
1.下列說法正確的是( )
A.物體做圓周運(yùn)動,它所受的合力方向一定指向圓心
B.物體做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力大小必定與線速度的平方成正比
C.物體只要受到垂直于初速度方向的恒力作用,就一定能做勻速圓周運(yùn)動
D.物體做勻速圓周運(yùn)動的速度方向在時刻改變,故勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動
2.甲、乙兩名溜冰運(yùn)動員,m甲=80 kg,m乙=40 kg,面對面拉著彈簧測力計做圓周運(yùn)動的溜冰表演,如圖所示.兩人相距0.9 m,彈簧測力計的示數(shù)為9.2 N,下列判斷中正確的是( )
A.兩人的線速度相同,約為40 m/s
B.兩人的角速度相同,為5 rad/s
C.兩人的運(yùn)動半徑相同,都是0.45 m
D.兩人的運(yùn)動半徑不同,甲為0.3 m,乙為0.6 m
3.在光滑桿上穿著兩個小球m1、m2,且m1=2m2,用細(xì)線把兩球連起來,當(dāng)盤架勻速轉(zhuǎn)動時,兩小球剛好能與桿保持無相對滑動,如圖所示,此時兩小球到轉(zhuǎn)軸的距離r1與r2之比為
A.1∶1B.1∶C.2∶1D.1∶2
4.如圖,在豎直平面內(nèi),滑到ABC關(guān)于B點(diǎn)對稱,且A、B、C三點(diǎn)在同一水平線上.若小滑塊第一次由A滑到C,所用的時間為t1,第二次由C滑到A,所用時間為t2,小滑塊兩次的初速度大小相同且運(yùn)動過程始終沿著滑道滑行,小滑塊與滑道的動摩擦因數(shù)恒定,則( )
A.t1<t2B.t1=t2C.t1>t2D.無法比較t1、t2的大小
5.如圖所示,一傾斜的勻質(zhì)圓盤垂直于盤面的固定對稱軸以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動,盤面上離轉(zhuǎn)軸距離2.5m處有一小物體與圓盤始終保持相對靜止,物體與盤面間的動摩擦因數(shù)為.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),盤面與水平面間的夾角為30°,g取10m/s2.則ω的最大值是( )
A.rad/sB.rad/sC.1.0rad/sD.0.5rad/s
6.如圖所示,旋轉(zhuǎn)秋千中的兩個座椅A、B質(zhì)量相等,通過相同長度的纜繩懸掛在旋轉(zhuǎn)圓盤上.不考慮空氣阻力的影響,當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤繞豎直的中心軸勻速轉(zhuǎn)動時,下列說法正確的是
A.A的速度比B的大
B.A與B的向心加速度大小相等
C.懸掛A、B的纜繩與豎直方向的夾角相等
D.懸掛A的纜繩所受的拉力比懸掛B的小
7.如圖所示,長為的細(xì)繩的一端固定于點(diǎn),另一端系一個小球,在點(diǎn)的正下方釘一個光滑的釘子,小球從一定高度擺下.當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時,釘子的位置距小球,則細(xì)繩碰到釘子前、后( )
A.繩對小球的拉力之比為
B.小球所受合外力之比為
C.小球做圓周運(yùn)動的線速度之比為
D.小球做圓周運(yùn)動的角速度之比為
8.如圖所示,汽車車廂頂部懸掛一個輕質(zhì)彈簧,彈簧下端拴一個質(zhì)量為m的小球,當(dāng)汽車以某一速度在水平地面上勻速行駛時彈簧長度為L1;當(dāng)汽車以同一速度勻速率通過一個橋面為圓弧形凸形橋的最高點(diǎn)時,彈簧長度為L2,下列答案中正確的是( )
A.B.C.D.前三種情況均有可能
