【同步】高中物理魯科版(2019)必修2：第3章第3節(jié)離心現(xiàn)象分層作業(yè)習(xí)題

第3節(jié)離心現(xiàn)象A級必備知識基礎(chǔ)練1.火車在拐彎時(shí),關(guān)于向心力的分析,正確的是()A.由于火車本身作用而產(chǎn)生了向心力B.主要是由于內(nèi)外軌的高度差的作用,車身略有傾斜,車身所受重力的分力產(chǎn)生了向心力C.火車在拐彎時(shí)的速率小于規(guī)定速率時(shí),內(nèi)軌將給火車側(cè)壓力,側(cè)壓力就是向心力D.火車在拐彎時(shí)的速率大于規(guī)定速率時(shí),外軌將給火車側(cè)壓力,側(cè)壓力作為火車拐彎時(shí)向心力的一部分2.(多選)下列現(xiàn)象中,利用離心現(xiàn)象的是()A.用洗衣機(jī)脫水B.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)要減速C.用離心沉淀器分離物質(zhì)D.轉(zhuǎn)動(dòng)雨傘,可以去除雨傘上的一些水3.如圖將紅、綠兩種顏色的石子放在水平圓盤上,圍繞圓盤中心擺成半徑不同的兩個(gè)同心圓圈(r紅<r綠)。圓盤在電機(jī)帶動(dòng)下由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng),角速度緩慢增加。每個(gè)石子的質(zhì)量都相同,石子與圓盤間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ均相同。下列判斷正確的是()A.綠石子先被甩出B.紅、綠兩種石子同時(shí)被甩出C.石子被甩出的軌跡一定是沿著切線的直線D.在沒有石子被甩出前,紅石子所受摩擦力大于綠石子的摩擦力4.(2022山東濟(jì)寧高一期中)在修筑鐵路時(shí),彎道處的外軌會(huì)略高于內(nèi)軌(如圖丙所示),當(dāng)火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時(shí),內(nèi)、外軌均不會(huì)受到輪緣的擠壓,設(shè)此時(shí)的速度大小為v1。在修建一些急轉(zhuǎn)彎的公路時(shí),通常也會(huì)將彎道設(shè)置成外高內(nèi)低(如圖丁所示)。當(dāng)汽車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時(shí),可不受地面的側(cè)向摩擦力,設(shè)此時(shí)的速度大小為v2,重力加速度為g,以下說法正確的是()A.火車彎道的半徑R=2B.當(dāng)火車速率大于v1時(shí),外軌將受到輪緣的擠壓C.當(dāng)汽車速率大于v2時(shí),汽車一定會(huì)向彎道外側(cè)“漂移”D.當(dāng)汽車質(zhì)量改變時(shí),規(guī)定的行駛速度v2也將改變5.(2023天津西青高一階段練習(xí))飛機(jī)由俯沖轉(zhuǎn)為上升的一段軌跡可以看成圓弧,如圖所示,如果這段圓弧的半徑r=1120m,飛行員能承受的支持力最大為自身重力的8倍,g取10m/s2,則飛機(jī)在最低點(diǎn)P的速率不得超過()A.280m/s B.300m/sC.400m/s D.500m/s6.如圖所示,公路在通過小型水庫泄洪閘的下游時(shí)常常要修建凹形路面,也叫“過水路面”。現(xiàn)有一“過水路面”的圓弧半徑為50m,一輛質(zhì)量為800kg的小汽車駛過“過水路面”。當(dāng)小汽車通過“過水路面”的最低點(diǎn)時(shí)速度為5m/s。g取10m/s2,問此時(shí)汽車對路面的壓力為N。

7.在用瀝青鋪設(shè)的高速公路上,汽車的設(shè)計(jì)時(shí)速是108km/h。汽車在這種路面上行駛時(shí),它的輪胎與地面的最大靜摩擦力等于車重的35(1)如果汽車在這種高速路的水平彎道上轉(zhuǎn)彎,假設(shè)彎道的路面是水平的,其彎道的最小半徑是多少?(2)如果高速路上設(shè)計(jì)了凸形圓弧拱橋做立交橋,要使汽車能夠以設(shè)計(jì)時(shí)速安全通過圓弧拱橋,這個(gè)圓弧拱橋的半徑至少是多少?(g取10m/s2)B級關(guān)鍵能力提升練8.在比賽中,賽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí),常常在彎道上沖出跑道,其原因是()A.賽車行駛到彎道時(shí),運(yùn)動(dòng)員未能及時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤B.賽車行駛到彎道時(shí),沒有及時(shí)加速C.賽車行駛到彎道時(shí),沒有及時(shí)減速D.在彎道處汽車受到的摩擦力比在直道上小9.(多選)如圖所示為賽車場的一個(gè)水平“梨形”賽道,兩個(gè)彎道分別為半徑R=90m的大圓弧和r=40m的小圓弧,直道與彎道相切。大、小圓弧圓心O、O'距離L=100m。