新教材同步備課2024春高中物理課時(shí)分層作業(yè)7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)新人教版必修第二冊(cè)

課時(shí)分層作業(yè)(七)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)◎題組一火車轉(zhuǎn)彎1．火車在某個(gè)彎道按規(guī)定運(yùn)行速度40m/s轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)、外軌對(duì)車輪皆無(wú)側(cè)壓力。若火車在該彎道實(shí)際運(yùn)行速度為30m/s，則下列說(shuō)法正確的是()A．僅內(nèi)軌對(duì)車輪有側(cè)壓力B．僅外軌對(duì)車輪有側(cè)壓力C．內(nèi)、外軌對(duì)車輪都有側(cè)壓力D．內(nèi)、外軌對(duì)車輪均無(wú)側(cè)壓力2．汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎，地面的摩擦力已達(dá)到最大，當(dāng)汽車的速率增大為原來(lái)的2倍時(shí)，為了保證行車安全，汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑必須()A．至少增大到原來(lái)的4倍B．至少增大到原來(lái)的2倍C．至少增大到原來(lái)的2倍D．減小到原來(lái)的13．(2022·廣東廣州期中)擺式列車是集電腦、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車。當(dāng)列車轉(zhuǎn)彎時(shí)，在電腦控制下，車廂會(huì)自動(dòng)傾斜；行走在直線上時(shí)，車廂又恢復(fù)原狀，就像玩具“不倒翁”一樣。假設(shè)有一超高速擺式列車在水平面內(nèi)行駛，以360km/h的速度轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑為1km，則質(zhì)量為55kg的乘客，在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中所受到的列車給他的作用力為(重力加速度g取10m/s2)()A．550N B．1100NC．0 D．5502N◎題組二汽車過(guò)拱形橋航天器中的失重現(xiàn)象4．在航天器中工作的航天員可以自由懸浮在空中，處于失重狀態(tài)，下列分析正確的是()A．失重就是航天員不受力的作用B．失重的原因是航天器離地球太遠(yuǎn)，從而擺脫了地球引力的束縛C．失重是航天器獨(dú)有的現(xiàn)象，在地球上不可能存在失重現(xiàn)象D．正是由于引力的存在，才使航天員有可能做環(huán)繞地球的圓周運(yùn)動(dòng)5．(2022·湖北武漢期中)如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿不規(guī)整的曲面行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點(diǎn)是(汽車運(yùn)動(dòng)速率不變)()A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．d點(diǎn)6．游客乘坐過(guò)山車，在圓弧軌道最低點(diǎn)處獲得的向心加速度達(dá)到20m/s2，g取10m/s2，那么此位置座椅對(duì)游客的作用力相當(dāng)于游客重力的()A．1倍 B．2倍C．3倍 D．4倍◎題組三離心現(xiàn)象7．(2022·浙江“5＋1”聯(lián)盟期中)如圖所示是賽車比賽中的某一彎道，甲、乙、丙三條虛線為賽車過(guò)此彎道的三種賽車行駛線路，關(guān)于賽車過(guò)此彎道的說(shuō)法正確的是()A．三種賽車行駛線路過(guò)彎時(shí)的位移相同B．為獲得更大的過(guò)彎速度，應(yīng)選擇乙賽車線路C．賽車手過(guò)彎時(shí)有被向外甩的趨勢(shì)，故賽車手過(guò)彎時(shí)受到的合力指向彎道外側(cè)D．因賽車過(guò)彎時(shí)的最大摩擦力相同，故三條賽車線路的最大向心加速度相同8．如圖所示，餐桌上的水平玻璃轉(zhuǎn)盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的物品相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)靜止，則以下說(shuō)法正確的是()A．越靠近圓心的物品線速度越大B．