課時(shí)跟蹤檢測（十六） 離心現(xiàn)象

6/6課時(shí)跟蹤檢測（十六）離心現(xiàn)象A級(jí)——學(xué)考達(dá)標(biāo)1.某同學(xué)用細(xì)繩牽引小沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示。不計(jì)空氣阻力，關(guān)于沙袋做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小，下列判斷正確的是()A．等于細(xì)繩拉力B．大于細(xì)繩拉力C．等于細(xì)繩拉力與沙袋重力的合力D．大于細(xì)繩拉力與沙袋重力的合力解析：選C對(duì)沙袋受力分析，受豎直向下的重力、沿繩斜向上的拉力，而沙袋做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力與沙袋處于同一水平面并指向圓心，所以重力和細(xì)繩拉力的合力提供向心力，根據(jù)平行四邊形定則可知此合力小于細(xì)繩拉力，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。2．(2023·漳州高一檢測)(多選)離心現(xiàn)象有利有弊，有時(shí)應(yīng)利用，有時(shí)應(yīng)防止。如圖所示的四種情形中，屬于利用離心現(xiàn)象的是()A．甲圖：民間藝人在制作棉花糖B．乙圖：洗衣機(jī)甩干時(shí)內(nèi)筒在高速旋轉(zhuǎn)C．丙圖：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，不得超速通過D．丁圖：高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速解析：選AB制作棉花糖的過程中，糖熔化后被甩出，做離心運(yùn)動(dòng)，是應(yīng)用了離心現(xiàn)象，故A正確；洗衣機(jī)脫水利用了水在高速旋轉(zhuǎn)，附著力小于向心力時(shí)做離心運(yùn)動(dòng)，是應(yīng)用了離心現(xiàn)象，故B正確；火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，按規(guī)定速度通過是為了防止離心現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)速很高的砂輪所需向心力很大，則可能出現(xiàn)斷裂，從而出現(xiàn)離心現(xiàn)象，故為了防止離心現(xiàn)象，應(yīng)使轉(zhuǎn)速不超過允許的最大速度，故D錯(cuò)誤。3.如圖所示，游樂場的過山車載著游客高速通過豎直圓形軌道。游客能夠頭朝下腳朝上安全通過軌道最高點(diǎn)而不會(huì)掉下來的原因是()A．游客被安全帶緊緊綁在座椅上B．游客在最高點(diǎn)受到豎直向上的離心力的作用C．游客在高速通過最高點(diǎn)時(shí)需要的向心力大于本身的重力D．游客受到重力、座椅的彈力和向心力的共同作用保持平衡解析：選C離心現(xiàn)象是因?yàn)槲矬w所受的力不足以提供向心力，而有遠(yuǎn)離圓心運(yùn)動(dòng)的趨勢的現(xiàn)象，不是力的作用，故B錯(cuò)誤；向心力是效果力，由某一個(gè)力或者某一個(gè)力的分力或幾個(gè)力的合力提供，受力分析時(shí)，只能分析性質(zhì)力，不能分析效果力，故D錯(cuò)誤；在過山車做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，在最高點(diǎn)不下落的臨界條件是：重力等于所需向心力，當(dāng)所需要的向心力大于重力的時(shí)候，重力全部提供為游客做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以游客不會(huì)往下掉，故C正確；游客系上安全帶是為了防止過山車出故障時(shí)速度減小或停下，導(dǎo)致重力大于所需向心力而掉下來，故A錯(cuò)誤。4.(2023·濟(jì)南高一檢測)在牛奶脫脂時(shí)，應(yīng)用的是離心分離術(shù)。牛奶中的脫脂奶和奶油(脂肪球)，前者密度大，后者密度小。將牛奶從下方中央的進(jìn)液口注入離心機(jī)，當(dāng)離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，脫脂奶和奶油就會(huì)被分離，其中靠近中心轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)鼓軸)的液體從左側(cè)出液口排出，而靠近轉(zhuǎn)鼓壁的液體從右側(cè)的出液口排出，如圖所示。下列判斷正確的是()A．右側(cè)的出液口排出的是奶油B．左側(cè)的出液口排出的是密度較小的液體C．降低離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，牛奶容易脫脂D．