2024-2025學年高中物理第5章曲線運動7生活中的圓周運動課時分層作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGE6-課時分層作業(yè)(六)生活中的圓周運動(時間：40分鐘分值：100分)選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分)1．下列關于離心現(xiàn)象的說法中正確的是()A．當物體所受的離心力大于向心力時產(chǎn)生離心現(xiàn)象B．做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消逝時，它將做背離圓心的圓周運動C．做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消逝時，它將沿切線做直線運動D．做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消逝時，它將做曲線運動C[向心力是依據(jù)效果命名的，做勻速圓周運動的物體所須要的向心力，是它所受的某個力或幾個力的合力供應的，因此，并不是物體受向心力和離心力的作用．物體之所以產(chǎn)生離心現(xiàn)象是由于F合＝Fn＜mω2r，A錯誤；物體做勻速圓周運動時，若它所受的一切力都突然消逝，依據(jù)牛頓第肯定律，它從這時起沿切線做勻速直線運動，C正確，B、D錯誤．]2．通過閱讀課本，幾個同學對生活中的圓周運動的相識進行溝通．甲說：“洗衣機甩干衣服的道理就是利用了水在高速旋轉(zhuǎn)時會做離心運動．”乙說：“火車轉(zhuǎn)彎時，若行駛速度超過規(guī)定速度，則內(nèi)軌與車輪會發(fā)生擠壓．”丙說：“汽車過凸形橋時要減速行駛，而過凹形橋時可以較大速度行駛．”丁說：“我在游樂園里玩的吊椅轉(zhuǎn)得越快，就會離轉(zhuǎn)軸越遠，這也是利用了離心現(xiàn)象．”你認為正確的是()A．甲和乙 B．乙和丙C．丙和丁 D．甲和丁D[甲和丁所述的狀況都是利用了離心現(xiàn)象，D正確；乙所述的狀況，外軌會受到擠壓，汽車無論是過凸形橋還是凹形橋都要減速行駛，A、B、C選項均錯．]3．(多選)如圖所示，汽車以肯定的速度經(jīng)過一個圓弧形橋面的頂點時，關于汽車的受力及汽車對橋面的壓力狀況，以下說法正確的是()A．豎直方向汽車受到三個力：重力、橋面的支持力和向心力B．在豎直方向汽車可能只受兩個力：重力和橋面的支持力C．在豎直方向汽車可能只受重力D．汽車對橋面的壓力小于汽車的重力BCD[一般狀況下汽車受重力和支持力作用，且mg－FN＝meq\f(v2,r)，故支持力FN＝mg－meq\f(v2,r)，即支持力小于重力，A錯誤，B、D正確；當汽車的速度v＝eq\r(gr)時，汽車所受支持力為零，C正確．]4．飛機俯沖拉起時，飛行員處于超重狀態(tài)，此時座位對飛行員的支持力大于所受的重力，這種現(xiàn)象叫過荷．過荷過重會造成飛行員大腦貧血，四肢沉重，短暫失明，甚至昏厥．受過特地訓練的空軍飛行員最多可承受9倍重力的支持力影響．取g＝10m/s2，則當飛機在豎直平面上沿圓弧軌道俯沖速度為100m/s時，圓弧軌道的最小半徑為()A．100m B．111mC．125m D．250mC[由題意知，8mg＝meq\f(v2,R)，代入數(shù)值得R＝125m．]5．如圖所示，質(zhì)量為m的汽車保持恒定的速率運動，若通過凸形路面最高處時，路面對汽車的支持力為F1，通過凹形路面最低處時，路面對汽車的支持力為F2，重力加速度為g，則()A．F1>mg B．F1＝mgC．F2>mg D．F2＝mgC[汽車過凸形路面的最高點時，設速度為v，半徑為r，豎直方向上合力供應向心力，由牛頓其次定律得：mg－F1＝meq\f(v2,r)得：F1＜mg，故A、B項錯誤；汽車過凹形路面的最低點時，設速度為v，半徑為r，豎直方向上合力供應向心力，由牛頓其次定律得：F2－mg＝meq\f(v2,r)得：F2＞mg，故C項正確，D項錯誤．]6．(多選)在某轉(zhuǎn)彎處，規(guī)定火車行駛的速率為v0，則下列說法中正確的是()A．當火車以速率v0行駛時，火車的重力與支持力的合力方向肯定沿水平方向B．