2022年高一物理 第4单元：达标训练（6、匀速圆周运动的实例分析）(有解析) 大纲人教版

2022年高一物理 第4单元：达标训练（6、匀速圆周运动的实例分析）(有解析) 大纲人教版基础巩固 1.在水平路面上转弯的汽车，向心力是（）A.重力和支持力的合力 B.静摩擦力C.滑动摩擦力 D.牵引力解析:注意水平路面与倾斜路面的区别.汽车受重力、支持力及静摩擦力的作用，重力与支持力在竖直方向上，静摩擦力在水平方向提供汽车在水平面内转弯所需的向心力，B正确.答案：B 2.如图5-6-9所示，用细线吊着一个质量为m的小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动.关于小球的受力情况，正确的是 （）图5-6-9A.重力、绳子的拉力、向心力 B.重力、绳子的拉力C.重力 D.以上说法均不正确解析:向心力是由合力充当的，不是单独一类性质力.小球受重力和拉力，由重力和拉力的合力充当向心力，而不是受一个向心力，故B正确.答案：B 3.当汽车通过圆弧凸形桥时，下列说法中正确的是（）A.汽车在桥顶通过时，对桥的压力一定小于汽车的重B.汽车通过桥顶时的速度越小，对桥的压力就越小C.汽车所需的向心力由桥对汽车的支持力来提供D.若汽车通过桥顶的速度为（g为重力加速度，R为圆弧形桥面的半径），则汽车对桥顶的压力为零解析:可据分析判断，为桥对汽车的支持力.汽车通过圆弧凸形桥顶时，汽车过桥所需的向心力由重力和桥对车的支持力共同提供，选项C错误.由牛顿第二定律，有，汽车所受的支持力；由牛顿第三定律知，汽车对桥顶的压力与等大反向，所以汽车在桥顶通过时，对桥的压力一定小于其重力，选项A正确.由上式可以看出，v越小，越大，对桥的压力也越大，选项B错误.当时，=0，车对桥的压力为零，选项D正确.答案：AD4.一辆满载的卡车在起伏的公路上匀速行驶，如图5-6-10所示，由于轮胎过热，容易爆胎.爆胎可能性最大的地段是（）图5-6-10A.A处 B.B处C.C处 D.D处解析:在A、B、C、D各点均由重力与支持力的合力提供向心力，爆胎可能性最大的地段为轮胎与地面挤压力的最大处.在A、C两点有：，；在B、D两点有，且R越小，F越大，故FD最大，即D处最容易爆胎.答案：D 5.如图5-6-11，细轻杆的一端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动.现给小球一初速度，使它在竖直平面内做圆周运动，图中A、B分别表示小球轨道的最低点和最高点.则杆对球的作用力可能是（）图5-6-11A.A处为拉力，B处为拉力B.A处为拉力，B处为推力C.A处为推力，B处为拉力D.A处为推力，B处为推力解析:杆既可提供拉力，也可提供支持力，杆提供的力与小球重力的合力充当向心力，可由进行讨论.小球做圆周运动所需的向心力由重力和杆对球的作用力共同提供.小球在最低点a处，向心力方向必须竖直向上而重力方向竖直向下，所以杆对球的作用力必定方向向上指向圆心，即杆对球的作用力只能是拉力（于是可排除C、D两个选项）.球在最高点b处，所需的向心力方向应竖直向下，重力方向竖直向下，则杆对球作用力的情况取决于球此时速度的大小.当小球以速率（R为球做圆周运动的半径）运动时，重力刚好满足向心力的需要，杆对球的作用力为零；当小球速率,即时，重力不足以提供所需的向心力，杆就对球施加向下的拉力以满足向心力的需要；当，即时，杆就对球施以向上的推力以满足向心力的需要.选项A、B正确.答案：AB6.飞机俯冲拉起的一段轨迹可看作一段圆弧，如图5-6-12所示.飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近做半径R=180 m的圆周运动，如果飞行员的体重m=70 kg，飞机经过最低点P时的速度v=360 km/h，则这时飞行员对座位的压力为_N.图5-6-12解析:分析向心力的来源，据求解.飞机在最低点的速度v=100 m/s，此时座位对飞行员的支持力与飞行员所受重力的合力提供所需要的向心力：可得：=4 589 N.