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1、
9 圓周運(yùn)動規(guī)律的應(yīng)用
一、單選題
1.【安徽省皖中名校聯(lián)盟2019屆高三10月聯(lián)考物理試題】如圖所示為一皮帶傳動裝置,右輪的半徑為r,a是它邊緣上的一點(diǎn),左側(cè)是一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪的半徑為2r,b點(diǎn)在小輪上,到小輪中心的距離為r,c點(diǎn)和d點(diǎn)分別位于小輪和大輪的邊緣上,若在傳動過程中,皮帶不打滑,則下列敘述錯誤的是( )
A.a(chǎn)點(diǎn)與d點(diǎn)的線速度大小之比為1:2
B.a(chǎn)點(diǎn)與b點(diǎn)的角速度大小相等
C.a(chǎn)點(diǎn)與c點(diǎn)的線速度大小相等
D.a(chǎn)點(diǎn)與d點(diǎn)的向心加速度大小之比為1:1
2.【浙江省嘉興市2019屆高三普通高校招生選考科目教學(xué)測試物理試題】如圖
2、所示,餐桌上的水平玻璃轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時,其上的物品相對于轉(zhuǎn)盤靜止,則( )
A.物品所受摩擦力與其運(yùn)動方向相反
B.越靠近圓心的物品摩擦力越小
C.越靠近圓心的物品角速度越小
D.越靠近圓心的物品加速度越小
3.【甘肅省臨夏中學(xué)2017-2018學(xué)年高考模擬】如圖所示,一個內(nèi)壁光滑的圓錐筒的軸線垂直于水平面,圓錐筒固定不動,有兩個質(zhì)量相同的小球A和小球B緊貼圓錐筒內(nèi)壁分別在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,則下列說法中正確的是( )
A.A球的線速度必定小于B球的線速度
B.A球的角速度必定大于B球的角速度
C.A球運(yùn)動的周期必定大于B球的周期
D.A球?qū)ν脖诘膲毫Ρ?/p>
3、定大于B球?qū)ν脖诘膲毫?
4.【安徽省2019屆高三10月份聯(lián)考物理】如圖所示,質(zhì)量為m的小球(可看作質(zhì)點(diǎn))在豎直放置的半徑為R的固定光滑圓環(huán)軌道內(nèi)運(yùn)動,若小球通過最高點(diǎn)時的速率為v0=,下列說法中正確的是( )
A.小球在最高點(diǎn)時只受到重力作用
B.小球繞圓環(huán)一周的時間等于
C.小球在最高點(diǎn)對圓環(huán)的壓力大小為2mg
D.小球經(jīng)過任一直徑兩端位置時的動能之和是一個恒定值
5.【甘肅省師范大學(xué)附屬中學(xué)2018-2019學(xué)年高三上學(xué)期期中考試】假設(shè)人類登上火星后,在火星上進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):在固定的半徑為r的豎直光滑圓軌道內(nèi)部,一小球恰好能做完整的圓周運(yùn)動,小球在最高點(diǎn)的速度大小為
4、v,如圖所示。若已知火星的半徑為R,引力常量為G,則火星的質(zhì)量為( )
A. B. C. D.
二、多選題
6.【江西省紅色七校2019屆高三第一次聯(lián)考物理試題】如圖所示,一根不可伸長的輕繩兩端各系一個小球a和b,跨在兩根固定在同一高度的光滑水平細(xì)桿C和D上,質(zhì)量為ma的a球置于地面上,質(zhì)量為mb的b球從水平位置靜止釋放。當(dāng)b球擺過的角度為90°時,a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D水平向左移動少許,則當(dāng)b球擺過的角度為小于90°的某值時,a球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱?
D.若只將細(xì)桿D水平
5、向左移動少許,則當(dāng)b球擺過的角度仍為90°時,a球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱?
7.【甘肅省武威第一中學(xué)2019屆高三10月月考物理試題】質(zhì)量為m的物體沿著半徑為r的半球形金屬球殼滑到最低點(diǎn)時的速度大小為υ,如圖所示,若物體與球殼之間的摩擦因數(shù)為μ,則物體在最低點(diǎn)時的( ?。?
