2024年物理高考二輪復(fù)習(xí)水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動作業(yè)含解析

PAGE1-水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動1.近年很多電視臺推出戶外有獎沖關(guān)的嬉戲節(jié)目，如圖（俯視圖）是某臺設(shè)計的沖關(guān)活動中的一個環(huán)節(jié).要求挑戰(zhàn)者從平臺上跳到以O(shè)為轉(zhuǎn)軸的快速旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)盤上，而不落入水中.已知平臺到轉(zhuǎn)盤盤面的豎直高度為1.25m，平臺邊緣到轉(zhuǎn)盤邊緣的水平距離和轉(zhuǎn)盤半徑均為2m，轉(zhuǎn)盤以12.5r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動.轉(zhuǎn)盤邊緣間隔勻稱地固定有6個相同障礙樁，障礙樁及樁和樁之間的間隔對應(yīng)的圓心角均相等.若某挑戰(zhàn)者在如圖所示時刻從平臺邊緣以水平速度沿方向跳離平臺，把人視為質(zhì)點(diǎn)，不計樁的厚度，g取，則能穿過間隙跳上轉(zhuǎn)盤的最小起跳速度為（）A.4m/s B.5m/s C.6m/s D.7m/s2.如圖所示為賽車?yán)惖馁惖朗疽鈭D，賽道可看成水平面內(nèi)的半圓，寬度，圓心為O，和分別為賽道的內(nèi)半圓弧和外半圓弧，半圓弧的半徑.賽車從端面駛?cè)耄裳芈窂舰伲ㄙ惖纼?nèi)圓?。?、②（賽道外圓弧）或③（過b和且與賽道內(nèi)圓弧相切）做勻速圓周運(yùn)動，并從端面駛出.已知路面對賽車輪胎的最大徑向靜摩擦力為車重的1.5倍，賽車行駛過程中不打滑，重力加速度，下列說法正確的是()