越靠近圓心的物品加速度越小C．越靠近圓心的物品角速度越小D．越靠近圓心的物品摩擦力越小9．如圖甲所示，質(zhì)量為m(包含雪板)的運(yùn)動(dòng)員在安全速降過(guò)程獲得的最大速度為v，為了順利通過(guò)水平面上半徑為R的旗門(mén)彎道，運(yùn)動(dòng)員利用身體傾斜將雪板插入雪中。如圖乙所示，雪板A底面與水平面夾角為θ、受支持力大小為F，雪板A兩側(cè)面不受力，回轉(zhuǎn)半徑R遠(yuǎn)大于運(yùn)動(dòng)員B的身高，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣與摩擦阻力影響，下列說(shuō)法正確的是()A．F＝mgsinθ B．FC．v＝gRsinθ D．v10．一個(gè)質(zhì)量為m的物體(體積可忽略)，在半徑為R的光滑半球頂點(diǎn)處以水平速度v0運(yùn)動(dòng)，如圖所示，重力加速度為g，則下列說(shuō)法正確的是()A．若v0＝gR，則物體對(duì)半球頂點(diǎn)無(wú)壓力B．若v0＝12gR，則物體對(duì)半球頂點(diǎn)的壓力大小為C．若v0＝0，則物體對(duì)半球頂點(diǎn)的壓力大小為12D．若v0＝0，則物體對(duì)半球頂點(diǎn)的壓力為零11．隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提高，近幾年來(lái)我國(guó)的公路網(wǎng)發(fā)展迅猛。在公路轉(zhuǎn)彎處，常采用外高內(nèi)低的斜面式彎道，這樣可以使車輛經(jīng)過(guò)彎道時(shí)不必大幅減速，從而提高通行能力且節(jié)約燃料。若某處有這樣的彎道，其半徑為r＝100m，路面傾角為θ，且tanθ＝0.4，g取10m/s2。(1)求汽車的最佳通過(guò)速度，即不出現(xiàn)側(cè)向摩擦力時(shí)的速度大?。?2)若彎道處側(cè)向動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，且最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，求汽車的最大速度是多少。12．如圖所示，一雜技運(yùn)動(dòng)員騎摩托車沿一豎直圓軌道做特技表演。若摩托車運(yùn)動(dòng)的速率恒為v＝20m/s，人和車的總質(zhì)量為m＝200kg，摩托車受到的阻力是摩托車對(duì)軌道壓力的k倍，且k＝0.5。摩托車通過(guò)與圓心O在同一水平面上的B點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)牽引力恰好為零，摩托車車身的長(zhǎng)度不計(jì)，重力加速度g取10m/s2，試求：(1)運(yùn)動(dòng)員完成一次圓周運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間(π取3.14)；(2)摩托車通過(guò)最低點(diǎn)A時(shí)牽引力的大小。課時(shí)分層作業(yè)(七)12345678910AADDDCBBBA1．A[火車在彎道按規(guī)定運(yùn)行速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，重力和支持力的合力提供向心力，內(nèi)、外軌對(duì)車輪均無(wú)側(cè)壓力。若火車的運(yùn)行速度小于規(guī)定運(yùn)行速度時(shí)，重力和支持力的合力大于火車需要的向心力，火車有做近心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，內(nèi)軌對(duì)車輪產(chǎn)生側(cè)壓力，重力、支持力和內(nèi)軌的側(cè)壓力的合力提供火車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，故A項(xiàng)正確。]2．A[汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，地面對(duì)汽車的摩擦力提供汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力，根據(jù)牛頓第二定律可得fm＝mv2R，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率增大為原來(lái)的2倍時(shí)，要保證行車安全，則汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑應(yīng)至少增大為原來(lái)的4倍，汽車才不會(huì)側(cè)滑，A3．