提高離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，牛奶不易脫脂解析：選B由于脫脂奶密度大，容易發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，所以脫脂奶運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)鼓壁，沿著轉(zhuǎn)鼓壁出口從右側(cè)的出液口排出；而奶油密度小，不易發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，所以奶油從左側(cè)的出液口排出，A錯(cuò)誤，B正確；降低離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，牛奶不容易脫脂；只有提高離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，才能容易實(shí)現(xiàn)脫脂，C、D錯(cuò)誤。5.如圖所示，質(zhì)量相等的汽車甲和汽車乙，以相等的速率沿同一水平彎道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，汽車甲在汽車乙的外側(cè)。兩車沿半徑方向受到的摩擦力大小分別為f甲和f乙，以下說法正確的是()A．f甲＜f乙B．f甲＝f乙C．f甲＞f乙D．f甲和f乙的大小均與汽車速率無關(guān)解析：選A汽車在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，摩擦力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即f＝F向＝meq\f(v2,r)，由于m甲＝m乙，v甲＝v乙，r甲＞r乙，即f甲＜f乙，A正確。6.如圖所示是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時(shí)的情形。轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托車轉(zhuǎn)彎有一個(gè)最大安全速度，若超過此速度，摩托車將向外滑動(dòng)。對(duì)于摩托車滑動(dòng)的問題，下列論述正確的是()A．摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力的作用B．摩托車所受外力的合力小于所需的向心力C．摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑出去D．摩托車將沿其半徑方向沿直線滑出去解析：選B摩托車只受重力、牽引力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，A錯(cuò)誤；摩托車正常轉(zhuǎn)彎時(shí)可看作是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受的合力等于向心力，如果向外滑動(dòng)，說明提供的向心力即合力小于需要的向心力，B正確；摩托車將沿曲線做離心運(yùn)動(dòng)，C、D錯(cuò)誤。7．(多選)離心沉淀器可以加速物質(zhì)的沉淀，如圖甲是其示意圖，試管中先裝水，再加入粉筆灰粉末后攪拌均勻，當(dāng)試管繞豎直軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)試管幾乎成水平狀態(tài)，如圖乙所示，然后可觀察到粉筆灰粉末沉淀在試管的遠(yuǎn)端。則()A．旋轉(zhuǎn)越快，試管的高度越低B．粉筆灰粉末向試管的遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)是一種離心現(xiàn)象C．旋轉(zhuǎn)越快，粉筆灰粉末的沉淀現(xiàn)象越明顯D．旋轉(zhuǎn)越快，粉筆灰粉末的沉淀現(xiàn)象越不明顯解析：選BC對(duì)試管整體分析，整體受到的合力提供向心力，設(shè)試管中心線與豎直方向夾角為α，則向心力為F向＝mgtanα＝mrω2，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，角速度增大，需要的向心力增大，故角度α增大，試管越高，A錯(cuò)誤；離心沉淀器是一種離心設(shè)備，不同的物質(zhì)混合，當(dāng)離心沉淀器工作時(shí)，會(huì)發(fā)生離心現(xiàn)象，B正確；轉(zhuǎn)速越快，所需向心力越大，粉筆灰粉末沉淀越明顯，C正確，D錯(cuò)誤。8．(2023·青島學(xué)考檢測)如圖甲所示，汽車通過半徑為r的拱形橋，在最高點(diǎn)處速度達(dá)到v時(shí)，駕駛員對(duì)座椅的壓力恰好為零。若把地球看成大“拱形橋”，當(dāng)另一輛“汽車”速度達(dá)到某一值時(shí)，駕駛員對(duì)座椅的壓力也恰好為零，如圖乙所示。設(shè)地球半徑為R，則圖乙中的“汽車”速度為()A.eq\f(R,r)v B.eq\f(r,R)vC.eq\r(\f(R,r))v D.eq\r(\f(r,R))v解析：選C在題圖甲中，設(shè)汽車質(zhì)量為m，汽車到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)由重力提供向心力，有mg＝meq\f(v2,r)，故重力加速度為g＝eq\f(v2,r)，在題圖乙中另一輛“汽車”繞著地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，也由重力提供向心力，有m′g＝m′eq\f(v′2,R)，解得“汽車”的速度v′＝eq\r(\f(R,r))v，C正確。