物理魯科版必修第二冊第2節(jié) 科學(xué)探究：向心力作業(yè)

【精挑】第2節(jié)科學(xué)探究：向心力作業(yè)練習(xí)一．單項選擇1．如圖所示，固定的錐形漏斗內(nèi)壁是光滑的，內(nèi)壁上有兩個質(zhì)量相等的小球A和B，在各自不同的水平面內(nèi)做勻速圓周運動，以下物理量大小關(guān)系正確的是()A.線速度vA＞vBB.角速度ωA＞ωBC.向心力FA＞FBD.向心加速度aA＞aB2．2021年3月24日，江油中學(xué)高一同學(xué)參加了九皇山游學(xué)研活動。同學(xué)們乘坐景區(qū)觀光車以恒定的速率經(jīng)過了許多外高內(nèi)低的盤山公路，最終到達(dá)了西羌酒店外的平壩。下列說法正確的是（）A.觀光車轉(zhuǎn)彎時受到了重力．支持力．摩擦力和向心力的作用B.觀光車以較大速度轉(zhuǎn)彎時，僅由摩擦力提供所需要的向心力C.觀光車以較大速度轉(zhuǎn)彎時，由重力和支持力的合力提供所需要的向心力D.盤山公路修建得外高內(nèi)低是為了避免觀光車向外側(cè)滑3．小球a．b分別通過長度相等的輕繩拴在O點，給a．b恰當(dāng)速度，使兩小球分別在不同水平面內(nèi)做勻速圓周運動，與豎直方向夾角為60°，與豎直方向夾角為30°，則a做圓周運動的周期與b做圓周運動的周期之比為（）A． B． C． D．4．如圖所示，物體A．B隨水平圓盤繞軸勻速轉(zhuǎn)動，物體B在水平方向所受的作用力有（）A.圓盤對B及A對B的摩擦力，兩力都指向圓心B.圓盤對B的摩擦力指向圓心，A對B的摩擦力背離圓心C.圓盤對B及A對B的摩擦力和向心力D.圓盤對B的摩擦力和向心力5．如圖所示，ABC為在豎直平面內(nèi)的金屬半圓環(huán)，AC為其水平直徑，AB為固定的直金屬棒，在金屬棒上和半圓環(huán)的BC部分分別套著兩個完全相同的小球M．N（視為質(zhì)點），B固定在半圓環(huán)的最低點。現(xiàn)讓半圓環(huán)繞對稱軸以角速度ω=rad/s勻速轉(zhuǎn)動，兩小球與半圓環(huán)恰好保持相對靜止。已知半圓環(huán)的半徑R=1m，金屬棒和半圓環(huán)均光滑，取重力加速度大小g=10m/s2，下列選項正確的是（）A.M．N兩小球做圓周運動的線速度大小之比vM∶vN=∶1B.M．N兩小球做圓周運動的線速度大小之比vM∶vN=∶1C.若稍微增大半圓環(huán)的角速度，小環(huán)M稍許靠近A點，小環(huán)N將到達(dá)C點D.若稍微增大半圓環(huán)的角速度，小環(huán)M將到達(dá)A點，小環(huán)N將稍許靠近C點6．如圖所示，放在粗糙水平圓盤上的物塊隨圓盤一起做勻速圓周運動。則該物塊（）A．可能受兩個力 B．可能受四個力C．所受合力大小不變 D．所受合力可能為零7．下列說法中正確的是（）A.曲線運動速度方向不斷改變，加速度方向不斷改變 B.平拋運動是勻變速運動C.勻速圓周運動加速度不變 D.圓周運動物體的合力等于向心力8．一輛質(zhì)量為的汽車，駛過一半徑為的凹形路面，已知車胎的最大承受力是。取重力加速度大小，為防止爆胎，安全行車的速度不得超過多少（）

A． B． C． D．9．“旋轉(zhuǎn)紐扣”是一種傳統(tǒng)游戲。如圖，先將紐扣繞幾圈，使穿過紐扣的兩股細(xì)繩擰在一起，然后用力反復(fù)拉繩的兩端，紐扣正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)會交替出現(xiàn)。拉動多次后，紐扣繞其中心的轉(zhuǎn)速可達(dá)50r/s，此時紐扣上距離中心1cm處的點向心加速度大小約為（）A.10m/s2 B.100m/s2 C.1000m/s2 D.10000m/s210．如圖所示小王同學(xué)雙手握單杠，身體伸直做小幅擺動，關(guān)于此過程以下說法正確的是

