2019-2020年高一物理 第4單元：達(dá)標(biāo)訓(xùn)練（6、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析）(有解析) 大綱人教版.doc

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2019-2020年高一物理 第4單元：達(dá)標(biāo)訓(xùn)練（6、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析）(有解析) 大綱人教版 基礎(chǔ)鞏固 1.在水平路面上轉(zhuǎn)彎的汽車，向心力是（　?。? A.重力和支持力的合力 B.靜摩擦力 C.滑動(dòng)摩擦力 D.牽引力 解析:注意水平路面與傾斜路面的區(qū)別.汽車受重力、支持力及靜摩擦力的作用，重力與支持力在豎直方向上，靜摩擦力在水平方向提供汽車在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)彎所需的向心力，B正確. 答案：B 2.如圖5-6-9所示，用細(xì)線吊著一個(gè)質(zhì)量為m的小球，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).關(guān)于小球的受力情況，正確的是 …（　?。? 圖5-6-9 A.重力、繩子的拉力、向心力 B.重力、繩子的拉力 C.重力 D.以上說(shuō)法均不正確 解析:向心力是由合力充當(dāng)?shù)?，不是單?dú)一類性質(zhì)力.小球受重力和拉力，由重力和拉力的合力充當(dāng)向心力，而不是受一個(gè)向心力，故B正確. 答案：B 3.當(dāng)汽車通過(guò)圓弧凸形橋時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（　?。? A.汽車在橋頂通過(guò)時(shí)，對(duì)橋的壓力一定小于汽車的重 B.汽車通過(guò)橋頂時(shí)的速度越小，對(duì)橋的壓力就越小 C.汽車所需的向心力由橋?qū)ζ嚨闹С至?lái)提供 D.若汽車通過(guò)橋頂?shù)乃俣葹椋╣為重力加速度，R為圓弧形橋面的半徑），則汽車對(duì)橋頂?shù)膲毫榱? 解析:可據(jù)分析判斷，為橋?qū)ζ嚨闹С至? 汽車通過(guò)圓弧凸形橋頂時(shí)，汽車過(guò)橋所需的向心力由重力和橋?qū)嚨闹С至餐峁?，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.由牛頓第二定律，有，汽車所受的支持力；由牛頓第三定律知，汽車對(duì)橋頂?shù)膲毫εc等大反向，所以汽車在橋頂通過(guò)時(shí)，對(duì)橋的壓力一定小于其重力，選項(xiàng)A正確.由上式可以看出，v越小，越大，對(duì)橋的壓力也越大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.當(dāng)時(shí)，=0，車對(duì)橋的壓力為零，選項(xiàng)D正確. 答案：AD 4.一輛滿載的卡車在起伏的公路上勻速行駛，如圖5-6-10所示，由于輪胎過(guò)熱，容易爆胎.爆胎可能性最大的地段是…（　　） 圖5-6-10 A.A處 B.B處 C.C處 D.D處 解析:在A、B、C、D各點(diǎn)均由重力與支持力的合力提供向心力，爆胎可能性最大的地段為輪胎與地面擠壓力的最大處. 在A、C兩點(diǎn)有：，；在B、D兩點(diǎn)有，，且R越小，F(xiàn)越大，故FD最大，即D處最容易爆胎. 答案：D 5.如圖5-6-11，細(xì)輕桿的一端與一小球相連，可繞過(guò)O點(diǎn)的水平軸自由轉(zhuǎn)動(dòng).現(xiàn)給小球一初速度，使它在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，圖中A、B分別表示小球軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn).則桿對(duì)球的作用力可能是（　?。? 圖5-6-11 A.A處為拉力，B處為拉力 B.A處為拉力，B處為推力 C.A處為推力，B處為拉力 D.A處為推力，B處為推力 解析:桿既可提供拉力，也可提供支持力，桿提供的力與小球重力的合力充當(dāng)向心力，可由進(jìn)行討論. 小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由重力和桿對(duì)球的作用力共同提供.小球在最低點(diǎn)a處，向心力方向必須豎直向上而重力方向豎直向下，所以桿對(duì)球的作用力必定方向向上指向圓心，即桿對(duì)球的作用力只能是拉力（于是可排除C、D兩個(gè)選項(xiàng)）.球在最高點(diǎn)b處，所需的向心力方向應(yīng)豎直向下，重力方向豎直向下，則桿對(duì)球作用力的情況取決于球此時(shí)速度的大小.當(dāng)小球以速率（R為球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑）運(yùn)動(dòng)時(shí)，，重力剛好滿足向心力的需要，桿對(duì)球的作用力為零；當(dāng)小球速率,即時(shí)，重力不足以提供所需的向心力，桿就對(duì)球施加向下的拉力以滿足向心力的需要；當(dāng)，即時(shí)，桿就對(duì)球施以向上的推力以滿足向心力的需要.選項(xiàng)A、B正確. 答案：AB 6.飛機(jī)俯沖拉起的一段軌跡可看作一段圓弧，如圖5-6-12所示.飛機(jī)做俯沖拉起運(yùn)動(dòng)時(shí)，在最低點(diǎn)附近做半徑R=180 m的圓周運(yùn)動(dòng)，如果飛行員的體重m=70 kg，飛機(jī)經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)P時(shí)的速度v=360 km/h，則這時(shí)飛行員對(duì)座位的壓力為__________N. 圖5-6-12 解析:分析向心力的來(lái)源，據(jù)求解. 飛機(jī)在最低點(diǎn)的速度v=100 m/s，此時(shí)座位對(duì)飛行員的支持力與飛行員所受重力的合力提供所需要的向心力： 可得：=4 589 N. 根據(jù)牛頓第三定律可知,飛行員對(duì)座位的壓力為4 589 N，方向向下. 答案：4 589綜合應(yīng)用 7.如圖5-6-13所示，用細(xì)繩拴著質(zhì)量為m的物體，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，圓周半徑為R.則下列說(shuō)法正確的是（　?。? 圖5-6-13 A.