9．航母上的艦載機(jī)一般采用滑躍式起飛，故甲板是由水平甲板AB和上翹甲板BC兩部分構(gòu)成，如圖。為了便于研究艦載機(jī)的起飛過程，假設(shè)上翹甲板BC是與水平甲板AB相切的一段圓弧，AB長L1＝150m，BC水平投影L2＝63m，圖中C點(diǎn)切線方向與水平方向的夾角θ＝12°(sin12°≈0.21)。若艦載機(jī)從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t＝6s到達(dá)B點(diǎn)進(jìn)入BC。已知飛行員的質(zhì)量m＝60kg，g取10m/s2，求：(1)艦載機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的過程中，飛行員受到的水平力所做功W；(2)艦載機(jī)剛進(jìn)入BC時(shí)，飛行員受到豎直向上的彈力N多大。解析：(1)艦載機(jī)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)其剛進(jìn)入上翹甲板時(shí)的速度為v，則有eq\f(v,2)＝eq\f(L1,t)①根據(jù)動(dòng)能定理，有W＝eq\f(1,2)mv2－0②聯(lián)立①②式，代入數(shù)據(jù)，得W＝7.5×104J。③(2)設(shè)上翹甲板所對(duì)應(yīng)的圓弧半徑為R，根據(jù)幾何關(guān)系，有L2＝Rsinθ④由牛頓第二定律，有N－mg＝meq\f(v2,R)⑤聯(lián)立①④⑤式，代入數(shù)據(jù)，得N＝1.1×103N。⑥答案：(1)7.5×104J(2)1.1×103NB級(jí)——選考進(jìn)階10.雨天在野外騎車時(shí)，自行車的后輪輪胎上常會(huì)黏附一些泥巴，行駛時(shí)感覺很“沉重”，如果將自行車后輪撐起，使后輪離開地面而懸空，然后用手勻速搖腳踏板，使后輪飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，泥巴就被甩下來，如圖所示，圖中a、b、c、d為后輪輪胎邊緣上的四個(gè)特殊位置，則()A．泥巴在圖中a、c位置的向心加速度大于b、d位置的向心加速度B．泥巴在圖中的b、d位置時(shí)最容易被甩下來C．泥巴在圖中的c位置時(shí)最容易被甩下來D．泥巴在圖中的a位置時(shí)最容易被甩下來解析：選C當(dāng)后輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)向心加速度公式an＝ω2r可得a、b、c、d四個(gè)位置的向心加速度大小相等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。泥巴做圓周運(yùn)動(dòng)，其所受的合力提供向心力，根據(jù)F＝mω2r知泥巴在車輪邊緣上每一個(gè)位置的所需向心力大小相等，當(dāng)其所受的合力小于所需向心力時(shí)做離心運(yùn)動(dòng)，即所能提供的合力越小越容易被甩下來。泥巴在最低點(diǎn)c位置時(shí)，重力向下，附著力向上，合力等于附著力減重力，泥巴在最高點(diǎn)a位置時(shí)，重力向下，附著力向下，合力等于重力加附著力，泥巴在b、d位置時(shí)，合力等于附著力，所以泥巴在最低點(diǎn)c位置時(shí)合力最小，最容易被甩下來，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤，C正確。11.如圖所示，一輛廂式貨車在水平路面上做轉(zhuǎn)彎測試，圓弧形彎道的半徑R＝8m，車輪與路面間的最大徑向靜摩擦力為車對(duì)路面壓力的0.8。貨車內(nèi)頂部用細(xì)線懸掛一個(gè)小球P，在懸點(diǎn)O處裝有拉力傳感器。車沿平直路面做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器的示數(shù)F＝4N。重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6。(1)該貨車在此圓弧形彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止側(cè)滑，貨車的最大速度vmax是多大？(2)該貨車某次在此彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定后傳感器的示數(shù)為F′＝5N，此時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角θ是多大？貨車的速度v′有多大？解析：(1)設(shè)貨車的總質(zhì)量為M，轉(zhuǎn)彎時(shí)恰好不發(fā)生側(cè)滑時(shí)，貨車有最大速度，有μMg＝eq\f(Mvmax2,R)解得vmax＝8m/s。