
章末檢測(cè)
時(shí)間:90分鐘 滿分:100分
一、單選題(共8個(gè)小題,每題3分,滿分24分;在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)符合題目要求)
1.放在赤道上的物體甲與放在北緯60°處的物體乙,由于地球的自轉(zhuǎn),如下關(guān)系正確的是( )
A.角速度之比為2:1B.線速度之比為2:1
C.向心加速度之比為1:4D.向心加速度之比為4:1
【答案】 B
【解析】
設(shè)地球半徑為R,則放在赤道上的物體甲的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑
放在北緯60°處的物體乙的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑
A.物體甲與物體乙是同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度相等,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;
B.據(jù)可得,物體甲與物體乙的線速度之比為2:1,故B項(xiàng)正確;
CD.據(jù)可得,物體甲與物體乙的向心加速度之比為2:1,故CD兩項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.如圖所示,一個(gè)圓盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),盤面上有一個(gè)小物體隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。分析小物體的受力情況,下列說法正確的是
A.物體只受向心力
B.物體所受合外力為零
C.物體受重力和支持力
D.物體受重力、支持力和靜摩擦力
【答案】 D
【解析】
小物體塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合力指向圓心,對(duì)小物體受力分析可知,受重力、支持力和靜摩擦力,如圖所示:
重力和支持力平衡,靜摩擦力提供向心力,故D正確,ABC錯(cuò)誤。
3.如圖所示是自行車傳動(dòng)裝置示意圖,A是大齒輪邊緣上一點(diǎn),B是小齒輪邊緣上的一點(diǎn),若大齒輪的半徑是小齒輪半徑的2倍,那么,A、B兩點(diǎn)的向心加速度之比是( )
A.1:2B.2:1
C.1:4D.4:1
【答案】 A
【解析】
大齒輪和小齒輪是鏈條傳動(dòng),則A點(diǎn)和B點(diǎn)的線速度大小相等,大齒輪的半徑是小齒輪半徑的2倍,據(jù)可知,A、B兩點(diǎn)的向心加速度之比為1:2,故A項(xiàng)正確,BCD三項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.長(zhǎng)均為L(zhǎng)的兩根輕繩,一端共同系住質(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)間的距離也為L(zhǎng),重力加速度大小為g。今使小球在豎直平面內(nèi)以A、B連線為軸做圓周運(yùn)動(dòng),若小球在最高點(diǎn)速率為v時(shí),兩根繩的拉力恰好均為零,則小球在最高點(diǎn)速率為2v時(shí),每根繩的拉力大小均為( )
A.3mg B.23mg C.3mg D.43mg3
【答案】 A
【解析】
小球在最高點(diǎn)速率為v時(shí),兩根繩的拉力恰好均為零,有:mg=mv2r,當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速率為2v時(shí),根據(jù)牛頓第二定律有:mg+2Tcs30°=m(2v)2r,解得:T=3mg。故選A.
5.長(zhǎng)度為0.5 m的輕質(zhì)細(xì)桿OA,A端有一質(zhì)量為3 kg的小球,以O(shè)點(diǎn)為圓心,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,小球通過最高點(diǎn)時(shí)的速度為2 m/s,取g=10 m/s2,則此時(shí)輕桿OA將( )
A.受到6 N的拉力B.受到6 N的壓力
C.受到24 N的拉力D.受到24 N的壓力
【答案】 B
【解析】
小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),受重力和桿的彈力,先假設(shè)為向下的彈力,由牛頓第二定律
解得
故彈力的方向與假設(shè)的方向相反,為向上的6N支持力,即桿將受到6 N的壓力,選項(xiàng)ACD錯(cuò)誤,B正確;
故選B。
6.如圖所示,長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)硬桿,一端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球,另一端固定在水平轉(zhuǎn)軸上,現(xiàn)讓桿繞轉(zhuǎn)軸O在豎直平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω,某時(shí)刻桿對(duì)球的作用力水平向左,則此時(shí)桿與水平面的夾角θ為( )
A.B.
C.D.
【答案】 B
【解析】
由題意可知,小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則其任意時(shí)刻的合力全部用來(lái)提供向心力。對(duì)球受力分析,小球受重力和桿對(duì)其作用力。當(dāng)某時(shí)刻桿對(duì)球的作用力水平向左時(shí),根據(jù)力的合成可知,其合力為:
,
又根據(jù)合力提供向心力可得:
,
化簡(jiǎn)可得:
,
所以選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)ACD錯(cuò)誤;
故選B。
7.火車軌道在轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌,其高度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車速度確定若在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定行駛的速度為v,則下列說法中正確的是
當(dāng)以速度v通過此彎路時(shí),火車重力與軌道面支持力的合力提供向心力;
當(dāng)以速度v通過此彎路時(shí),火車重力、軌道面支持力和外軌對(duì)輪緣彈力的合力提供向心力;
當(dāng)速度大于v時(shí),輪緣擠壓外軌;
當(dāng)速度小于v時(shí),輪緣擠壓外軌.