A.賽車輪胎受到的徑向靜摩擦力方向沿半徑向外B.賽車沿路徑③行駛，則最大速度為C.賽車沿路徑①行駛，則通過彎道最短時間為5.1sD.賽車沿路徑②通過彎道最短時間是沿路徑①的2倍3.如圖所示,強(qiáng)度足夠的、不行伸長的輕線一端系著一個小球P,另一端套在圖釘A上,圖釘A正上方有距它h的圖釘B,兩圖釘均固定,此時小球在光滑的面積足夠大的水平平臺上做半徑為a的勻速圓周運(yùn)動.現(xiàn)拔掉圖釘A,則()A.小球接著做勻速圓周運(yùn)動B.小球做遠(yuǎn)離O的曲線運(yùn)動,直到被圖釘B拉住時小球停止運(yùn)動C.不管小球做什么運(yùn)動,直到被圖釘B拉住時小球通過的位移肯定大于hD.依據(jù)題中的已知條件能求出拔掉圖釘A瞬間到小球再次做勻速圓周運(yùn)動的時間4.兩個質(zhì)量相同的小球用長度不等的細(xì)線拴在天花板上的同一點(diǎn)并在空中同一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，如圖所示，則關(guān)于兩小球說法正確的是()A．球角速度大于球角速度B．球線速度大于球線速度C．球向心力等于球向心力D．球向心加速度小于球向心加速度5.如圖所示，一質(zhì)量為m的物塊在水平圓盤上，離圓盤中心距離為r，其與盤面間相互作用的靜摩擦力的最大值為其重力的k倍，重力加速度為g。該物塊隨圓盤一起繞豎直中心軸做勻速圓周運(yùn)動。下列說法正確的是()A.圓盤突然停止，則物塊將沿圓周運(yùn)動半徑向外滑動B.物塊與圓盤之間的摩擦力突然消逝，物塊將沿圓周運(yùn)動半徑向外滑動C.物塊與盤面間不發(fā)生相對滑動，則圓盤轉(zhuǎn)動的最大角速度是D.當(dāng)圓盤的運(yùn)動周期為時，圓盤對物塊的摩擦力大小為6.如圖所示，由豎直軸和雙臂構(gòu)成的“Y”形支架可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，雙臂與豎直軸所成銳角為θ.一個質(zhì)量為m的小球穿在一條臂上，到節(jié)點(diǎn)的距離為h，小球始終與支架保持相對靜止.設(shè)支架轉(zhuǎn)動的角速度為ω，則()A.當(dāng)時，臂對小球的摩擦力大小為B.ω由零漸漸增加，臂對小球的彈力大小增大C.當(dāng)時，臂對小球的摩擦力為零D.當(dāng)時，臂對小球的摩擦力大小為7.質(zhì)量為m的小球由輕繩a和b分別系于一輕質(zhì)細(xì)桿的A點(diǎn)和B點(diǎn)，如圖所示，繩a與水平方向成θ角，繩b在水平方向且長為，當(dāng)輕桿繞豎直軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，下列說法正確的是()A.繩a的彈力不行能為零B.繩a的彈力隨角速度的增大而增大C.當(dāng)時，繩b將出現(xiàn)彈力D.若繩b突然被剪斷，則繩a的彈力肯定發(fā)生變更8.如圖所示，水平轉(zhuǎn)盤上疊放著質(zhì)量均為1kg的兩個物塊，B物塊用長為0.25m的細(xì)線與固定在轉(zhuǎn)盤中心處的力傳感器相連，兩個物塊和傳感器的大小均可不計.細(xì)線能承受的最大拉力為8N，B與轉(zhuǎn)盤間的動摩擦因數(shù)為，間的動摩擦因數(shù)為，且可認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.轉(zhuǎn)盤可繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤靜止時，細(xì)線剛好伸直，力傳感器的讀數(shù)為零（g?。?依據(jù)以上信息，你認(rèn)為下列說法正確的是()A.A物塊隨轉(zhuǎn)盤做圓周運(yùn)動的向心力是由重力、支持力、細(xì)線的拉力、B對A的摩擦力的合力供應(yīng)的B.轉(zhuǎn)盤的角速度為4rad/s時，細(xì)線剛好有拉力C.A物塊剛要脫離B物塊時轉(zhuǎn)盤的角速度為4rad/sD.轉(zhuǎn)盤的角速度大于6rad/s時細(xì)線將被拉斷9.在修筑鐵路時，彎道處的外軌會略高于內(nèi)軌．如圖所示，當(dāng)火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)、外軌均不會受到輪緣的擠壓，設(shè)此時的速度大小為v，重力加速度為g，兩軌所在面的傾角為θ，則()A．該彎道的半徑B．當(dāng)火車質(zhì)量變更時，規(guī)定的行駛速度大小隨之變更C．當(dāng)火車速率大于v時，內(nèi)軌將受到輪緣的擠壓D．當(dāng)火車速率小于v時，內(nèi)軌將受到輪緣的擠壓10.如圖疊放在水平轉(zhuǎn)臺上的物體正隨轉(zhuǎn)臺一起以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動（沒發(fā)生相對滑動），的質(zhì)量分別為與轉(zhuǎn)臺、C與轉(zhuǎn)臺、A與B間的動摩擦因數(shù)都為離轉(zhuǎn)臺中心的距離分別為，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，以下說法正確的是（）A.B對A的摩擦力有可能為B.C與轉(zhuǎn)臺間的摩擦力小于A與B間的摩擦力C.轉(zhuǎn)臺的角速度ω有可能恰好等于D.若角速度ω在題干所述基礎(chǔ)上緩慢增大，A與B間將最先發(fā)生相對滑動11.如圖所示,在水平圓盤上放有質(zhì)量分別為m、m、2m的可視為質(zhì)點(diǎn)的三個物體A、B、C,圓盤可繞垂直圓盤的中心軸OO'轉(zhuǎn)動。三個物體與圓盤間的動摩擦因數(shù)均為μ,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。三個物體與O點(diǎn)共線且OA=OB=BC=r,現(xiàn)將三個物體用輕質(zhì)細(xì)線相連,保持細(xì)線伸直且恰無張力。當(dāng)圓盤從靜止起先轉(zhuǎn)動,角速度極其緩慢地增大,則對于這個過程,下列說法正確的是(