D[v＝360km/h＝100m/s，向心力Fn＝mv2r＝55×10021000N＝550N，則乘客在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中所受到的列車給他的作用力為F＝Fn2+mg2＝5504．D[航天器和航天員在太空中受到的引力提供向心力，使航天器和航天員做環(huán)繞地球的圓周運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，D正確；失重時(shí)航天員仍然受到地球引力作用，故B錯(cuò)誤；失重是普遍現(xiàn)象，任何物體只要對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受的重力，均處于失重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤。]5．D[由牛頓第二定律及向心力公式可知，汽車在a、c兩點(diǎn)，有FN＝G－mv2r＜G，即汽車在a、c兩點(diǎn)不容易發(fā)生爆胎；同理可知，汽車在b、d兩點(diǎn)，有FN＝G＋mv2r>G，即汽車在b、d兩點(diǎn)容易發(fā)生爆胎，又由題圖知b點(diǎn)所在曲線半徑大，即rb＞rd，又汽車在b、d兩點(diǎn)的速率相等，故FNb<FNd，所以在d點(diǎn)車胎受到的壓力最大，即汽車在d6．C[游客乘坐過(guò)山車在圓弧軌道最低點(diǎn)的受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得N－mg＝ma，則N＝mg＋ma＝3mg，即Nmg＝3。故選C。]7．B[由圖可以看出三種賽車行駛線路過(guò)彎時(shí)的位移不同，故A錯(cuò)誤；由題圖可知乙賽車線路的半徑最大，根據(jù)Fn＝mv2r易知，為獲得更大的過(guò)彎速度，應(yīng)選擇乙賽車線路，故B正確；賽車手過(guò)彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，故賽車手過(guò)彎時(shí)受到的合力指向彎道內(nèi)側(cè)，故C錯(cuò)誤；因賽車過(guò)彎時(shí)的最大摩擦力大小相同，故三條賽車線路的最大向心加速度大小相等，方向始終指向線路的圓心，即方向不同，故D8．B[玻璃轉(zhuǎn)盤(pán)與物品相當(dāng)于同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即角速度相等，由關(guān)系式v＝ωR可知，當(dāng)角速度相同時(shí)，線速度與半徑成正比，故A、C錯(cuò)誤；由關(guān)系式a＝ω2R可知，當(dāng)角速度相同時(shí)，加速度與半徑成正比，故B正確；由f＝mω2R可知，當(dāng)角速度相同時(shí)，靜摩擦力的大小與物品的質(zhì)量以及半徑有關(guān)，故D錯(cuò)誤。]9．B[運(yùn)動(dòng)員所受支持力的豎直分力等于重力，即Fcosθ＝mg，得F＝mgcosθ，A錯(cuò)誤，B正確；支持力的水平分力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即Fsinθ＝mv2R，得v＝gRtanθ10．A[設(shè)物體在半球頂點(diǎn)受到的支持力為FN，若v0＝gR，由mg－FN＝mv02R，得FN＝0，根據(jù)牛頓第三定律，物體對(duì)半球頂點(diǎn)無(wú)壓力，A正確；若v0＝12gR，由mg－FN′＝mv02R，得FN′＝34mg，根據(jù)牛頓第三定律，物體對(duì)半球頂點(diǎn)的壓力大小為34mg，B錯(cuò)誤；若11．解析：(1)如圖甲所示，當(dāng)汽車通過(guò)彎道時(shí)，做水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，不出現(xiàn)側(cè)向摩擦力時(shí)，汽車受到重力mg和路面的支持力N′兩個(gè)力作用，兩力的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。則有mgtanθ＝m所以v0＝grtanθ＝(2)汽車以最大速度通過(guò)彎道時(shí)的受力分析如圖乙所示。將支持力N和摩擦力f進(jìn)行正交分解，有N1＝Ncosθ，N2＝Nsinθ，f1＝fsinθ，f2＝fcosθ所以有mg＋f1＝N1，N2＋f2＝F向，且f＝μN(yùn)由以上各式可解得向心力為F向＝tanθ根據(jù)F向＝mv2r可得v＝155答案：(1)20m/s(2)155m/s12．解析：(1)根據(jù)題意可