9.單梁懸掛起重機(jī)(行車)可簡化為如圖的模型,滑輪O處于水平橫梁AB上,長為L的鋼絲繩一端固定在滑輪的中心軸上,下端連接一電磁鐵,電磁鐵對鐵塊的最大引力為F,現(xiàn)用該行車運(yùn)送一鐵塊,滑輪與鐵塊一起向右勻速運(yùn)動,當(dāng)O到AB上的P點(diǎn)時被制動立即停止,鐵塊開始擺動但不掉落,將滑輪、電磁鐵與鐵塊視為質(zhì)點(diǎn),下列說法正確的是
A.只要鐵塊的重量不大于F,鐵塊就可以被安全運(yùn)輸
B.若運(yùn)輸速度為v,該行車能運(yùn)輸鐵塊的最大質(zhì)量為
C.若運(yùn)輸速度為,該行車能運(yùn)輸鐵塊的最大質(zhì)量為
D.若鐵塊的質(zhì)量為M,該行車運(yùn)輸?shù)淖畲笏俣葹?br>10.在云南省某些地方到現(xiàn)在還要依靠滑鐵索過江,若把這滑鐵索過江簡化成如圖所示的模型,鐵索的兩個固定點(diǎn)A、B在同一水平面內(nèi),A、B間的距離為L=80 m,鐵索的最低點(diǎn)離A、B連線的垂直距離為H=8 m,若把鐵索看做是圓弧,已知一質(zhì)量m=52 kg的人借助滑輪(滑輪質(zhì)量不計)滑到最低點(diǎn)時的速度為10 m/s,那么( )
A.人在整個鐵索上的運(yùn)動可看成是勻速圓周運(yùn)動
B.可求得鐵索的圓弧半徑為100 m
C.人在滑到最低點(diǎn)時,滑輪對鐵索的壓力為570 N
D.人在滑到最低點(diǎn)時,滑輪對鐵索的壓力為50 N
11.如圖兩段長均為L的輕質(zhì)線共同系住一個質(zhì)量為m的小球,另一端分別固定在等高的A、B兩點(diǎn),A、B兩點(diǎn)間距也為L,今使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動,當(dāng)小球到達(dá)最高點(diǎn)時速率為v,兩段線中張力恰好均為零,若小球到達(dá)最高點(diǎn)時速率為2v,則此時每段線中張力大小為( )
A.3mgB.C.2mgD.
12.如圖所示,半徑為r的圓筒,繞豎直中心軸OO′旋轉(zhuǎn),小物塊a靠在圓筒的內(nèi)壁上,它與圓筒內(nèi)壁間的動摩擦因數(shù)為μ,最大靜摩擦與動摩擦相同現(xiàn)要使a不下落,則圓筒轉(zhuǎn)動的角速度ω至少為( )
A.B.C.D.
二、解答題
13.質(zhì)量的小球被細(xì)線拴住,此時線長,當(dāng)拉力為時細(xì)線就會被拉斷。小球從圖示位置由靜止釋放,達(dá)到最低位置時速度。在最低位置時小球距離水平地面的高度,求:(重力加速度g取,cs 37°=0.8,sin 37°=0.6)
(1)當(dāng)時,求小球運(yùn)動到最低點(diǎn)時細(xì)線上的拉力;
(2)改變角的大小和細(xì)線的長度,使小球恰好在最低點(diǎn)時,細(xì)線斷裂,小球落地點(diǎn)到地面上P點(diǎn)的距離最大時,求細(xì)線的長度L。(P點(diǎn)在懸點(diǎn)的正下方)
14.如圖所示,兩小球P、Q用不可伸長的細(xì)線連接,分別穿在水平粗糙細(xì)桿和豎直光滑細(xì)桿上,球P的質(zhì)量為m=0.1kg,球Q的質(zhì)量為M=0.3kg,兩球均可視為質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)整個裝置以豎直桿為軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時,兩金屬球始終與桿在圖示位置保持相對靜止,已知球P與豎直桿之間距離為L1=0.75m,細(xì)線長度為L=1.25m,球P與水平桿之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度g=10m/s2。求ω的取值范圍。
15.第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動會將于2022年在中國北京和張家口舉行。如圖所示為簡化后的雪道示意圖,運(yùn)動員一定的初速度從半徑R=10m的圓弧軌道AB末端水平飛出,落在傾角為的斜坡上,已知運(yùn)動員到B點(diǎn)時對軌道的壓力是其重力的5倍,重力加速度g取10m/s2,不計空氣阻力。求:
(1)運(yùn)動員到B點(diǎn)時的速度;
(2)運(yùn)動員在斜坡上的落點(diǎn)距B點(diǎn)的距離。
16.如圖所示,圓心角的水平圓彎道連接兩平直公路。一質(zhì)量的小轎車沿路線(圖中虛線所示)運(yùn)動,為直線,A、B間距離,為圓弧,半徑。轎車到達(dá)A點(diǎn)之前以的速度沿直公路行駛,司機(jī)看到彎道限速標(biāo)志后,為安全通過彎道,從A點(diǎn)開始以的加速度勻減速運(yùn)動至B點(diǎn),此后轎車保持B點(diǎn)的速率沿圓弧運(yùn)動至C點(diǎn),求:
(1)轎車在段運(yùn)動所受的合力大??;
(2)轎車從B到C過程的平均速度。
三、填空題
17.如圖所示,在輪B上固定一同軸小輪A,輪B通過皮帶帶動輪C,皮帶和兩輪之間沒有滑動,A、B、C三輪的半徑依次為r1、r2和r3.繞在A輪上的繩子,一端固定在A輪邊緣上,另一端系有重物P,當(dāng)重物P以速度v勻速下落時,C輪轉(zhuǎn)動的角速度__________
18.一個做勻速圓周運(yùn)動的物體,若半徑保持不變,當(dāng)它的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍時,它的線速度將變?yōu)樵瓉淼腳______倍,它所受到的向心力將變?yōu)樵瓉淼腳______倍,若線速度不變,當(dāng)它的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,它的軌道半徑將變?yōu)樵瓉淼腳______倍.
19.某同學(xué)利用向心力演示器探究影響向心力大小的因素。
(1)該實(shí)驗所采用的研究方法是__________。
(2)該同學(xué)在某次實(shí)驗過程中,皮帶帶動的兩個變速塔輪的半徑相同,將兩個完全相同的小球如圖所示放置,可判斷該同學(xué)是在研究________。
A.向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系 B.向心力與角速度之間的關(guān)系
C.向心力與線速度之間的關(guān)系 D.向心力與半徑之間的關(guān)系
20.如圖所示的傳動裝置中,B、C兩輪固定在一起繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,A、B兩輪用皮帶傳動,三輪半徑關(guān)系為rA=rC=2rB.若皮帶不打滑,則A、B、C輪邊緣的a、b、c三點(diǎn)的角速度之比為 _________;線速度之比為 _______.加速度之比_____________ .
參考答案
1.D
【詳解】
A.物體做勻速圓周運(yùn)動,所受合力一定指向圓心,當(dāng)做變速圓周運(yùn)動時,合力不指向圓心,A錯誤;
B.根據(jù)
可知,當(dāng)半徑一定時,向心力與線速度的平方成正比,B錯誤;
C.物體做勻速圓周運(yùn)動時由合外力提供向心力,合外力的大小不變,方向時刻改變,所以在恒力作用下,物體不可能做勻速圓周運(yùn)動,C錯誤;
D.無論是物體速度的大小變了,還是速度的方向變了,都說明速度是變化的,都是變速運(yùn)動,做勻速圓周運(yùn)動的速度方向在時刻改變,所以勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動,D正確。
故選D。
2.D
【詳解】
彈簧秤對甲、乙兩名運(yùn)動員的拉力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律得:M甲R甲ω甲2=M乙R乙ω乙2=9.2N ;由于甲、乙兩名運(yùn)動員面對面拉著彈簧秤做圓周運(yùn)動的溜冰表演,所以ω甲=ω乙.則R甲=0.3m,R乙=0.6m.由于v=Rω,知兩人的線速度不等.根據(jù)F=M甲R甲ω甲2,解得:.故D正確,ABC錯誤.