當火車的速率v>v0時，火車對外軌有向外的側(cè)向壓力C．當火車的速率v>v0時，火車對內(nèi)軌有向內(nèi)的擠壓力D．當火車的速率v<v0時，火車對內(nèi)軌有向內(nèi)側(cè)的壓力ABD[在轉(zhuǎn)彎處，火車以規(guī)定速度行駛時，在水平面內(nèi)做圓周運動，重力與支持力的合力充當向心力，沿水平面指向圓心，選項A正確．當火車的速率v>v0時，火車重力與支持力的合力不足以供應向心力，火車對外軌有向外的側(cè)向壓力；當火車的速率v<v0時，火車重力與支持力的合力大于火車所需的向心力，火車對內(nèi)軌有向內(nèi)的側(cè)向壓力，選項B、D正確，C錯誤．]7．如圖所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F作用下做勻速圓周運動，若小球到達P點時F突然發(fā)生變更，下列關于小球運動的說法正確的是()A．F突然消逝，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動B．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動C．F突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動D．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc漸漸靠近圓心A[若F突然消逝，小球所受合外力突變?yōu)榱悖瑢⒀厍芯€方向勻速飛出，A正確；若F突然變小不足以供應所需向心力，小球?qū)⒆鰸u漸遠離圓心的離心運動，B、D錯誤；若F突然變大，超過了所需向心力，小球?qū)⒆鰸u漸靠近圓心的運動，C錯誤．]8．一箱土豆在轉(zhuǎn)盤上隨轉(zhuǎn)盤以角速度ω做勻速圓周運動，如圖所示，其中一個處于中間位置的土豆質(zhì)量為m，它到轉(zhuǎn)軸的距離為R，則其他土豆對該土豆的作用力為()A．mg B．mω2RC．eq\r(m2g2－m2ω4R2) D．eq\r(m2g2＋m2ω4R2)D[土豆做勻速圓周運動，合力供應向心力，受重力和彈力，依據(jù)牛頓其次定律有：水平方向Fx＝mRω2，豎直方向Fy＝mg，故合力為：F＝eq\r(F\o\al(2,x)＋F\o\al(2,y))＝eq\r(m2g2＋m2ω4R2)，故D正確，A、B、C錯誤．故選D.]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．如圖所示為洗衣機脫水筒．在勻速轉(zhuǎn)動的洗衣機脫水筒內(nèi)壁上有一件濕衣服與圓筒一起運動，衣服相對于圓筒壁靜止，則()A．衣服受重力、彈力、壓力、摩擦力、向心力五個力作用B．洗衣機脫水筒轉(zhuǎn)動得越快，衣服與筒壁間的彈力就越小C．衣服上的水滴與衣服間的附著力不足以供應所須要的向心力時，水滴做離心運動D．衣服上的水滴與衣服間的附著力大于所需的向心力時，水滴做離心運動C[向心力是依據(jù)力的作用效果命名的，衣服所受的合外力供應向心力，且脫水筒轉(zhuǎn)動越快，所需的向心力越大，衣服與筒壁間的彈力就越大，所以A、B都不正確；衣服上的水滴與衣服間的附著力供應向心力，當附著力不足以供應所需的向心力時，水滴做離心運動，故C正確，D錯誤．]2．半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上，如圖所示．頂部有一物體A，現(xiàn)給它一個水平初速度v0＝eq\r(gR)，則物體將()A．沿球面下滑至M點B．沿球面下滑至某一點N，便離開球面做斜下拋運動C．按半徑大于R的新的圓弧軌道做圓周運動D．馬上離開半圓球做平拋運動D[設在頂部物體A受到半圓球?qū)λ淖饔昧镕，由牛頓其次定律得mg－F＝meq\f(v\o\al(2,0),R)，把v0＝eq\r(gR)代入得F＝0.說明物體只受重力作用，又因物體有水平初速度v0，故物體做平拋運動，D正確．]3．(多選)如圖所示，在高速路口的轉(zhuǎn)彎處，路面外高內(nèi)低．已知內(nèi)外路面與水平面的夾角為θ，彎道處圓弧半徑為R，重力加速度為g，當汽車的車速為v0時，恰由支持力與重力的合力供應了汽車做圓周運動的向心力，則()A．