高中物理人教新版集訓練習必修第二冊第6章　圓周運動word版含解析

1.(多選)自行車變速器的工作原理是依靠線繩拉動變速器,變速器通過改變鏈條的位置,使鏈條跳到不同的齒輪上而改變速度.自行車的部分構(gòu)造如圖K11-1所示,下列有關(guān)說法中正確的是 ()圖K11-1A.自行車騎行時,后輪與飛輪的角速度相等B.自行車拐彎時,前輪邊緣與后輪邊緣的線速度大小一定相等C.自行車上坡時,理論上采用中軸鏈輪最小擋和飛輪最大擋D.自行車騎行時,鏈條相連接的飛輪邊緣與中軸鏈輪邊緣的線速度大小相等2.(多選)如圖K11-2所示為一種叫作“魔盤”的娛樂設(shè)施,當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動很慢時,人會隨著“魔盤”一起轉(zhuǎn)動,當“魔盤”轉(zhuǎn)動到一定速度時,人會“貼”在“魔盤”豎直壁上,而不會滑下.若魔盤半徑為r,人與魔盤豎直壁間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,在人“貼”在“魔盤”豎直壁上隨“魔盤”一起運動過程中,假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則下列說法正確的是 ()圖K11-2A.人隨“魔盤”轉(zhuǎn)動過程中受重力、彈力、摩擦力和向心力作用B.如果轉(zhuǎn)速變大,人與“魔盤”豎直壁之間的摩擦力不變C.如果轉(zhuǎn)速變大,人與“魔盤”豎直壁之間的彈力不變D.“魔盤”的轉(zhuǎn)速一定不小于12π圖K11-33.(多選)如圖K11-3所示,摩天輪懸掛的座艙在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動.座艙的質(zhì)量為m,運動半徑為R,角速度大小為ω,重力加速度為g,則座艙 ()A.運動周期為2B.線速度的大小為ωRC.受摩天輪作用力的大小始終為mgD.所受合力的大小始終為mω2R4.游樂場的過山車可以底朝上在圓軌道上運行,游客卻不會掉下來,如圖K11-4甲所示.我們把這種情形抽象為圖乙的模型:弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接,將小球從弧形軌道上端距地面高度為h處釋放,小球進入半徑為R的圓軌道下端后沿圓軌道運動.不考慮摩擦阻力和空氣阻力,重力加速度為g,則下列說法中正確的是 ()圖K11-4A.小球到達豎直圓軌道最高點的速度可能為3B.小球到達豎直圓軌道最高點時可能處于完全失重狀態(tài)C.小球到達豎直圓軌道最高點時,軌道對小球的彈力不可能等于小球的重力D.小球到達豎直圓軌道最低點時,軌道對小球的彈力可能小于小球的重力5.如圖K11-5所示,圖中虛線圓表示摩托車“飛車走壁”的行駛軌跡,軌跡離地面的高度為h,下列說法中正確的是 ()圖K11-5A.h越高,則摩托車對側(cè)壁的壓力越大B.h越高,則摩托車做圓周運動的向心力越大C.h越高,則摩托車做圓周運動的周期越小D.h越高,則摩托車做圓周運動的線速度越大6.如圖K11-6所示,兩根長度不同的細線系有質(zhì)量分別為m1、m2的1、2兩個小球,細線的上端都系于同一點,讓兩個小球在同一水平面內(nèi)做勻速圓周運動.已知細線L1、L2與豎直方向分別成60°、30°角,則1、2兩個小球轉(zhuǎn)動的角速度之比為 ()圖K11-6A.3∶1 B.1∶3C.1∶1 D.3∶17.如圖K11-7所示,有一傾斜的勻質(zhì)圓盤(半徑足夠大),盤面與水平面的夾角為θ,繞過圓心并垂直于盤面的轉(zhuǎn)軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,有一物體(可視為質(zhì)點)與盤面間的動摩擦因數(shù)為μ(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),重力加速度為g.要使物體能與圓盤始終保持相對靜止,則物體與轉(zhuǎn)軸間最大距離為 ()圖K11-7A.μgB.gC.μcosD.μcos8.(多選)游樂園里有一種叫“飛椅”的游樂項目,簡化后的示意圖如圖K11-8所示.