3.D
【詳解】
兩個小球m1、m2繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,具有相同的角速度,并且都是由細(xì)繩的拉力提供向心力,則有
解得
所以D正確;ABC錯誤;
故選D。
4.A
【詳解】
解:在AB段,由牛頓第二定律得:mg﹣F=m,滑塊受到的支持力:F=mg﹣m,則速度v越大,滑塊受支持力F越小,摩擦力f=μF就越小,
在BC段,由牛頓第二定律得:F﹣mg=m,滑塊受到的支持力:F=mg+m,則速度v越大,滑塊受支持力F越大,摩擦力f就越大,
由題意知從A運(yùn)動到C相比從C到A,在AB段速度較大,在BC段速度較小,所以從A到C運(yùn)動過程受摩擦力較小,用時短,故A正確,BCD錯誤;
故選A.
【點(diǎn)評】本題考查了比較滑塊運(yùn)動時間關(guān)系,分析清楚滑塊的運(yùn)動過程、應(yīng)用牛頓第二定律與摩擦力公式即可正確解題.
5.C
【詳解】
試題分析:隨著角速度的增大,小物體最先相對于圓盤發(fā)生相對滑動的位置為轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時,此時對小物體有,解得,此即為小物體在最低位置發(fā)生相對滑動的臨界角速度,故選C.
6.D
【詳解】
根據(jù)A、B座椅同軸轉(zhuǎn)動可推知它們轉(zhuǎn)動的角速度相等,結(jié)合v=ωr可推知A、B速度的關(guān)系,再根據(jù)a=ωr2及A、B圓周運(yùn)動半徑關(guān)系可推知向心加速度的大小關(guān)系,由F向=ma向及拉力與重力、向心力的關(guān)系可推知A、B纜繩的拉力大小.
因為兩座椅A、B均繞著圓盤軸做圓周運(yùn)動,故角速度ωA=ωB,假設(shè)圓盤轉(zhuǎn)動的角速度很大,則A、B均會被甩起來,由于繩長相等,不難推出A做圓周運(yùn)動的半徑小于B的半徑,由v=ωr可知A的速度比B的小,故A錯誤;又由a=ωr2知,A的向心加速度一定小于B的向心加速度,故B項錯誤;由F向=ma向,可知FA向<FB向,對座椅進(jìn)行受力分析,如圖所示:拉力和重力的合力提供A、B做圓周運(yùn)動的向心力,則有F向=mgsinθ,可知懸掛A的纜繩與豎直方向的夾角比B小,故C錯誤;再由,可知懸掛A的纜繩所受的拉力比懸掛B的小,故D項正確.
7.B
【詳解】
細(xì)繩與釘子相碰前后線速度大小不變,即線速度之比為1:1,半徑變小,根據(jù)v=ωr得知,角速度之比1:4,故CD錯誤.根據(jù)F合=F-mg=m,則合外力之比為1:4,選項B正確;拉力F=mg+m,可知拉力之比,選項A錯誤;故選B.
點(diǎn)睛:解決本題的關(guān)鍵是抓住細(xì)繩碰到釘子前后轉(zhuǎn)動半徑的變化,線速度大小不變,再由向心力公式分析繩子上的拉力變化.
8.A
【詳解】
當(dāng)汽車在水平面上做勻速直線運(yùn)動時,設(shè)彈簧原長為L0,勁度系數(shù)為k,根據(jù)平衡得:,解得 ①,當(dāng)汽車以同一速度勻速率通過一個橋面為圓弧形凸形橋的最高點(diǎn)時,由牛頓第二定律得:,解得: ②;①②兩式比較可得:L1>L2;故選A.
