第二章  勻速圓周運(yùn)動(dòng) 一、選擇題1.一輛運(yùn)輸西瓜的小汽車(可視為質(zhì)點(diǎn)),以大小為v的速度經(jīng)過(guò)一座半徑為R的拱形橋.在橋的最高點(diǎn),其中一個(gè)質(zhì)量為m的西瓜A(位置如圖所示)受到周圍的西瓜對(duì)它的作用力的大小為(  )A.mg   B.C.mg D.mg2.如圖所示,有一質(zhì)量為M的大圓環(huán),半徑為R,被一輕桿固定后懸掛在O點(diǎn),有兩個(gè)質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn)),同時(shí)從大環(huán)兩側(cè)的對(duì)稱位置由靜止滑下.兩小環(huán)同時(shí)滑到大環(huán)底部時(shí),速度都為v,則此時(shí)大環(huán)對(duì)輕桿的拉力大小為(  )A.(2m2M)g   B.MgC.2mMg   D.2mMg3.如圖所示,用水平傳送帶傳送一質(zhì)量為m的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn)),A為終端皮帶輪,已知皮帶輪半徑為r,傳送帶與皮帶輪間不會(huì)打滑。當(dāng)小物體可被水平拋出時(shí),A輪每秒的轉(zhuǎn)速最小是(  )A  BC  D4.半徑為R的大圓盤(pán)以角速度ω旋轉(zhuǎn),如圖所示,有人在盤(pán)邊P點(diǎn)上隨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),他想用槍擊中圓盤(pán)中心的目標(biāo)O,若子彈速度為v0,(  )。A.槍?xiě)?yīng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)O射擊B.槍?xiě)?yīng)向PO右方偏過(guò)θ角射擊,cos θ=C.槍?xiě)?yīng)向PO左方偏過(guò)θ角射擊,tan θ=D.槍?xiě)?yīng)向PO左方偏過(guò)θ角射擊,sin θ=5.長(zhǎng)為L的細(xì)繩,一端系一質(zhì)量為m的小球,另一端固定于某點(diǎn),當(dāng)繩豎直時(shí)小球靜止,再給小球一水平初速度v0,使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),并且剛好能過(guò)最高點(diǎn)。下列說(shuō)法中正確的是(  )。A.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速度為零B.小球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)繩對(duì)小球的拉力為mC.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)繩對(duì)小球的拉力為mgD.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為6.用材料和粗細(xì)相同、長(zhǎng)短不同的兩段繩子,各拴一個(gè)質(zhì)量相同的小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),那么(  )。A.兩個(gè)球以相同的線速度運(yùn)動(dòng)時(shí),長(zhǎng)繩易斷B.兩個(gè)球以相同的角速度運(yùn)動(dòng)時(shí),長(zhǎng)繩易斷C.兩個(gè)球以相同的角速度運(yùn)動(dòng)時(shí),短繩易斷D.不管怎樣,都是短繩易斷7.蕩秋千是兒童喜愛(ài)的游戲,秋千從P點(diǎn)向Q點(diǎn)蕩的過(guò)程中,經(jīng)過(guò)E點(diǎn)時(shí)小孩所受合力方向可能是圖中的(  )。A.豎直向下的1方向B.沿切線的2方向C.3方向D.指向圓心的4方向8.有一棵大樹(shù)將要被伐倒的時(shí)候,有經(jīng)驗(yàn)的伐木工人就會(huì)雙眼緊盯樹(shù)梢,根據(jù)樹(shù)梢的運(yùn)動(dòng)情形就能判斷大樹(shù)正在朝哪個(gè)方向倒下,從而避免被倒下的大樹(shù)砸傷。從物理知識(shí)的角度來(lái)解釋,以下說(shuō)法正確的是(  )A.樹(shù)木開(kāi)始倒下時(shí),樹(shù)梢的角速度最大,易于判斷B.樹(shù)木開(kāi)始倒下時(shí),樹(shù)梢的線速度最大,易于判斷C.樹(shù)木開(kāi)始倒下時(shí),樹(shù)梢的周期較大,易于判斷D.伐木工人的經(jīng)驗(yàn)缺乏科學(xué)依據(jù) 9(多選)在水平鐵路軌道轉(zhuǎn)彎處,往往使外軌略高于內(nèi)軌,這是為了(  )A.減小火車輪緣對(duì)外軌的擠壓B.減小火車輪緣對(duì)內(nèi)軌的擠壓C.使火車車身傾斜,利用重力和支持力的合力提供轉(zhuǎn)彎所需的向心力D.限制火車向外脫軌10(多選)如圖所示光滑軌道上,小球滑下經(jīng)平直部分沖上圓弧部分的最高點(diǎn)A時(shí),對(duì)圓弧的壓力為mg,已知圓弧的半徑為R,則(  )A.在最高點(diǎn)A,小球受重力和向心力B.在最高點(diǎn)A,小球受重力和圓弧的壓力C.在最高點(diǎn)A,小球的速度為D.