A.小王同學(xué)可視為質(zhì)點 B.衣服上鈕扣和鞋子的線速度相同C.擺到豎直位置時最容易掉落 D.兩手握的距離越大越省力11．汽車甲和汽車乙以相等的速率沿同一水平彎道做半徑相等的勻速圓周運動，汽車甲的質(zhì)量大于汽車乙的質(zhì)量。兩車的向心加速度分別為和；沿半徑方向受到的摩擦力分別為和以下說法正確的是（）A．小于 B．大于C．大于 D．等于12．如圖所示是玩具飛車的回環(huán)賽道，其底座固定，且賽道視為半徑為的光滑豎直圓軌道。一質(zhì)量為的無動力賽車被彈射出去后，在圓形軌道最低點以水平初速度向右運動。設(shè)重力加速度為，則下列說法正確的是（）A．當(dāng)時賽車在最低點對軌道的壓力為B．如果賽車能夠完成圓周運動，的最小值是C．如果賽車能夠完成圓周運動，其對軌道的最大壓力與最小壓力之差為D．如果賽車能夠完成圓周運動，其最大速度與最小速度之差為13．在醫(yī)學(xué)研究中，常常用超速離心機(jī)分離血液中的蛋白。如圖所示，用極高的角速度旋轉(zhuǎn)封閉的玻璃管一段時間后，管中的蛋白會按照不同的屬性而相互分離．分層，且密度大的出現(xiàn)在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的管底部。已知玻璃管繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時，管中兩種不同的蛋白P．Q相對于轉(zhuǎn)軸的距離分別為r和2r，則（）A．蛋白P受到的力有重力浮力和向心力B．蛋白P和蛋白Q的角速度之比為1：2C．蛋白P和蛋白Q的向心加速度之比為1：2D．蛋白P和蛋白Q的向心力之比為1：214．有一種叫“飛椅”的游樂項目，如圖所示，長為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)盤邊緣。轉(zhuǎn)盤可繞穿過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)盤以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，鋼繩與轉(zhuǎn)軸在同一豎直平面內(nèi)，與豎直方向的夾角為θ。不計鋼繩的重力。以下說法正確的是（）A．鋼繩的拉力大小為mω2LsinθB．鋼繩的拉力大小為C．如果角速度足夠大，可以使鋼繩成水平拉直D．兩個體重不同的人，擺開的夾角θ一樣大15．如圖所示，電風(fēng)扇正常轉(zhuǎn)動時，扇葉上P點繞軸做勻速圓周運動，則P點的()A.線速度保持不變B.角速度保持不變C.向心加速度不變D.向心加速度為0