)A.A、B兩個物體所受的靜摩擦力同時達(dá)到最大

B.B、C兩個物體所受的靜摩擦力先增大后不變,A物體所受的靜摩擦力先增大后減小再增大

C.當(dāng)時整體會發(fā)生滑動

D.當(dāng)時,在ω增大的過程中B、C間的拉力不斷增大12.某高速馬路的一個出口路段如圖所示，情境簡化如下：轎車從出口A進(jìn)入匝道，先勻減速通過下坡路段至B點(diǎn)，再以肯定速率通過水平圓弧路段至C點(diǎn)，最終從C點(diǎn)沿平直路段勻減速運(yùn)動到D點(diǎn)停下.已知轎車在A點(diǎn)的速度，長；為四分之一水平圓弧路段，允許通過的最大速度，輪胎與段路面間的動摩擦因數(shù)，最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動摩擦力，為長的平直路段，重力加速度g取.（1）若轎車到達(dá)B點(diǎn)時速度剛好為，求轎車在下坡路段加速度的大小.（2）為保證行車平安，車輪不側(cè)滑，求水平圓弧路段半徑R的最小值.（3）求轎車從A點(diǎn)運(yùn)動到D點(diǎn)所用的最短時間.

答案以及解析1.答案：B解析：本題考查平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動的基本規(guī)律.依據(jù)下落高度，可得下落時間為，而圓盤間隙轉(zhuǎn)過直線所用時間而，即.因為，所以人要想順當(dāng)穿過水平距離為2m的間隙，必需在圓盤的間隙轉(zhuǎn)過前跳上圓盤，即起跳速度應(yīng)不小于，所以5m/s是滿意題意的最小起跳速度.2.答案：B解析：賽車輪胎受到的徑向靜摩擦力供應(yīng)向心力，方向沿半徑向里，故A錯誤；賽車沿路徑③行駛，設(shè)其軌道半徑為R，如圖所示，依據(jù)幾何關(guān)系可得，解得，依據(jù)可知，賽車做勻速圓周運(yùn)動時不打滑，則速度最大不得超過，故B正確；設(shè)賽車沿路徑①行駛的最大速度為，由牛頓其次定律得，解得，則通過彎道最短時間，故C錯誤；設(shè)賽車沿路徑②行駛的最大速度為，由牛頓其次定律得，解得，則通過彎道最短時間，故D錯誤.3.答案：C解析：小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由輕線的拉力供應(yīng),拔掉圖釘A,則輕線的拉力突然消逝,小球做離心運(yùn)動,直到被圖釘B拉住,輕線中又產(chǎn)生拉力,小球?qū)⒁愿蟮陌霃阶鰣A周運(yùn)動,A、B錯誤;小球做離心運(yùn)動,直到被圖釘B拉住,小球做離心運(yùn)動過程中半徑增大h,但由于小球沿切線方向運(yùn)動,如圖所示,所以位移肯定大于h,C正確;由圖可知,時間,由于不知道起先時小球做勻速圓周運(yùn)動的線速度,所以不能求出拔掉圖釘A瞬間到小球再次做勻速圓周運(yùn)動的時間,D錯誤.4.答案：B解析：如圖所示，對其中一個小球受力分析，重力和繩子拉力的合力供應(yīng)小球做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力。由幾何關(guān)系可知，小球所受合力為①，由向心力公式可得②，設(shè)小球與懸掛點(diǎn)的高度差為，則有③，聯(lián)立①②③三式解得，由此可知兩球的角速度相等，即,故A錯誤；由可知，兩球轉(zhuǎn)動半徑，則線速度，故B正確；可知，兩球轉(zhuǎn)動半徑和角速度相等，則向心力,故C錯誤;由可知，向心加速度，故D錯誤。5.答案：C解析：物塊隨圓盤一起繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動，須要向心力，而豎直方向物塊受到的重力、支持力不行能供應(yīng)向心力，向心力只能來源于圓盤對物塊的靜摩擦力。