根据牛顿第三定律可知,飞行员对座位的压力为4 589 N，方向向下.答案：4 589综合应用7.如图5-6-13所示，用细绳拴着质量为m的物体，在竖直平面内做圆周运动，圆周半径为R.则下列说法正确的是（）图5-6-13A.小球过最高点时，绳子张力可以为零B.小球过最高点时的最小速度为零C.小球刚好过最高点时的速度是D.小球过最高点时，绳子对小球的作用力可以与球所受的重力方向相反解析:本题考查竖直面内圆周运动的受力分析及速度计算.小球在最高点时，受重力mg、绳子竖直向下的拉力F（注意：绳子不能产生竖直向上的支持力）.向心力为Fn=mg+F根据牛顿第二定律得可见，v越大时，F越大，v越小时，F越小当F=0时，得讨论：（1）v很小时，可保证小球通过最高点，但F很小.（2）当v很小并趋近于零时，则很小并趋近于零，由于重力一定，重力大于小球所需向心力，小球偏向圆心方向，不能达到最高点，在到最高点之前已做斜抛运动离开圆轨道.（3）当时，F=0，即刚好通过.所以，正确选项为A、C.答案：AC8.(重庆理综)宇航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表面高h处释放，经时间t后落到月球表面（设月球半径为R）.据上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必须具有的速率为（）A.B.C.D.解析:物体自由落体运动，设地球表面重力加速度为g，,，飞船做匀速圆周运动，则,，所以B选项正确.答案：B 9.如图5-6-14所示，在质量为M的电动机的飞轮上，固定着一个质量为m的重物（m可视为质点），重物到飞轮中心O的距离为R.为了使电动机的底座不离开地面，飞轮匀速转动的角速度最大为_.图5-6-14解析:可采用隔离法，依据牛顿第二定律并结合匀速圆周运动的知识对重物与底座分别列方程求解.重物转到最高点位置时，重物所受的重力和轮的拉力的合力提供重物做圆周运动的向心力，越大，越大.再分析电动机：受重力Mg，方向竖直向下；重物对飞轮的拉力，方向竖直向上；一般情况下还受到地面的支持力，方向竖直向上.当电动机静止时，这三力平衡，.当增大时，增大，也增大，就减小，只要，电动机就不会离开地面.令，代入，就可得此情况下飞轮匀速转动的角速度的最大值为.答案：10.一汽车重4 t，途经一圆弧形拱桥，圆弧半径为20 m.若桥最高处能承受的最大压力为2.94104 N，则汽车速度多大时才能安全开过桥顶？解析:汽车重力与桥的支持力提供向心力，当支持力恰好为零时，是汽车飞离桥面的临界条件.汽车以速度v 开过圆弧形拱桥顶，受重力mg和桥的支持力，其合力提供向心力，.当桥最高处承受的最大压力为=2.94104N时，桥对汽车的最大支持力=2.94104N（依据牛顿第三定律），将的值代入上式，可求得汽车安全过桥的最小速度为m/s=7 m/s.当=0（桥面不受力）时，有，求得汽车安全过桥的最大速度为m/s=14 m/s（当时，汽车将飞过桥顶，那是不安全的）.故当7 m/sv14 m/s时，汽车可安全开过桥顶.图5-6-1511.如图5-6-15所示，竖直圆筒内壁光滑，半径为R，顶部有入射口A，在A的正下方h处有出口B.一质量为m的小球从入口A沿切线方向由水平槽射入圆筒内，要使球从B处飞出，小球射入口A的速度v0应满足什么条件？在运动过程中，球对筒的压力有多大？解析:不妨将小球的轨迹展开，可知小球的运动可分解为竖直方向上的自由落体运动与水平面内的匀速圆周运动.小球自入口A射入后的运动可以分解成两个分运动，一个是以入射速率为线速度在水平面内做匀速圆周运动，另一个是在竖直方向上做自由落体运动.设小球在圆筒内绕过圈后，从B处飞出，则小球在水平面内做圆周运动走过的路程是：在竖直方向上有： 由两式消去t得：（=1，2，3，）小球在整个运动过程中，在水平方向只受支持力，总是指向圆心，充当向心力.则由向心力公式可知：（=1，2，3，）.