已知飛椅用鋼繩系著,鋼繩上端的懸點固定在頂部水平轉(zhuǎn)盤上的圓周上,轉(zhuǎn)盤繞穿過其中心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動,穩(wěn)定后,每根鋼繩(含飛椅及游客)與轉(zhuǎn)軸在同一豎直平面內(nèi).圖中P、Q兩位游客懸于同一個圓周上,P所在鋼繩的長度大于Q所在鋼繩的長度,鋼繩與豎直方向的夾角分別為θ1、θ2.不計鋼繩的重力.下列判斷正確的是 ()圖K11-8A.P、Q的線速度大小相等B.無論兩個游客的質(zhì)量有多大,θ1一定大于θ2C.如果兩個游客的質(zhì)量相等,則θ1等于θ2D.如果兩個游客的質(zhì)量相等,則Q的向心力一定小于P的向心力9.(多選)如圖K11-9所示,兩物塊A、B套在水平粗糙的CD桿上,并用不可伸長的輕繩連接,整個裝置能繞過CD中點的軸OO'轉(zhuǎn)動.已知兩物塊質(zhì)量相等,桿CD對物塊A、B的最大靜摩擦力相等,開始時繩子恰好伸直但無張力,物塊A到OO'軸的距離為物塊B到OO'軸距離的兩倍.現(xiàn)讓該裝置從靜止開始轉(zhuǎn)動,使轉(zhuǎn)速逐漸增大,從繩子恰好伸長但無張力到兩物塊A、B即將滑動的過程中,下列說法正確的是 ()圖K11-9A.B受到的靜摩擦力一直增大B.B受到的靜摩擦力先增大后減小再增大C.A受到的靜摩擦力先增大后減小D.A受到的合力一直在增大10.如圖K11-10所示,長為l的輕桿兩端分別固定一個質(zhì)量均為m的小球a、b,系統(tǒng)置于傾角為θ的光滑斜面上,且桿可繞位于桿的中點的轉(zhuǎn)軸平行于斜面轉(zhuǎn)動.當小球a位于最低點時,給系統(tǒng)一初始角速度ω0,不計一切阻力,重力加速度為g,則 ()圖K11-10A.在輕桿轉(zhuǎn)過180°的過程中,角速度逐漸減小B.只有ω0大于某臨界值,系統(tǒng)才能做完整的圓周運動C.輕桿受到轉(zhuǎn)軸的彈力的大小始終為2mgsinθD.輕桿受到轉(zhuǎn)軸的彈力的方向始終在變化11.(多選)如圖K11-11所示,水平轉(zhuǎn)臺上有一個質(zhì)量為m的物塊,用長為l的輕質(zhì)細繩將物塊連接在轉(zhuǎn)軸上,細繩與豎直轉(zhuǎn)軸的夾角θ=30°,此時繩伸直但無張力,物塊與轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)為μ=13,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.現(xiàn)物塊隨轉(zhuǎn)臺由靜止開始緩慢加速轉(zhuǎn)動,角速度為ω,重力加速度為g,則 (圖K11-11A.當ω=g2l時,B.當ω=3g4l時C.當ω=4g3l時,D.當ω=gl時,細繩的拉力大小為112.如圖K11-12所示,長為l=1m的細線一端系一質(zhì)量為m=1kg的小球(可視為質(zhì)點),另一端固定在光滑錐體的頂端,錐面與豎直方向的夾角為θ=37°.(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)(1)要使小球剛好離開錐面,小球的角速度ω0至少為多大?(2)若錐面與豎直方向的夾角為60°,要使小球剛好離開錐面,則小球的角速度ω'為多大?圖K11-12

1.ACD[解析]后輪與飛輪同軸轉(zhuǎn)動,兩者角速度相等,鏈條相連接的飛輪邊緣與中軸鏈輪邊緣線速度大小相等,A、D正確;上坡時需要省力,所以要采用中軸鏈輪最小擋和飛輪最大擋,C正確;自行車拐彎時,前、后輪運動的路程不相同,故前、后輪邊緣的線速度大小不相等,B錯誤.2.BD[解析]人隨“魔盤”轉(zhuǎn)動過程中受到重力、彈力、摩擦力作用,“魔盤”豎直壁對人的彈力提供向心力,故A錯誤.人在豎直方向受到重力和摩擦力,二力平衡,則轉(zhuǎn)速變大時,人與“魔盤”豎直壁之間的摩擦力不變,故B正確.如果轉(zhuǎn)速變大,由FN=mrω2知,人與“魔盤”豎直壁之間的彈力變大,故C錯誤.人貼在魔盤上時,有mg≤Ffmax,FN=mr(2πn)2,又Ffmax=μFN,解得轉(zhuǎn)速n≥12πg(shù)μr,故“魔盤”的轉(zhuǎn)速一定不小于123.BD[解析]由圓周運動公式可知,運動周期T=2πω,線速度的大小v=ωR,所受合力即向心力的大小Fn=mω2R,選項A錯誤,選項B、D正確.