賽車沿彎道路線行駛時(shí),路面對輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2.25倍。假設(shè)賽車在直道上做勻變速直線運(yùn)動(dòng),在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。要使賽車不打滑,繞賽道一圈時(shí)間最短(發(fā)動(dòng)機(jī)功率足夠大,重力加速度g取10m/s2,π=3.14),則賽車()A.在繞過小圓弧彎道后加速B.在大圓弧彎道上的速率為45m/sC.在直道上的加速度大小為5.63m/s2D.通過小圓弧彎道的時(shí)間為5.58s10.(2023山東聊城高一期中)胎壓監(jiān)測器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測汽車輪胎內(nèi)部的氣壓,在汽車上安裝胎壓監(jiān)測報(bào)警器,可以預(yù)防因汽車輪胎胎壓異常而引發(fā)的事故。一輛裝有胎壓報(bào)警器的載重汽車在高低不平的路面上勻速率行駛,其中一段路面的水平觀察視圖如圖所示,圖中虛線是水平線。經(jīng)過A處時(shí)汽車受到的支持力(選填“>”“=”或“<”)重力,經(jīng)過B處時(shí)汽車受到的支持力(選填“>”“=”或“<”)重力;經(jīng)過圖中(選填“A”或“B”)處最容易超壓報(bào)警。

11.高速列車轉(zhuǎn)彎時(shí)可認(rèn)為是在水平面做圓周運(yùn)動(dòng)。為了讓列車順利轉(zhuǎn)彎,同時(shí)避免車輪和鐵軌受損,在修建鐵路時(shí)會(huì)讓外軌高于內(nèi)軌,選擇合適的內(nèi)外軌高度差,以使列車以規(guī)定速度轉(zhuǎn)彎時(shí)所需要的向心力完全由重力和支持力的合力來提供。如圖所示,已知某段彎道內(nèi)外軌道的傾角為θ,彎道的半徑為R,重力加速度為g。(1)若質(zhì)量為m的一高速列車以規(guī)定速度通過上述彎道時(shí),求該列車對軌道的壓力大小。(2)求上述彎道的規(guī)定速度v的大小。(3)若列車在彎道上行駛的速度大于規(guī)定速度,將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象或造成什么后果(請寫出三條)?12.一輛質(zhì)量為800kg的汽車在圓弧半徑為50m的拱橋上行駛。(g取10m/s2)(1)若汽車到達(dá)橋頂時(shí)速度為v1=5m/s,汽車對橋面的壓力是多大?(2)汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時(shí),恰好對橋面沒有壓力?(3)汽車對橋面的壓力過小是不安全的,因此汽車過橋時(shí)的速度不能過大。對于同樣的車速,拱橋圓弧的半徑大些比較安全,還是小些比較安全?(4)如果拱橋的半徑增大到與地球半徑一樣大,汽車要在橋面上騰空,速度至少為多大?(已知地球半徑為6400km)

第3節(jié)離心現(xiàn)象1.D火車正常拐彎時(shí),重力和支持力的合力提供向心力,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;當(dāng)拐彎速率大于規(guī)定速率時(shí),外軌對火車有側(cè)壓力作用;當(dāng)拐彎速率小于規(guī)定速率時(shí),內(nèi)軌對火車有側(cè)壓力作用,此時(shí),火車拐彎所需的向心力是重力、支持力和側(cè)壓力的合力來提供,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。2.ACD用洗衣機(jī)脫水,是利用了離心現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)要減速,是防止離心現(xiàn)象,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。用離心沉淀器分離物質(zhì),是利用了離心現(xiàn)象,選項(xiàng)C正確。轉(zhuǎn)動(dòng)雨傘,可以去除雨傘上的一些水,是利用了離心現(xiàn)象,選項(xiàng)D正確。3.A對石子受力分析,在沒有被甩出之前,受重力、支持力、圓盤的靜摩擦力三個(gè)力的作用,靜摩擦力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有f=mω2r,當(dāng)角速度增大時(shí),兩石子所受靜摩擦力也在增大,當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力時(shí),石子將發(fā)生相對運(yùn)動(dòng),即被甩出,由題意可知綠石子的半徑大于紅石子的半徑,所以綠石子所受摩擦力大于紅石子所受摩擦力,而兩石子與圓盤的最大靜摩擦力均為fm=μmg,則可知綠石子先被甩出,選項(xiàng)A正確,B、D錯(cuò)誤;石子被甩出后,其所受合外力不等于零,而是等于圓盤對它的滑動(dòng)摩擦力,石子做離心運(yùn)動(dòng),所以軌跡是曲線,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。