A.向心加速度為
B.向心力為m(g+)
C.對球殼的壓力為
D.受到的摩擦力為μm(g+)
8.【遼寧省大連市2017-2018學(xué)年高考模擬】如圖所示,一個內(nèi)壁光滑的圓錐形筒的軸線垂直于水平面,圓錐形筒固定不動,有兩個質(zhì)量相等的小球A和B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,則以下說法中正確的是(
6、 )
A.A球的線速度必定大于B球的線速度
B.A球的角速度必定小于B球的角速度
C.A球的運(yùn)動周期必定小于B球的運(yùn)動周期
D.A球?qū)ν脖诘膲毫Φ扔贐球?qū)ν脖诘膲毫?
三、解答題
9.【河北省邢臺市2017-2018學(xué)年高考模擬】如圖所示,半徑的飛輪繞中心軸轉(zhuǎn)動,軸與飛輪平面垂直。現(xiàn)在飛輪的邊緣打進(jìn)一個質(zhì)量的螺絲釘視為質(zhì)點(diǎn),讓飛輪以的轉(zhuǎn)速做勻速圓周運(yùn)動。取
求螺絲釘P所需的向心力大小F;
若不轉(zhuǎn)動飛輪,至少要用1250N的力才能把螺絲釘P拔出,求為使螺絲釘P不被甩出,飛輪轉(zhuǎn)動時的最大角速度。
10.【山西省呂梁市2017-20
7、18高考調(diào)研】如圖所示,豎直平面內(nèi)的一半徑R=0.50m的光滑圓弧槽BCD,B點(diǎn)與圓心O等高,一水平面與圓弧槽相接于D點(diǎn)。質(zhì)量m=0.10kg的小球從B點(diǎn)正上方H=0.95m高處的A點(diǎn)自由下落,由B點(diǎn)進(jìn)入圓弧槽軌道,從D點(diǎn)飛出后落在水平面上的Q點(diǎn),DQ間的距離s=2.4m,球從D點(diǎn)飛出后的運(yùn)動過程中相對水平面上升的最大高度h=0.80m,取g=10m/s2,不計空氣阻力,求:
(1)小球經(jīng)過C點(diǎn)時軌道對它的支持力大小N;
(2)小球經(jīng)過最高點(diǎn)P的速度大小vP;
(3)D點(diǎn)與圓心O的高度差hOD。
答案與解析
一、
8、單選題
1.【解析】a、c兩點(diǎn)靠傳送帶傳動,線速度大小相等,d、c兩點(diǎn)共軸轉(zhuǎn)動,角速度相等,根據(jù)v=rω知,d的線速度等于c的線速度的2倍,所以d的線速度等于a的線速度的2倍,故A正確; b、c兩點(diǎn)的角速度相等,a、c兩點(diǎn)的線速度相等,根據(jù)v=rω知,因?yàn)閍、c的半徑不等,則a、c的角速度不等,所以a、b兩點(diǎn)的角速度不等。故B錯誤,C正確。因vd=2va,根據(jù)a=v2/r知,a、d的加速度之比為1:1,故D正確。此題選擇不正確的選項(xiàng),故選B。
【答案】B
2.【解析】A項(xiàng):由于物品有向外甩的趨勢,所以物品所受的摩擦力指向圓心提供向心力,故A錯誤;
B項(xiàng):由摩擦力提供向心力
9、可知,,由物品的質(zhì)量大小不知道,所以無關(guān)確定摩擦力大小,故B錯誤; C項(xiàng):同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的物體角速度相同,故C錯誤; D項(xiàng):由公式可知,越靠近圓心的物品加速度越小,故D正確。
【答案】D
3.【解析】小球受重力和支持力,靠重力和支持力的合力提供圓周運(yùn)動的向心力,受力分析如圖:
D、兩球所受的重力大小相等,支持力方向相同,根據(jù)力的合成,知兩支持力大小、合力大小相等,故D錯誤.
A、根據(jù),合力、質(zhì)量相等,得r越大線速度大,所以球A的線速度大于球B的線速度,故A錯誤.