【點(diǎn)睛】本題中關(guān)鍵要結(jié)合物體的運(yùn)動情況進(jìn)行受力分析,才能得到明確的結(jié)論.
9.B
【詳解】
A、滑輪停止后鐵塊做圓周運(yùn)動,那么在滑輪停止的瞬間,由 ,所以鐵塊的重量應(yīng)該小于F,故A錯誤;
B、若運(yùn)輸速度為v,由 可知 ,故B正確;
C、若運(yùn)輸速度為,由可知該行車能運(yùn)輸鐵塊的最大質(zhì)量 ,故C錯誤;
D、若鐵塊的質(zhì)量為M,由可知該行車運(yùn)輸?shù)淖畲笏俣葹?,故D錯誤;
故選B
點(diǎn)睛:本題考查了向心力公式,利用向心力公式結(jié)合繩子的最大彈力求鐵塊的最大質(zhì)量及最大速度.
10.C
【詳解】
A、人借助滑輪下滑過程中重力做功,速度大小是變化的,所以人在整個繩索上運(yùn)動不能看成勻速圓周運(yùn)動,故A錯誤.
B、設(shè)繩索的圓弧半徑為r,則由幾何知識得:,代入解得,,故B錯誤;
C、對人研究:根據(jù)牛頓第二定律得:,得到,代入解得人在滑到最低點(diǎn)時繩索對人支持力,根據(jù)牛頓第三定律得知,人在滑到最低點(diǎn)時對繩索的壓力為,故C正確,D錯誤.
點(diǎn)睛:人借助滑輪下滑過程中,根據(jù)速度是否變化,判斷人是否做勻速圓周運(yùn)動,由幾何知識求出圓弧的半徑,人在滑到最低點(diǎn)時由重力和繩索的合力提供向心力,根據(jù)牛頓運(yùn)動定律求出人在滑到最低點(diǎn)時對繩索的壓力,并分析人處于超重還是失重狀態(tài).
11.B
【解析】
試題分析:小球在最高點(diǎn)繩子張力為零,靠重力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律求出小球在最高點(diǎn)速率為2v時,兩段繩子拉力的合力,從而根據(jù)力的合成求出每段繩子的張力大?。?br>當(dāng)小球到達(dá)最高點(diǎn)速率為v,有,當(dāng)小球到達(dá)最高點(diǎn)速率為2v時,應(yīng)有,所以,此時最高點(diǎn)各力如圖所示,所以,B正確.
12.C
【詳解】
要使A不下落,則小物塊在豎直方向上受力平衡,有:f=mg,當(dāng)摩擦力正好等于最大摩擦力時,圓筒轉(zhuǎn)動的角速度ω取最小值,筒壁對物體的支持力提供向心力,根據(jù)向心力公式得:N=mω2r,而f=μN(yùn),聯(lián)立以上三式解得: ,故C正確.故選C.
【點(diǎn)睛】物體在圓筒內(nèi)壁做勻速圓周運(yùn)動,向心力是由筒壁對物體的支持力提供的.而物體放在圓盤上隨著圓盤做勻速圓周運(yùn)動時,此時的向心力是由圓盤的靜摩擦力提供的.
13.(1)14N;(2)2.75m
【詳解】
(1)設(shè)β=37°時,小球運(yùn)動到最低點(diǎn)時細(xì)線上的拉力大小為F1,由牛頓第二定律得
①
由題意并代入數(shù)據(jù)解得
②
(2)根據(jù)(1)題分析可知,當(dāng)小球質(zhì)量一定時,小球運(yùn)動到最低點(diǎn)時對細(xì)線的拉力大小只與β有關(guān),設(shè)當(dāng)β=β1時細(xì)線恰好斷裂,則有
③
④
細(xì)線斷裂后小球做平拋運(yùn)動,設(shè)經(jīng)時間t小球落地,則小球的水平位移大小為
⑤
豎直位移大小為
⑥
聯(lián)立③④⑤⑥可得
⑦
根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知當(dāng)時x有最大值。
14.