在最高點(diǎn)A,小球的向心加速度為2g11(多選)如圖所示,一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐筒的軸線垂直于水平面,圓錐筒固定不動(dòng),有兩個(gè)質(zhì)量相同的小球AB緊貼著內(nèi)壁分別在圖中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是(  )。A.A的線速度必定大于球B的線速度B.A的角速度必定小于球B的角速度C.A的運(yùn)動(dòng)周期必定小于球B的運(yùn)動(dòng)周期D.A對(duì)筒壁的壓力必定大于球B對(duì)筒壁的壓力 二、非選擇題12.某同學(xué)利用如圖所示的向心力演示器定量探究勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F跟小球質(zhì)量m、轉(zhuǎn)速n和運(yùn)動(dòng)半徑r之間的關(guān)系。(1)為了單獨(dú)探究向心力跟小球質(zhì)量的關(guān)系,必須用    法。 (2)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄可以使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),槽內(nèi)的球隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。這時(shí)我們可以看到彈簧測(cè)力筒上露出標(biāo)尺,通過(guò)標(biāo)尺上紅白相間等分格數(shù),即可求得兩個(gè)球所受的    。 (3)該同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到如下表的數(shù)據(jù):次數(shù)球的質(zhì)量m/g轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r/cm轉(zhuǎn)速n/(r·s-1)向心力大小F/紅格數(shù)114.015.0012228.015.0014314.015.0028414.030.0014 根據(jù)以上數(shù)據(jù),可歸納概括出向心力F跟小球質(zhì)量m、轉(zhuǎn)速n和運(yùn)動(dòng)半徑r之間的關(guān)系是              (文字表述)。 (4)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題有:        (寫(xiě)出一點(diǎn)即可)。 13.物理興趣小組的陽(yáng)陽(yáng)同學(xué)為了測(cè)玩具電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,設(shè)計(jì)如圖1所示的裝置。鋼質(zhì)L形直角架豎直桿穿過(guò)帶孔輕質(zhì)薄硬板,然后與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相固連,水平橫梁末端與輕細(xì)繩上端拴接,繩下端拴連一小鋼球,測(cè)量?jī)x器只有直尺。實(shí)驗(yàn)前細(xì)繩豎直,小球靜止,薄板在小球下方,用直尺測(cè)出水平橫梁的長(zhǎng)度d=4.00 cm?,F(xiàn)接通電源,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),待小球穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),緩慢上移薄板,恰觸碰到小球時(shí),停止移動(dòng)薄板,用鉛筆在豎直桿上記下薄板的位置,在薄板上記錄下觸碰點(diǎn),最后測(cè)量出薄板到橫梁之間的距離h=20.00 cm,觸碰點(diǎn)到豎直桿的距離r=20.00 cm,如圖2所示。(1)為了實(shí)驗(yàn)更精確,上移薄板時(shí)要求薄板始終保持    。 (2)重力加速度用g表示,利用測(cè)得的物理量,可得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為n=    (d,h,r,g表示),用測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算得n=    r/s(計(jì)算時(shí)取π2=g,最后結(jié)果取3位有效數(shù)字)。  14.有一種叫飛椅的游樂(lè)項(xiàng)目,示意圖如圖所示。長(zhǎng)為L的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣。轉(zhuǎn)盤(pán)可繞穿過(guò)其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),鋼繩與轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一豎直平面內(nèi),與豎直方向的夾角為θ。不計(jì)鋼繩的重力,求轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω與夾角θ的關(guān)系。             15.如圖所示,一個(gè)小球質(zhì)量為m,從半徑為R的光滑圓形管內(nèi)的頂部A點(diǎn)水平飛出,恰好又從管口B點(diǎn)射入管內(nèi),已知O為圓心,且OB水平,OA豎直,則:(1)小球在A點(diǎn)對(duì)上側(cè)管壁有彈力作用還是對(duì)下側(cè)管壁有彈力作用?作用力多大?