4.B火車轉(zhuǎn)彎時(shí)設(shè)軌道平面與水平面的夾角為θ,內(nèi)、外軌均不會(huì)受到輪緣的擠壓,受力分析如圖所示,則有F合=Fn=mgtanθ=mv12R,解得R=v12gtanθ,故A錯(cuò)誤;當(dāng)火車速率大于v1時(shí)要想火車仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng),火車速度方向變化要更快,即所需向心加速度(或所需向心力)變大,重力與支持力的合力不足以提供向心力,火車速度方向來不及變化,將做離心運(yùn)動(dòng),火車對外軌有擠壓的作用,故B正確;當(dāng)汽車速率大于v2時(shí),汽車有向彎道外側(cè)“漂移”的趨勢,汽車受到路面的摩擦力增大,如果此時(shí)合力足以提供向心力,汽車不“漂移”,故C錯(cuò)誤;根據(jù)m'gtanθ5.A飛機(jī)在最低點(diǎn)時(shí),飛行員能承受的支持力最大不得超過8mg才能保證飛行員安全,設(shè)飛機(jī)給飛行員的支持力為N,根據(jù)向心力公式有N-mg=mv2r,且N≤8mg6.解析汽車在“過水路面”的最低點(diǎn)時(shí)受力如圖所示。由牛頓第二定律得N-mg=mv2r,解得N=mg+mv2r=800×10+800×2550N答案84007.解析(1)汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎,可視為汽車做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其向心力是車與路面間的靜摩擦力提供,當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí),由向心力公式可知這時(shí)的半徑最小,有Fm=0.6mg=mv2r,由速度v=30m/s,得彎道的最小半徑為(2)汽車過拱橋,看作在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),根據(jù)向心力公式有mg-N=mv2R,為了保證安全,車對路面間的彈力N必須大于等于零,有mg≥mv2答案(1)150m(2)90m8.C賽車在水平彎道上行駛時(shí),摩擦力提供向心力,而且速度越大,需要的向心力越大,如不及時(shí)減速,當(dāng)摩擦力不足以提供向心力時(shí),賽車就會(huì)做離心運(yùn)動(dòng),沖出跑道,故選項(xiàng)C正確。9.AB如圖所示,設(shè)直道分別為AB和CD段,作BE平行OO',根據(jù)幾何知識可得BE=100m,AE=50m,AB=503m,大圓弧為勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡,速度為vA,根據(jù)牛頓第二定律,2.25mg=mvA2R,可得vA=45m/s,小圓弧各處速度為vB,2.25mg=mvB2r,可得vB=30m/s,vC=vB<vA=vD,轉(zhuǎn)過小圓弧彎道后加速,可得A、B選項(xiàng)正確;根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式a=vA2-vB210.解析汽車經(jīng)過A處時(shí),根據(jù)牛頓第二定律可得FA-mg=mv2RA,可得FA=mg+mv2RA,汽車經(jīng)過B處時(shí),根據(jù)牛頓第二定律可得mg-FB=mv2RB,可得FB=mg-mv答案><A11.解析(1)如圖所示,有Ncosθ=mg得N=mgcosθ,由牛頓第三定律知,列車對軌道的壓力大小為N'=(2)由牛頓第二定律mgtanθ=mv得v=gRtan(3)①鐵軌對車輪有指向彎道內(nèi)側(cè)的摩擦力;②將會(huì)出現(xiàn)外側(cè)車輪的輪緣對外軌有側(cè)向擠壓力(或外軌對外側(cè)車輪的輪緣有側(cè)向擠壓力);③可能造成車輪和鐵軌受損(變形),甚至出現(xiàn)列車脫軌,造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡的嚴(yán)重后果。答案(1)mgcosθ(2)gR12.解析如圖所示,汽車到達(dá)橋頂時(shí),受到重力mg和橋面對它的支持力N的作用。(1)汽車對橋面的壓力大小等于橋面對汽車的支持力N,汽車過橋時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng),重力和支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有mg-N=mv所以N=mg-mv12故汽車對橋面的壓力為7600N。(2)汽車經(jīng)過橋頂時(shí)恰好對橋面沒有壓力