由于座艙在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,其合力始終指向圓心,故其所受摩天輪的作用力大小和方向均時刻改變,選項C4.B[解析]小球在豎直圓軌道最高點的臨界速度為v=gR,此時小球的重力提供向心力,選項A錯誤,B正確;由F+mg=mv2r知,小球到達豎直圓軌道最高點的速度v=2gR時,軌道對小球的彈力等于小球的重力,選項C錯誤;由F-mg=mv2r可知,小球到達豎直圓軌道最低點時,軌道對小球的彈力應大于小球的重力5.D[解析]摩托車做勻速圓周運動,提供圓周運動的向心力是重力mg和支持力F的合力,作出受力分析圖如圖所示,設(shè)圓臺側(cè)壁與豎直方向的夾角為α,側(cè)壁對摩托車的支持力F=mgsinα不變,則摩托車對側(cè)壁的壓力不變,故選項A錯誤;向心力Fn=mgcotα,m、α不變,則向心力大小不變,故選項B錯誤.根據(jù)牛頓第二定律得Fn=m4π2T2r,h越高,則r越大,T越大,故選項C錯誤.根據(jù)牛頓第二定律得Fn=mv2r,h越高,則r越大6.C[解析]對任一小球研究,設(shè)細線與豎直方向的夾角為θ,則小球所受合力的大小為mgtanθ,根據(jù)牛頓第二定律得mgtanθ=mω2Lsinθ,解得ω=gLcosθ,對兩小球,有L1cosθ1=L2cosθ2,所以角速度相等,則1、2兩個小球轉(zhuǎn)動的角速度之比為1∶1,故7.C[解析]當物體轉(zhuǎn)到圓盤的最低點且與轉(zhuǎn)軸距離最大時,物體所受的靜摩擦力沿盤面向上達到最大,由牛頓第二定律得μmgcosθ-mgsinθ=mω2r,解得r=μcosθ-sinθω28.BD[解析]由mgtanθ=mω2htanθ(h為鋼繩延長線和轉(zhuǎn)軸的交點到游客所在水平面的距離)得hP=hQ,由h=rtanθ+Lcosθ(其中r為圓盤半徑)得,L越小,則θ越小,故θ1>θ2,與質(zhì)量無關(guān),選項B正確,C錯誤;由R=r+Lsinθ可得,RP>RQ,則vP>vQ,選項A錯誤;由向心力公式Fn=mωR2可知,質(zhì)量相等時Q的向心力一定小于P的向心力,選項D9.BD[解析]開始轉(zhuǎn)速較小時,兩物塊均靠靜摩擦力提供向心力,有Ff=mrω2,隨著轉(zhuǎn)速的增大,A所受的靜摩擦力先達到最大靜摩擦力,當繩子剛好產(chǎn)生拉力時,B受靜摩擦力作用且未達到最大靜摩擦力,隨著轉(zhuǎn)速的增大,A由繩子拉力和最大靜摩擦力的合力提供向心力,B由繩子拉力和靜摩擦力的合力提供向心力,則A受到的摩擦力不變,B受到的靜摩擦力先減小,然后反向增大,所以整個過程中A受到的靜摩擦力先增大,達到最大靜摩擦力后不變,B受到的靜摩擦力先增大后減小,再增大,故A、C錯誤,B正確;根據(jù)向心力公式Fn=mv2R,在發(fā)生相對滑動前,物塊運動的半徑是不變的,質(zhì)量也不變,隨著轉(zhuǎn)速的增大,向心力增大,而向心力就是物塊受到的合力,所以A受到的合力一直增大,故D10.C[解析]在輕桿轉(zhuǎn)動過程中,系統(tǒng)的重力勢能不變,那么系統(tǒng)的動能也不變,因此系統(tǒng)始終勻速轉(zhuǎn)動,故A、B錯誤;根據(jù)牛頓第二定律得F-2mgsinθ=man+m(-an),解得F=2mgsinθ,而輕桿受到轉(zhuǎn)軸的彈力的方向始終沿著斜面向上,故C正確,D錯誤.11.AC[解析]當轉(zhuǎn)臺的角速度比較小時,物塊只受重力、支持力和摩擦力,當細繩恰好要產(chǎn)生拉力時,有μmg=mω12lsin30°,解得ω1=2g3l,隨著轉(zhuǎn)速的增大,細繩上的拉力增大,當物塊恰好要離開轉(zhuǎn)臺時,物塊受到重力和細繩的拉力,有mgtan30°=mω22lsin30°,解得ω2=23g3l,由于ω1<3g4l<ω2,所以當ω=3g4l時,物塊與轉(zhuǎn)臺間的摩擦力不為零,故B錯誤;由于g2l<2g3l,所以當ω=g2l時,細繩的拉力為零,故A正確;由于ω1<gl<ω2,所以當ω=gl時,由牛頓第二定律得Ff+Fsin30°=mgl2lsin30°,由平衡條件得Fcos30°+