(2)若要使小球?qū)ι蟼?cè)管壁彈力大小等于重力,則小球在A點(diǎn)的速度應(yīng)為多少?(重力加速度為g)    16.如圖所示,豎直平面內(nèi)固定有一半徑R1 m光滑圓軌道AB和一傾角為45°且高H5 m的斜面CD,二者間通過(guò)一水平光滑平臺(tái)BC相連,B點(diǎn)為圓軌道最低點(diǎn)與平臺(tái)的切點(diǎn)。現(xiàn)將質(zhì)量為m的一小球從圓軌道A點(diǎn)正上方h(h大小可調(diào))由靜止釋放,已知重力加速度g10 m/s2,且小球在A點(diǎn)時(shí)對(duì)圓軌道的壓力總比在最低點(diǎn)B時(shí)對(duì)圓軌道的壓力小3mg。(1)h0,求小球在B點(diǎn)的速度大??;(2)h0.8 m,求小球落點(diǎn)到C點(diǎn)的距離;(結(jié)果可用根式表示)(3)若在斜面中點(diǎn)豎直立一擋板,使得無(wú)論h為多大,小球不是越不過(guò)擋板,就是落在水平地面上,則擋板的最小長(zhǎng)度l為多少?   17.如圖所示,半徑為R的半球形陶罐,固定在可以繞豎直軸旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上,轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸與過(guò)陶罐球心O的對(duì)稱軸OO'重合,轉(zhuǎn)臺(tái)以一定的角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)。一質(zhì)量為m的小物塊落入陶罐內(nèi),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,小物塊隨陶罐一起轉(zhuǎn)動(dòng)且相對(duì)罐壁靜止,它和O點(diǎn)的連線與OO'之間的夾角θ60°。重力加速度大小為g。(1)ω=ω0,且小物塊受到的摩擦力恰好為零,ω0。(2)ω=(1±k)ω0,0<k?1(“?”表示遠(yuǎn)小于”),求小物塊受到的摩擦力的大小和方向。 參考答案  一、選擇題 1C【解析】西瓜和汽車一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng),豎直方向上的合力提供向心力,有:mgFm,解得Fmg,C項(xiàng)正確,A、B、D三項(xiàng)錯(cuò)誤.2C【解析】隔離一個(gè)小環(huán),向上為正方向FNmgm;FNmgm.把大環(huán)和兩個(gè)小環(huán)合起來(lái)作為研究對(duì)象:FMg2FNMg2m,C項(xiàng)正確.3A【解析】 當(dāng)小物體可被水平拋出時(shí),在終端皮帶輪的最高點(diǎn)處有mgm,又因?yàn)?/span>vrn,故A輪的轉(zhuǎn)速n,選項(xiàng)A正確。4D【解析】射擊時(shí),由于慣性,子彈具有沿圓周切線的速度v1=ωR,要擊中O點(diǎn),即合速度方向沿PO,那么槍?xiě)?yīng)向PO左方偏過(guò)θ角射擊,滿足 sin θ==,D項(xiàng)正確。5D【解析】小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),它剛好能通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度不能等于零,而是等于只有重力提供向心力時(shí)的速度值,且此時(shí)繩子的拉力正好等于零,mg=m,v=,所以AC兩項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。在小球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí),小球受到重力、繩的拉力作用,根據(jù)牛頓第二定律得T-mg=m,所以T=mg+m,B項(xiàng)錯(cuò)誤。6B【解析】繩子對(duì)物體的拉力FT充當(dāng)向心力。由FT=m=mω2r分析,得知B項(xiàng)正確。7C【解析】蕩秋千時(shí)秋千做變速圓周運(yùn)動(dòng),繩的拉力和重力沿半徑方向的分力的合力沿半徑方向,用來(lái)改變線速度的方向;沿著切線方向的重力分力,用來(lái)改變線速度的大小,根據(jù)矢量合成法則知,半徑方向和切線方向的合力方向沿3方向,C項(xiàng)正確。8B【解析】伐木工人雙眼緊盯著樹(shù)梢,根據(jù)樹(shù)梢的運(yùn)動(dòng)情形就能判斷大樹(shù)正在朝著哪個(gè)方向倒下,是因?yàn)闃?shù)木倒下時(shí),各點(diǎn)角速度相同,樹(shù)梢的半徑最大,根據(jù)v=ωr,樹(shù)梢的線速度最大,最容易判斷。B項(xiàng)正確,A、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。  9ABC【解析】火車軌道建成外高內(nèi)低,火車轉(zhuǎn)彎時(shí)軌道的支持力與火車的重力兩者的合力指向弧形軌道的圓心.若合力大于火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力(火車速度較小時(shí)),則火車輪緣擠壓內(nèi)側(cè)鐵軌;若合力等于所需向心力(火車速度剛好等于規(guī)定速度時(shí)),則火車輪緣不擠壓鐵軌;若合力小于所需向心力(火車速度較大時(shí)),則火車輪緣擠壓外側(cè)鐵軌.