A.B.C.D.
【答案】 D
【解析】
①②火車轉(zhuǎn)彎時(shí),為了保護(hù)鐵軌,應(yīng)避免車輪邊緣與鐵軌間的摩擦,故火車受到重力和支持力的合力完全提供向心力,①正確,②錯(cuò)誤;
③④如果實(shí)際轉(zhuǎn)彎速度大于v,有離心趨勢(shì),與外側(cè)鐵軌擠壓,反之,擠壓內(nèi)側(cè)鐵軌,故③正確,④錯(cuò)誤,故選項(xiàng)D正確,ABC錯(cuò)誤。
8.如圖所示,是馬戲團(tuán)中上演的飛車節(jié)目,在豎直平面內(nèi)有半徑為R的圓軌道。表演者騎著摩托車在圓軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。已知人和摩托車的總質(zhì)量為m,人以v1=的速度通過軌道最高點(diǎn)B,并以v2=v1的速度通過最低點(diǎn)A。則在A、B兩點(diǎn)軌道對(duì)摩托車的壓力大小相差( )
A.3mgB.4mgC.5mgD.6mg
【答案】 D
【解析】
由題意可知,在B點(diǎn),有,解之得FB=mg,在A點(diǎn),有,解之得FA=7mg,所以A、B兩點(diǎn)軌道對(duì)車的壓力大小相差6mg。故選項(xiàng)D正確。
二、多選題(共4個(gè)小題,每題5分,滿分20分;在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得5分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分。)
9.如圖所示,一根不可伸長(zhǎng)的輕繩兩端各系一個(gè)小球球和,跨在兩根固定在同一高度的光滑水平細(xì)桿和上,質(zhì)量為的球置于地面上,質(zhì)量為的球從水平位置靜止釋放.當(dāng)球擺過的角度為時(shí), 球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱?,下列結(jié)論正確的是( )
A.
B.
C.若只將細(xì)桿水平向左移動(dòng)少許,則當(dāng)球擺過的角度為小于的某值時(shí), 球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱?br/>
D.若只將細(xì)桿水平向左移動(dòng)少許,則當(dāng)球擺過的角度仍為時(shí), 球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱?br/>
【答案】 AD
【解析】由于球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒,則有, 球通過最低點(diǎn)時(shí),根據(jù)牛頓第二定律和向心力公式得.解得.故A正確,B錯(cuò)誤;由上述求解過程可以看出,有,所以球到懸點(diǎn)的距離跟最終結(jié)果無(wú)關(guān).只要球擺到最低點(diǎn).細(xì)繩的拉力都是. 球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱悖蔆錯(cuò)誤,D正確;故選AD.
10.m為在水平傳送帶上被傳送的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn)),A為終端皮帶輪,如圖所示,已知皮帶輪半徑為r,傳送帶與皮帶輪間不會(huì)打滑,當(dāng)m可被水平拋出時(shí)( )
A.皮帶的最小速度為
B.皮帶的最小速度為
C.A輪每秒的轉(zhuǎn)數(shù)最少是
D.A輪每秒的轉(zhuǎn)數(shù)最少是
【答案】 AC
【解析】
AB.當(dāng)物塊恰好被水平拋出時(shí),在皮帶上最高點(diǎn)時(shí)由重力提供向心力,則由牛頓第二定律得:
,
解得:
.