參考答案與試題解析1．【答案】A【解析】【詳解】物體受力如圖：將FN沿水平和豎直方向分解得：FNcosθ=ma，F(xiàn)Nsinθ=mg．根據(jù)牛頓第二定律，合外力提供向心力，合外力相等，則向心力相等．可得：mgcotθ=ma=m=mω2R．可知半徑大的線速度大，角速度小．則A的線速度大于B的線速度，A的角速度小于B的角速度，A．B的向心加速度相等．故A正確，BCD錯誤．故選A．2．【答案】D【解析】【分析】【詳解】觀光車轉(zhuǎn)彎時受到了重力．支持力．摩擦力的作用，觀光車以較大速度轉(zhuǎn)彎時，由重力和支持力和摩檫力的合力提供所需要的向心力，盤山公路修建得外高內(nèi)低是為了避免觀光車向外側(cè)滑。故選D。3．【答案】B【解析】對球受力分析如圖根據(jù)牛頓第二定律解得則故B正確，ACD錯誤。故選B。4．【答案】B【解析】【分析】【詳解】AB．物體A．B在勻速轉(zhuǎn)動過程中所需的向心力均指向圓心，且均由摩擦力提供，所以物體B所受圓盤對其的摩擦力指向圓心，物體A所受B對其的摩擦力也指向圓心，根據(jù)牛頓第三定律可知，A對B的摩擦力背離圓心，A錯誤，B正確；CD．物體B受到圓盤和A對其的摩擦力，兩個摩擦力的合力提供向心力。由于向心力是效果力，它必須是由性質(zhì)力來提供，所以不能說A受到摩擦力和向心力，CD錯誤。故選B。5．【答案】D【解析】【分析】【詳解】AB．金屬棒AB與豎直方向夾角為45°，小球M受到重力和桿的支持力，在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，合力的方向沿水平方向，則有FN=mgtan45°=mωvM解得設(shè)半圓環(huán)的圓心為O，NO與豎直方向之間的夾角為θ，對小球N，根據(jù)牛頓第二定律FN′=mgtanθ=mωvN解得又FN′=mω2rr=Rsinθ聯(lián)立解得則有故AB錯誤；CD．設(shè)半圓環(huán)的圓心為O，NO與豎直方向之間的夾角為θ，對小球N，由牛頓第二定律mgtanθ=mω2rNrN=Rsinθ解得可見當(dāng)ω稍微增大時，cosθ會減小，θ增大，小球N將向C靠近，當(dāng)ω趨近無窮大，θ會趨近90°，即稍微增大半圓環(huán)的角速度，小環(huán)N將靠近C點而不會到達(dá)C點。對于小球M，由牛頓第二定律得mgtanβ=mω2rMβ是MO與豎直方向的夾角，可見小球M做勻速圓周運動時向心力大小是一定的，即為mgtanβ，當(dāng)角速度增大時，所需要的向心力增大，M將做離心運動，則圓周運動半徑rM將變大，所需向心力更大，故小球M將一直離心運動直到到達(dá)A點，故C錯誤，D正確。故選D。6．【答案】C【解析】ABD．由于物塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，則物快合力的方向指向圓心．提供向心力，對物塊受力分析有，支持力．重力和摩擦力，這里摩擦力指向圓心，提供向心力，ABD錯誤；C．由于物塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，則有F合=mrω2由于m．r．ω均不變，則物塊所受合力大小不變，C正確。故選C。7．【答案】B【解析】【詳解】A．曲線運動速度方向不斷改變，加速度方向不一定改變，A錯誤；B．平拋運動所受合外力不變，是勻變速運動，B正確；C．勻速圓周運動加速度方向變化，C錯誤；D．勻速圓周運動物體的合力等于向心力，D錯誤。故選B。8．【答案】C【解析】汽車行駛在凹形路面的最低點時，由牛頓第二定律得已知汽車的質(zhì)量m=2t=2×103kg，為防止爆胎，地面對輪胎的支持力FN≤40000N，代入上式求得安全行車的速度v≤10m/s=36km/h故選C。9．【答案】C【解析】【分析】【詳解】紐扣在轉(zhuǎn)動過程中由向心加速度故選C10．【答案】C【解析】【詳解】A．小王同學(xué)圍繞單杠做圓周運動，身體各部分的運動情況不同，不能看做質(zhì)點．故A錯誤．

B．由題意知身體各部分的角速度相等，衣服上鈕扣和鞋子到圓心即單杠的距離不相等，所以線速度v=ωr不相等．故B錯誤．

C．小王同學(xué)擺到豎直位置時速度最大，需要的向心力最大，最容易掉落．故C正確．

D．做圓周運動的向心力由量手臂的拉力的合力提供，在合力一定的情況下，兩力的夾角越大，兩力越大，不省力．故D錯誤．11．【答案】C【解析】AB．根據(jù)向心加速度公式，有依題意，兩車速率和半徑均相等，則故AB錯誤；CD．根據(jù)公式，有汽車甲的質(zhì)量大于汽車乙的質(zhì)量，故大于。故C正確；D錯誤。故選C。12．【答案】C【解析】A．當(dāng)時賽車在最低點時，則解得賽車對軌道的壓力為選項A錯誤；BD．如果賽車能夠完成圓周運動，則在最高點時最小速度由最低點到最高點解得的最小值是此時賽車的最大速度與最小速度之差為選項BD錯誤；C．如果賽車能夠完成圓周運動，則在最高點時由最低點到最高點在最低點時解得其對軌道的最大壓力與最小壓力之差為選項C正確；故選C。13．【答案】C【解析】A．蛋白P受到的力有重力浮力和水平方向的壓力。A錯誤；B．蛋白P和蛋白Q共軸轉(zhuǎn)動，角速度相同。B錯誤；C．根據(jù)可得蛋白P和蛋白Q的向心加速度之比為1：2。C正確；D．因為不確定兩種蛋白的質(zhì)量關(guān)系，所以無法確定向心力之比。D錯誤。故選C。14．【答案】