當(dāng)圓盤突然停止時，物塊由于慣性將沿原運(yùn)動軌跡的切線方向做直線運(yùn)動，物塊受到的靜摩擦力突變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，故物塊將做勻減速直線運(yùn)動，A錯誤；當(dāng)物塊與圓盤之間的摩擦力突然消逝時，物塊將沿運(yùn)動軌跡圓的切線方向飛出，B錯誤；當(dāng)最大靜摩擦力供應(yīng)向心力時，加速度最大，依據(jù)牛頓其次定律有，，解得，C正確；當(dāng)圓盤的運(yùn)動周期為時，物塊轉(zhuǎn)動過程中的向心加速度為，向心力由圓盤對物塊的靜摩擦力供應(yīng)，則靜摩擦力大小為，D錯誤。6.答案：BC解析：當(dāng)時，小球受到重力、支持力和摩擦力作用，處于平衡狀態(tài)，故，選項A錯誤；當(dāng)支架轉(zhuǎn)動時，設(shè)摩擦力f方向沿臂向上，則對小球，豎直方向有，水平方向有，聯(lián)立解得，，可知ω由零漸漸增加時，臂對小球的彈力增大，選項B正確；當(dāng)摩擦力為零時，解得，選項C正確；當(dāng)時，解得，選項D錯誤.7.答案：AC解析：對小球受力分析可知繩a的彈力在豎直方向的分力平衡了小球的重力，解得，為定值，A正確，B錯誤.當(dāng)，即時，繩b的彈力為零，若角速度大于該值，繩a在水平方向的分力不足以供應(yīng)小球做圓周運(yùn)動的向心力，則繩b將出現(xiàn)彈力，C正確.由于繩b可能沒有彈力，故繩b突然被剪斷，繩a的彈力可能不變，D錯誤.8.答案：CD解析：A物塊隨轉(zhuǎn)盤做圓周運(yùn)動的向心力是由重力、支持力、B對A的摩擦力的合力供應(yīng)的，A錯誤；當(dāng)B物塊與轉(zhuǎn)盤將要發(fā)生滑動時，有，解得，這時，B錯誤；當(dāng)A物塊所需的向心力大于最大靜摩擦力時，A將要脫離B物塊，此時對A物塊有，，解得，此時細(xì)線的拉力為，此時細(xì)線未斷，接下來隨著角速度的增大，A脫離B物塊，C正確；當(dāng)細(xì)線達(dá)到能承受的最大拉力8N時，A已脫離B物塊，則有，解得，D正確.9.答案：AD解析：火車轉(zhuǎn)彎時不側(cè)向擠壓軌道輪緣,靠重力和支持力的合力供應(yīng)向心力，設(shè)轉(zhuǎn)彎處斜面的傾角為θ，依據(jù)牛頓其次定律得：，解得:，故A正確：依據(jù)牛頓其次定律得,解得：，可知火車規(guī)定的行駛速度與質(zhì)量無關(guān)，故B錯誤；當(dāng)火車速率大于v時，重力和支持力的合力不夠供應(yīng)向心力，此時外軌對火車有側(cè)壓力，輪緣擠壓外軌，故C錯誤；當(dāng)火車速率小于v時，承力和支持力的合力偏大于所需的向心力，此時內(nèi)軌對火車有側(cè)壓力，輪緣擠壓D10.答案：BC解析：對整體.有;對物體C，有，對物體A，有。聯(lián)立解得：，即滿意不發(fā)生相對滑動，轉(zhuǎn)臺的角速度與B間的靜摩擦力最大值，故A錯誤，C正確；由于A與C轉(zhuǎn)動的角速度相同，由摩擦力供應(yīng)向心力，A所受摩擦力所受摩擦力，則C與轉(zhuǎn)臺間的摩擦力小于A與B間的摩擦力，故B正確；據(jù)上述分析知，最先發(fā)生相對滑動的是物體C，故D錯誤。11.答案：BCD解析：當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速增大時,靜摩擦力供應(yīng)向心力,三個物體的角速度相等,由可知,由于C的轉(zhuǎn)動半徑最大,質(zhì)量最大,故C所須要的向心力增加最快,C物體所受的靜摩擦力最先達(dá)到最大,此時,解得,當(dāng)C所受的摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力之后,B、C間細(xì)線起先供應(yīng)拉力,B所受的摩擦力增大,達(dá)到最大靜摩擦力后,A、B之間細(xì)線起先有力的作用,隨著角速度的增大,A所受的摩擦力將減小到零然后反向增大,當(dāng)A所受的摩擦力達(dá)到最大,且B、C間細(xì)線的拉力大于A、B整體的摩擦力時物體將會出現(xiàn)相對滑動,此時A與B還受到細(xì)線的拉力,對C有,對A、B整體有,解得,當(dāng)時整體會發(fā)生滑動,故A錯誤,BC正確;當(dāng)時