【詳解】
設(shè)細(xì)線與豎直方向的夾角為θ,由幾何知識可得
設(shè)繩子的拉力大小為T,對Q根據(jù)平衡條件可得
P在豎直方向上受力平衡,可得其所受水平細(xì)桿的支持力大小為
N=mg+ Tcsθ= (M+ m)g
當(dāng)ω取最小值ω1時,P所受摩擦力方向水平向右,根據(jù)牛頓第二定律可得
解得
當(dāng)ω取最小值ω2時,P所受摩擦力方向水平向左,同理可得
解得
故ω的取值范圍是
15.(1)20m/s;(2)75m
【詳解】
(1)運(yùn)動員在B點(diǎn),有
解得
20m/s
(2)根據(jù)平拋知識,有
解得
3s
運(yùn)動員落到斜坡處距B點(diǎn)的距離
16.(1);(2),方向由
【詳解】
(1)設(shè)轎車在B的速度為v,從,由運(yùn)動學(xué)公式
在圓彎道上,由牛頓第二定律
代入數(shù)據(jù)得
(2)從,由幾何關(guān)系得轎車的位移
轎車從B到C運(yùn)動的時間
由公式得
,方向由
17.
【詳解】
A輪與重物P相連,當(dāng)重物P以速率v勻速下落時,A輪的線速度為
AB共軸,則角速度相等,根據(jù) 可知
因為B輪和C輪是皮帶傳動,皮帶傳動的特點(diǎn)是兩輪與皮帶接觸點(diǎn)的線速度的大小與皮帶的線速度大小相同
在根據(jù)可求得
點(diǎn)睛:要求線速度之比需要知道三者線速度關(guān)系:B、C兩輪是皮帶傳動,皮帶傳動的特點(diǎn)是皮帶和輪子接觸點(diǎn)的線速度的大小相同,A、B兩輪是軸傳動,軸傳動的特點(diǎn)是角速度相同,A輪與重物P通過繩子相連,線速度相等.
18.4 16
【詳解】
據(jù);一個做勻速圓周運(yùn)動的物體,若半徑保持不變,當(dāng)它的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍時,它的線速度將變?yōu)樵瓉淼?倍。
據(jù);一個做勻速圓周運(yùn)動的物體,若半徑保持不變,當(dāng)它的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍時,它所受到的向心力將變?yōu)樵瓉淼?6倍。
據(jù),可得;若線速度不變,當(dāng)它的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,它的軌道半徑將變?yōu)樵瓉淼谋丁?br>19.控制變量法 D
【詳解】
(1)本實(shí)驗通過控制變量法探究影響向心力大小的因素。
(2)由圖可知,兩個小球完全相同,放置的位置到變速塔輪的距離不同,故可知該同學(xué)是在研究向心力與半徑之間的關(guān)系,故ABC錯誤,D正確。
故選D。
20.1∶2∶2 1∶1∶2 1∶2∶4
【詳解】
A、B兩輪用皮帶傳動,則;,據(jù)得;據(jù)得.B、C兩輪固定在一起繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,則;,據(jù)得;據(jù)得.
綜上,,
點(diǎn)睛:同軸傳動:被動輪和主動輪的中心在同一根轉(zhuǎn)軸上,主動輪轉(zhuǎn)動使軸轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動從動輪轉(zhuǎn)動,兩輪等轉(zhuǎn)速及角速度.皮帶傳動:兩轉(zhuǎn)輪在同一平面上,皮帶繃緊與兩輪相切,主動輪轉(zhuǎn)動使皮帶動進(jìn)而使從動輪轉(zhuǎn)動,兩輪邊緣線速度相等。
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