B、F合=mω2r合力、質(zhì)量相等,r越大角速度越小,A球的角速度小于B球的角速度。故B錯誤.
C、,合力、質(zhì)量相等,r
10、越大,周期越大,A周期大于B周期。故C正確。故選C。
【答案】C
4.【解析】AC. 根據(jù)牛頓第二定律有:mg+N=,解得N=mg.故小球在最高點(diǎn)受到圓環(huán)的壓力,壓力大小為mg,故A錯誤,C錯誤; B. 小球做的運(yùn)動不是勻速圓周運(yùn)動,繞圓環(huán)一周的時間不等于。故B錯誤;
D.小球在運(yùn)動的過程中機(jī)械能守恒,在某一運(yùn)動的過程中小球的重力勢能減小多少,則經(jīng)過關(guān)于圓心對稱的位置重力勢能就增加多少。所以小球經(jīng)過任一直徑兩端位置時的動能之和是一個恒定值。故D正確。故選:D。
【答案】D
5.【解析】設(shè)小球的質(zhì)量為m,火星的質(zhì)量為M,因小球在最高點(diǎn)恰好完成圓周運(yùn)動,設(shè)最高點(diǎn)時小球速度為v,由牛頓第二
11、定律得:,解得:,對于任一月球表面的物體,萬有引力等于其重力,即:,則有:,故選C。
【答案】C
二、多選題
6.【解析】由于b球擺動過程中機(jī)械能守恒,則有:mbgl=mbv2,當(dāng)b球擺過的角度為90°時,根據(jù)牛頓運(yùn)動定律和向心力公式得:T-mbg=mb;聯(lián)立解得:T=3mbg;據(jù)題a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱?,說明此時繩子張力為:T=mag,解得:ma:mb=3:1,故A正確,B錯誤。由上述求解過程可以看出 T=3mbg,細(xì)繩的拉力T與球到懸點(diǎn)的距離無關(guān),只要b球擺到最低點(diǎn),細(xì)繩的拉力都是3mbg,a球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱?。a球不會被拉離地面。故C錯誤,D正確。故選AD。
【答
12、案】AD
7.【解析】物體滑到半球形金屬球殼最低點(diǎn)時,速度大小為v,半徑為R,向心加速度為an=,故A正確。根據(jù)牛頓第二定律得知,物體在最低點(diǎn)時的向心力Fn=man=m,故B錯誤。根據(jù)牛頓第二定律得N-mg=m,得到金屬球殼對小球的支持力N=m(g+),由牛頓第三定律可知,小球?qū)饘偾驓さ膲毫Υ笮′=m(g+),故C錯誤。物體在最低點(diǎn)時,受到的摩擦力為f=μN(yùn)=μm(g+),故D正確。故選AD。
【答案】AD
8.【解析】對小球受力分析,小球受到重力和支持力,它們的合力提供向心力,如圖
根據(jù)牛頓第二定律,有:F=mgtanθ=m;解得。由于A球的轉(zhuǎn)動半徑較大,A線速度較大,故A正
13、確;根據(jù)可知,A球的轉(zhuǎn)動半徑較大,則A的角速度較小。故B正確。周期 ,因?yàn)锳的半徑較大,則周期較大。故C錯誤。由上分析可知,筒對小球的支持力N=,與軌道半徑無關(guān),則由牛頓第三定律得知,小球?qū)ν驳膲毫σ才c半徑無關(guān),即有球A對筒壁的壓力等于球B對筒壁的壓力。故D錯誤。故選AB。
【答案】AB
三、解答題
9.【解析】由向心力公式有:
又
解得:
由題可知,當(dāng)螺絲釘P所需要的向心力大于就會被甩出,由向心力公式有:
代入數(shù)據(jù)解得:
10.【解析】(1)設(shè)經(jīng)過C點(diǎn)速度為,由機(jī)械能守恒有
由牛頓第二定律有代入數(shù)據(jù)解得
(2)P點(diǎn)時速度為,P到Q做平拋運(yùn)動有
代入數(shù)據(jù)解得
(3)由機(jī)械能守恒定律有
代入數(shù)據(jù)解得
8