v0＝eq\r(Rgtanθ)B．v0＝eq\r(Rgsinθ)C．當該路面結(jié)冰時，v0要減小D．汽車在該路面行駛的速度v＞v0時，路面會對車輪產(chǎn)生沿斜面對下的摩擦力AD[路面的斜角為θ，以汽車為探討對象，作出汽車的受力圖，依據(jù)牛頓其次定律，得：mgtanθ＝meq\f(v\o\al(2,0),R)，解得：v0＝eq\r(Rgtanθ)，A正確，B錯誤；當路面結(jié)冰時與未結(jié)冰時相比，由于支持力和重力不變，則v0的值不變，C錯誤；車速若高于v0，所需的向心力增大，此時摩擦力可以指向內(nèi)側(cè)，增大供應的力，車輛不會向外側(cè)滑動，D正確．]4．(多選)在修筑鐵路時，彎道處的外軌會略高于內(nèi)軌．如圖所示，當火車以規(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r＝eq\f(v2,gtanθ)B．當火車質(zhì)量變更時，規(guī)定的行駛速度大小不變C．當火車速率大于v時，內(nèi)軌將受到輪緣的擠壓D．當火車速率大于v時，外軌將受到輪緣的擠壓ABD[火車拐彎時不側(cè)向擠壓車輪輪緣，靠重力和支持力的合力供應向心力，設轉(zhuǎn)彎處斜面的傾角為θ，依據(jù)牛頓其次定律得：mgtanθ＝meq\f(v2,r)，解得：r＝eq\f(v2,gtanθ)，故A正確；依據(jù)牛頓其次定律得：mgtanθ＝meq\f(v2,r)，解得：v＝eq\r(grtanθ)，可知火車規(guī)定的行駛速度與質(zhì)量無關，故B正確；當火車速率大于v時，重力和支持力的合力不能夠供應向心力，此時外軌對火車有側(cè)壓力，輪緣擠壓外軌，故C錯誤，D正確．所以A、B、D正確，C錯誤．]二、非選擇題(本題共2小題，共28分)5．(14分)如圖所示，質(zhì)量m＝2.0×104kg的汽車以不變的速領先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為60m．假如橋面承受的壓力不得超過3.0×105N(g取10m/s2)，則：(1)汽車允許的最大速率是多少？(2)若以所求速率行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少？[解析](1)汽車在凹形橋面的底部時，由牛頓第三定律可知，橋面對汽車的最大支持力FN1＝3.0×105N，依據(jù)牛頓其次定律得FN1－mg＝meq\f(v2,r)即v＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(FN1,m)－g))r)＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3.0×105,2.0×104)－10))×60)m/s＝10eq\r(3)m/s＜eq\r(gr)＝10eq\r(6)m/s故汽車在凸形橋最高點上不會脫離橋面，所以最大速率為10eq\r(3)m/s.(2)汽車在凸形橋面的最高點時，由牛頓其次定律得mg－FN2＝meq\f(v2,r)則FN2＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(v2,r)))＝2.0×104×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10－\f(300,60)))N＝1.0×105N由牛頓第三定律得，在凸形橋面最高點汽車對橋面的壓力為1.0×105N.[答案](1)10eq\r(3)m/s(2)1.0×105N6．(14分)如圖所示，一輕繩長為L，下端拴著質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點)，當球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動時，繩與豎直方向間的夾角為θ，已知重力加速度為g，求：(1)繩的拉力大小F；(2)小球運動的線速度v的大?。?3)小球運動的角速度ω及周期T.[解析](1)以球為探討對象，受力分析如圖所示，由平衡條件Fcosθ＝mg得：F＝eq\f(mg,cosθ)