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩子張力可以為零 B.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度為零 C.小球剛好過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度是 D.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩子對(duì)小球的作用力可以與球所受的重力方向相反 解析:本題考查豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的受力分析及速度計(jì)算.小球在最高點(diǎn)時(shí)，受重力mg、繩子豎直向下的拉力F（注意：繩子不能產(chǎn)生豎直向上的支持力）. 向心力為Fn=mg+F 根據(jù)牛頓第二定律得 可見(jiàn)，v越大時(shí)，F(xiàn)越大，v越小時(shí)，F(xiàn)越小 當(dāng)F=0時(shí)，得[ 討論：（1）v很小時(shí)，可保證小球通過(guò)最高點(diǎn)，但F很小. （2）當(dāng)v很小并趨近于零時(shí)，則很小并趨近于零，由于重力一定，重力大于小球所需向心力，小球偏向圓心方向，不能達(dá)到最高點(diǎn)，在到最高點(diǎn)之前已做斜拋運(yùn)動(dòng)離開(kāi)圓軌道. （3）當(dāng)時(shí)，F(xiàn)=0，即剛好通過(guò). 所以，正確選項(xiàng)為A、C. 答案：AC 8.(重慶理綜)宇航員在月球上做自由落體實(shí)驗(yàn)，將某物體由距月球表面高h(yuǎn)處釋放，經(jīng)時(shí)間t后落到月球表面（設(shè)月球半徑為R）.據(jù)上述信息推斷，飛船在月球表面附近繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速率為（　?。? A. B. C. D. 解析:物體自由落體運(yùn)動(dòng)，設(shè)地球表面重力加速度為g，,，飛船做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則,，所以B選項(xiàng)正確. 答案：B 9.如圖5-6-14所示，在質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)的飛輪上，固定著一個(gè)質(zhì)量為m的重物（m可視為質(zhì)點(diǎn)），重物到飛輪中心O的距離為R.為了使電動(dòng)機(jī)的底座不離開(kāi)地面，飛輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω最大為_(kāi)__________. [ 圖5-6-14 解析:可采用隔離法，依據(jù)牛頓第二定律并結(jié)合勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)對(duì)重物與底座分別列方程求解. 重物轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)位置時(shí)，重物所受的重力和輪的拉力的合力提供重物做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，，ω越大，越大.再分析電動(dòng)機(jī)：受重力Mg，方向豎直向下；重物對(duì)飛輪的拉力，方向豎直向上；一般情況下還受到地面的支持力，方向豎直向上.當(dāng)電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)，這三力平衡，.當(dāng)ω增大時(shí)，增大，也增大，就減小，只要，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)離開(kāi)地面.令，代入，就可得此情況下飛輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的最大值為. 答案： 10.一汽車重4 t，途經(jīng)一圓弧形拱橋，圓弧半徑為20 m.若橋最高處能承受的最大壓力為2.94104 N，則汽車速度多大時(shí)才能安全開(kāi)過(guò)橋頂？ 解析:汽車重力與橋的支持力提供向心力，當(dāng)支持力恰好為零時(shí)，是汽車飛離橋面的臨界條件. 汽車以速度v 開(kāi)過(guò)圓弧形拱橋頂，受重力mg和橋的支持力，其合力提供向心力，.當(dāng)橋最高處承受的最大壓力為=2.94104N時(shí)，橋?qū)ζ嚨淖畲笾С至?2.94104N（依據(jù)牛頓第三定律），將的值代入上式，可求得汽車安全過(guò)橋的最小速度為m/s=7 m/s.當(dāng)=0（橋面不受力）時(shí)，有，求得汽車安全過(guò)橋的最大速度為m/s=14 m/s（當(dāng)時(shí)，汽車將飛過(guò)橋頂，那是不安全的）.故當(dāng)7 m/s≤v≤14 m/s時(shí)，汽車可安全開(kāi)過(guò)橋頂. 圖5-6-15 11.如圖5-6-15所示，豎直圓筒內(nèi)壁光滑，半徑為R，頂部有入射口A，在A的正下方h處有出口B.一質(zhì)量為m的小球從入口A沿切線方向由水平槽射入圓筒內(nèi)，要使球從B處飛出，小球射入口A的速度v0應(yīng)滿足什么條件？在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，球?qū)ν驳膲毫τ卸啻螅? 解析:不妨將小球的軌跡展開(kāi)，可知小球的運(yùn)動(dòng)可分解為豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)與水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng). 小球自入口A射入后的運(yùn)動(dòng)可以分解成兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是以入射速率為線速度在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng).設(shè)小球在圓筒內(nèi)繞過(guò)圈后，從B處飛出，則小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)走過(guò)的路程是： 在豎直方向上有： 由①②兩式消去t得：（=1，2，3，…） 小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在水平方向只受支持力，總是指向圓心，充當(dāng)向心力.則由向心力公式可知： （=1，2，3，…）.