nmg，摩擦力方向向左b滑塊運動到b點時,nmg，摩擦力方向向右c滑塊運動到c點時,n（mm）g，物體與地面間無摩擦力d滑塊運動到d點時，n（

7、mm)g，摩擦力方向向左bc小滑塊在a點時，小滑塊對物體的作用力在豎直方向上,物體與小滑塊組成的系統(tǒng)在水平方向不受力的作用,所以沒有摩擦力的作用，故a錯誤；小滑塊在b點時，需要的向心力向右，所以物體對小滑塊有向右的支持力的作用，由物體的受力分析可知，地面要對物體有向右的摩擦力的作用,在豎直方向上，由于沒有加速度，物體受力平衡，所以物體對地面的壓力nbmg,故b正確；小滑塊在c點時，小滑塊的向心力向上，所以小滑塊對物體的壓力要大于小滑塊的重力,故物體受到的小滑塊的壓力大于mg,則物體對地面的壓力大于（mm）g，物體與地面間無摩擦力，故c正確；小滑塊在d點和b點的受力情況類似,由b點的分析可知，物

8、體對地面的壓力ndmg，故d錯誤。8如圖所示，用水平傳送帶傳送一質(zhì)量為m的小物體（可視為質(zhì)點)，a為終端皮帶輪，已知皮帶輪半徑為r，傳送帶與皮帶輪間不會打滑。當小物體可被水平拋出時,a輪每秒的轉速最小是()a b c da當小物體可被水平拋出時，在終端皮帶輪的最高點處有mgm，又因為v2rn，故a輪的轉速n,選項a正確.9如圖所示，游樂場翻滾過山車上的乘客常常會在高速旋轉或高空倒懸時嚇得魂飛魄散，但這種車的設計有足夠的安全系數(shù)，過山車在做圓周運動時可以使乘客穩(wěn)坐在座椅上，還有安全棒緊緊壓在乘客胸前,在過山車未到達終點以前，誰也無法將它們打開。設想如下數(shù)據(jù)，軌道最高處離地面32 m，最低處幾乎貼

9、地,圓環(huán)直徑為15 m，過山車經(jīng)過最低點時的速度約為25 m/s,經(jīng)過圓環(huán)最高點時的速度約為18 m/s。試利用牛頓第二定律和圓周運動的知識，探究這樣的情況下能否保證乘客的安全（取g10 m/s2）?解析首先分析一下當過山車運動到圓環(huán)底部和圓環(huán)頂部時過山車中人的受力情況:重力mg,fn下和fn上，fn下和fn上分別為過山車在圓環(huán)底部和頂部時圓環(huán)對人的支持力（為簡化問題，可不考慮摩擦及空氣阻力).我們知道，過山車沿圓環(huán)運動,人也在做圓周運動，這時人做圓周運動所需的向心力由mg和fn提供。要保證安全，則需fn0，即人牢牢地與座椅在一起,用v下表示人在圓環(huán)底部的速度，v上表示人在圓環(huán)頂部的速度，r表

10、示圓環(huán)的半徑，則在底部:fn下mgm，在頂部:fn上mgm，由式可知，fn下mgm，即在圓環(huán)底部時,過山車對人的支持力比人的重力增大了m，這時人對座椅的壓力自然也比重力大m，就好像人的重力增加了m，使人緊壓在座椅上不能動彈，故人在圓環(huán)最低點是安全的。恰好能通過頂部的速度v08。7 m/s，而過山車通過頂點時的速度約為18 m/s，比8。7 m/s大得多,此時人與座椅間也有較大的壓力,所以過山車和人一定能安全地通過圓環(huán)最高點。答案見解析(建議用時：15分鐘）10(多選）如圖所示光滑軌道上，小球滑下經(jīng)平直部分沖上圓弧部分的最高點a時，對圓弧的壓力為mg，已知圓弧的半徑為r，則()a在最高點a，小球

11、受重力和向心力b在最高點a，小球受重力和圓弧的壓力c在最高點a,小球的速度為 d在最高點a，小球的向心加速度為2gbd小球在最高點受重力和壓力，由牛頓第二定律得fnmgma，又fnmg,所以a2g,b、d正確.11在質(zhì)量為m的電動機飛輪上固定著一個質(zhì)量為m的重物，重物到轉軸的距離為r，如圖所示,為了使放在地面上的電動機不會跳起,電動機飛輪的角速度不能超過()a b c dd重物轉到飛輪的最高點，電動機剛要跳起時，重物對飛輪的作用力的大小f恰好等于電動機的重力的大小mg，即fmg。以重物為研究對象，由牛頓第二定律得mgmgm2r，解得，故選d.12如圖所示，長為l的輕桿,兩端各連接一個質(zhì)量都是m

12、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t2，求它們通過豎直位置時桿分別對上下兩球的作用力，并說明是拉力還是支持力.解析對小球受力分析,得在最低點處f1mgm所以f1mg，方向向上，為拉力。在最高點處，設球受桿拉力為f2，f2mgm.所以f2mg，故知f2方向向上，為支持力.答案最低點:mg，拉力最高點:mg，支持力13如圖所示，半徑為r,內(nèi)徑很小的光滑半圓管豎直放置,兩個質(zhì)量均為m的小球a、b以不同速率進入管內(nèi)，a通過最高點c時，對管壁上部的壓力為3mg，b通過最高點c時，對管壁下部的壓力為0。75mg。求a、b兩球落地點間的距離.解析兩個小球在最高點時，受重力和管壁的作用力，這兩個力的合力作為向心力，離開軌道后兩球均做平拋運動，a、b兩球落地點間的距離等于它們