所以這種設(shè)計(jì)主要是為了減少火車輪緣對(duì)鐵軌的擠壓破壞,AB、C三項(xiàng)正確.10BD【解析】 小球在最高點(diǎn)受重力和壓力,由牛頓第二定律得FNmgma,又FNmg,所以a2g,B、D正確。11AB【解析】兩球均貼著圓錐筒的內(nèi)壁,在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們均受到重力和筒壁對(duì)它的彈力FN的作用,其合力必定在水平面內(nèi)時(shí)刻指向圓心,如圖所示。由圖可知,筒壁對(duì)球的彈力FN=,A、B兩球受到的筒壁的壓力大小相等,D項(xiàng)錯(cuò)誤。對(duì)球運(yùn)用牛頓第二定律,=m=mrω2=mr,球的線速度v=,角速度ω=,周期T=。由此可見(jiàn),球的線速度隨軌道半徑的增大而增大,所以A球的線速度必定大于B球的線速度,A項(xiàng)正確。球的角速度隨半徑的增大而減小,周期隨半徑的增大而增大,所以A球的角速度小于B球的角速度,A球的周期大于B球的周期,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。二、非選擇題 12(1)控制變量 (2)向心力大小之比(或向心力之比) (3)向心力F跟小球質(zhì)量m成正比,跟轉(zhuǎn)速n的二次方成正比,跟轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r成正比(或向心力F跟小球質(zhì)量m、轉(zhuǎn)速n的二次方、轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r的乘積成正比) (4)難以保證小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)速難按比例調(diào)節(jié)和露出格子數(shù)(或力的讀數(shù))不穩(wěn)定,難定量化13(1)水平 (2) (3)1.00  14.對(duì)座椅受力分析,如圖所示。轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω時(shí),鋼繩與豎直方向的夾角為θ,則座椅到轉(zhuǎn)軸的距離即座椅做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑RrLsin θ,根據(jù)牛頓第二定律得mgtan θ2R,解得ω。15(1)A運(yùn)動(dòng)到B,小球做平拋運(yùn)動(dòng),則有RvAt,Rgt2vA若小球與上、下管壁均無(wú)彈力作用,則mg,v因?yàn)?/span>vA,所以管壁對(duì)小球有向上的作用力,mgN1解得N1mg由牛頓第三定律,小球?qū)鼙谟邢蛳碌淖饔昧?,大?/span>N1mg。(2)小球在A點(diǎn)時(shí)mgN2m因?yàn)樾∏蚴艿降纳蟼?cè)管壁的彈力等于重力,則vA。16(1)從釋放小球至A點(diǎn)根據(jù)速度與位移關(guān)系有v2ghA點(diǎn),根據(jù)牛頓第二定律FN1B點(diǎn),根據(jù)牛頓第二定律:FN2mgm根據(jù)題意有FN2FN13mgvBh0,則小球在B點(diǎn)的速度v12 m/s。(2)小球從BC做勻速直線運(yùn)動(dòng),從C點(diǎn)滑出后做平拋運(yùn)動(dòng),若恰能落在D點(diǎn),則水平方向:xv0t豎直方向:yHgt2又因?yàn)樾泵鎯A角為45°,則:xy解得v05 m/s,對(duì)應(yīng)的高度h00.25 mh0.8 m>0.25 m,小球?qū)⒙湓谒降孛嫔?,而小球?/span>B點(diǎn)的速度v26 m/s小球做平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向:Hgt2,得t1 s則水平方向x1v2t6 m故小球落地點(diǎn)距C點(diǎn)的距離s m(3)若要求無(wú)論h為多大,小球不是打到擋板上,就是落在水平地面上,臨界情況是小球擦著擋板落在D點(diǎn),經(jīng)前面分析可知,此時(shí)在B點(diǎn)的臨界速度v05 m/s則從C點(diǎn)至擋板最高點(diǎn)過(guò)程中水平方向:xv0t豎直方向:ylgt2x解得l1.25 m。17(1)當(dāng)ω=ω0時(shí),小物塊受到重力和罐壁的支持力作用,如圖甲所示合力F=mgtan θ由牛頓第二定律得mgtan θ=mr其中小物塊做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=Rsin θ聯(lián)立解得ω0=(2)當(dāng)ω=(1+k)ω0時(shí),小物塊有離心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),靜摩擦力的方向沿罐壁切線方向向下,如圖乙所示,水平方向:FNsin θ+fcos θ=mω2Rsin θ豎直方向:FNcos θ-fsin θ-mg=0聯(lián)立解得f=mg當(dāng)ω=(1-k)ω0時(shí),小物塊有向心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),靜摩擦力的方向沿罐壁切線方向向上,如圖丙所示,水平方向:FNsin θ-fcos θ=mω2Rsin θ豎直方向:FNcos θ+fsin θ-mg=0聯(lián)立解得f=mg。 

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