故A正確,B錯(cuò)誤;
CD.設(shè)此時(shí)皮帶轉(zhuǎn)速為n,則有
2πnr=v,
得到
;
故C正確,D錯(cuò)誤。
故選AC。
11.如圖甲所示,用一輕質(zhì)繩拴著一質(zhì)量為m的小球,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)(不計(jì)一切阻力),小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)繩對(duì)小球的拉力為T,小球在最高點(diǎn)的速度大小為v,其T-v2圖象如圖乙所示,則( )
A.輕質(zhì)繩長(zhǎng)為
B.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?br/>
C.當(dāng)v2=c時(shí),輕質(zhì)繩的拉力大小為+a
D.只要v2≥b,小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)繩的拉力差均為6a
【答案】 BD
【解析】
設(shè)繩長(zhǎng)為L(zhǎng),最高點(diǎn)由牛頓第二定律得:
T+mg=,
則
T=-mg。
對(duì)應(yīng)圖象有:
mg=a
得
g=,
斜率:
得:
L=,
故A錯(cuò)誤,B正確;
C.當(dāng)v2=c時(shí),
,
故C錯(cuò)誤;
D.當(dāng)v2≥b時(shí),小球能通過最高點(diǎn),恰好通過最高點(diǎn)時(shí)速度為v,則
,
在最低點(diǎn)的速度v′,則
,
F-mg=,
可知小球在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)繩的拉力差為6mg,即6a,故D正確。
故選:BD。
12.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(gè)物體A、B、C,圓盤可繞垂直圓盤的中心軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng).三個(gè)物體與圓盤之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,最大靜摩擦力認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力.三個(gè)物體與軸心O1共線且O1A=O1B=BC=r.現(xiàn)將三個(gè)物體用輕質(zhì)細(xì)線相連,保持細(xì)線伸直且恰無(wú)張力.圓盤從靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng),角速度極其緩慢地增大,則對(duì)于這個(gè)過程,下列說法正確的是
A.A、B兩個(gè)物體所受的摩擦力同時(shí)達(dá)到最大靜摩擦力
B.B、C兩個(gè)物體的靜摩擦力先增大后不變,A物體的靜摩擦力先增大后減小再增大
C.當(dāng)時(shí)整體會(huì)發(fā)生滑動(dòng)
D.當(dāng),在ω增大的過程中BC間的拉力不斷增大
【答案】 BCD
【解析】
當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速增大時(shí),由靜摩擦力提供向心力.三個(gè)物體的角速度相等,由F=mω2r,由于C的半徑最大,質(zhì)量最大,故C所需要的向心力增加最快,最先達(dá)到最大靜摩擦力,此時(shí)μ2mg=2m?2r,解得: ,當(dāng)C的摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力之后,BC開始提供拉力,B的摩擦力增大,達(dá)最大靜摩擦力后,AB之間繩開始有力的作用,隨著角速度最大,A的摩擦力將減小到零然后反向增大,當(dāng)A與B的摩擦力也達(dá)到最大時(shí),且BC的拉力大于AB整體的摩擦力時(shí)物體將會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),此時(shí)A與B還受到繩的拉力,對(duì)C可得:T+μ?2mg=2m?2r,對(duì)AB整體可得:T=2μmg,解得: ,當(dāng) 時(shí)整體會(huì)發(fā)生滑動(dòng),故A錯(cuò)誤,BC正確;當(dāng) ,C摩擦力沿著半徑向里,且沒有出現(xiàn)滑動(dòng),故在ω增大的過程中,由于向心力F=T+f不斷增大,故BC間的拉力不斷增大,故D正確.故選BCD.
三、實(shí)驗(yàn)題(共1題,滿分10分)
13.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)通過實(shí)驗(yàn)得到如下表的數(shù)據(jù):
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)中遇到的問題有:_________(寫出一點(diǎn)即可)。
【答案】 控制變量 向心力大小之比(或向心力之比) 向心力F跟小球質(zhì)量m成正比,跟轉(zhuǎn)速n的平方成正比,跟運(yùn)動(dòng)半徑r成正比(或向心力F跟小球質(zhì)量m、轉(zhuǎn)速n的平方、運(yùn)動(dòng)半徑r的乘積成正比) 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
【解析】
(1)為了單獨(dú)探究向心力跟小球質(zhì)量的關(guān)系,需要控制轉(zhuǎn)速n和運(yùn)動(dòng)半徑r不變,所以需要采用控制變量法;
(2)標(biāo)尺上紅白相間等分格子的多少可以顯示小球所受向心力的大小,所以通過標(biāo)尺上紅白相間等分格數(shù),即可求得兩個(gè)球所受的向心力大小之比;
(3)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知向心力F跟小球質(zhì)量m成正比,跟轉(zhuǎn)速n的平方成正比,跟運(yùn)動(dòng)半徑r成正比(或向心力F跟小球質(zhì)量m、轉(zhuǎn)速n的平方、運(yùn)動(dòng)半徑r的乘積成正比);
(4)實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問題是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。
四、解答題(共5小題,滿分46分;第14、15題8分,第16、17、18題每題10分)
14.大量實(shí)例說明,物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所受合力方向始終指向圓心,這個(gè)指向圓心的合力就叫做向心力.向心力可以由一個(gè)力提供,也可以由幾個(gè)力的合力提供,如圖所示,拱形橋的AB段是半徑r=50m的圓弧,一輛質(zhì)量m=1.2×103kg的小汽車,以v=10m/s的速率駛上拱形橋.g取10m/s2.則汽車到達(dá)橋頂時(shí),橋?qū)ζ嚨闹С至N是多大?
【答案】
【解析】
汽車在橋頂時(shí),受到重力和支持力作用,根據(jù)牛頓第二定律得到:,
則得到支持力的大小為:.
15.小明站在水平地面上,手握不可伸長(zhǎng)的輕繩一端,繩的另一端系有質(zhì)量為m的小球,甩動(dòng)手腕,使球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).當(dāng)球某次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),繩突然斷掉,球飛行水平距離d后落地,如圖所示.已知握繩的手離地面高度為d,手與球之間的繩長(zhǎng)為d,重力加速度為g.忽略手的運(yùn)動(dòng)半徑和空氣阻力.
(1)求繩斷時(shí)球的速度大小v0?
(2)問繩能承受的最大拉力多大?
【答案】 (1) (2)mg
【解析】
(1)由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得:豎直方向
水平方向d=v1t
解得 v1=
(2)小球做圓周運(yùn)動(dòng)有牛頓第二定律得:F-mg=m,
解得 F=mg
16.有一種叫飛椅的游樂項(xiàng)目,示意圖如圖所示.長(zhǎng)為L(zhǎng)的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤邊緣.轉(zhuǎn)盤可繞穿過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)轉(zhuǎn)盤以角速度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:
(1)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω與夾角θ的關(guān)系;
(2)此時(shí)鋼繩的拉力多大?
【答案】 (1) (3)
【解析】
(1)設(shè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為時(shí),鋼繩與豎直方向的夾角為
座椅到中心軸的距離:
對(duì)座椅分析有:
聯(lián)立兩式得:
(2)設(shè)鋼繩的拉力為T,則由:得.
17.如圖所示,在光滑的圓錐頂用長(zhǎng)為l 的細(xì)線懸掛一質(zhì)量為m的物體,圓錐體固定在水平面上不動(dòng),其軸線沿豎直方向,細(xì)線與軸線之間的夾角為θ=300 ,物體以速度v繞圓錐體軸線做水平勻速圓周運(yùn)動(dòng).
(1)當(dāng)v1=gl6 時(shí),求繩對(duì)物體的拉力.
(2)當(dāng)v2=3gl2 ,求繩對(duì)物體的拉力.
【答案】 (1)(1+33)mg6 (2)2mg
【解析】
當(dāng)物體恰好離開錐面時(shí),此時(shí)物體與錐面接觸但是沒有彈力作用,如圖所示:
則:豎直方向:Tcsθ-mg=0,水平方向:Tsinθ=mv2R,R=Lsinθ
解得v=3gl6;
(1)當(dāng)v1<v時(shí),物體沒有離開錐面時(shí),此時(shí)物體與錐面之間有彈力作用,如圖所示:
則在水平方向:T1sinθ-N1csθ=mv12R,豎直方向:T1csθ+N1sinθ-mg=0,R=Lsinθ
解得:T1=33+16mg;
(2)v2>v時(shí),物體離開錐面,設(shè)線與豎直方向上的夾角為α,如圖所示:
則豎直方向:T2csα-mg=0,水平方向:T2sinα=mv22R2,而且:R2=Lsinα
解得:T2=2mg。
18.小明站在水平地面上,手握不可伸長(zhǎng)的輕繩一端,繩的另一端系有質(zhì)量為m的小球,甩動(dòng)手腕,使球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)球某次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),繩突然斷掉,球飛行水平距離d后落地,如圖所示。已知握繩的手離地面高度為d,手與球之間的繩長(zhǎng)為d,重力加速度為g。忽略手的運(yùn)動(dòng)半徑和空氣阻力。
(1)求繩斷開時(shí)球的速度大小v1
(2)問繩能承受的最大拉力多大?
(3)改變繩長(zhǎng),使球重復(fù)上述運(yùn)動(dòng),若繩仍在球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)斷掉,要使球拋出的水平距離最大,繩長(zhǎng)應(yīng)為多少?最大水平距離為多少?
【答案】 (1) (2) (3)
【解析】
(1)設(shè)繩斷后球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1,
豎直方向上:
水平方向上:
d=v1t1
解得:
(2)設(shè)繩能承受的最大拉力為Fm,球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為:
R=,
解得:Fm=。
(3)設(shè)繩長(zhǎng)為l,繩斷時(shí)球的速度為v2.有:
解得:v2=。
繩斷后球做平拋運(yùn)動(dòng),豎直位移為d-l,水平位移為x,時(shí)間為t2。
豎直方向有:
水平方向有:
x=v2t2
得
x=v2t2=。
根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系有當(dāng)l=時(shí),x有極大值為:xm=。
次數(shù)
球的質(zhì)量m/g
轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r/cm
轉(zhuǎn)速/每秒幾圈
向心力大小F/紅格數(shù)
1
14.0
15.00
1
2
2
28.0
15.00
1
4
3
14.0
15.00
2
8
4
14.0
30.00
1
4
這是一份人教版 (2019)必修 第二冊(cè)1 圓周運(yùn)動(dòng)課后練習(xí)題,共5頁(yè)。試卷主要包含了1 圓周運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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