备战2020年高考物理计算题专题复习《向心力的计算》(解析版)

高一物理下册《向心力计算题综合复习》例1.长度为L＝0.5m的轻质细杆OA，A端有一质量为m＝3.0kg的小球，如图所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动（g取10m/s2）。

（1）通过最高点时小球的速率是2.0m/s，计算此时细杆OA受到的弹力；（2）通过最高点时小球的速率是3.0m/s，计算此时细杆OA受到的弹力。

例2.如图，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。

现测得转台半径R＝0.5m，离水平地面的高度H＝0.8m，物块平抛落地过程水平位移的大小s＝0.4m。

设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10m/s2；求：（1）物块做平抛运动的初速度大小v0；（2）物块与转台间的动摩擦因数μ。

例3.如图所示，质量为m的木块，用一轻绳拴着，置于很大的水平转盘上，细绳穿过转盘中央的细管，与质量也为m的小球相连，木块与转盘间的最大静摩擦力为其重力的μ倍（μ＝0.2），当转盘以角速度ω＝4rad/s匀速转动时，要保持木块与转盘相对静止，木块转动半径的范围是多少？（g取10m/s2）例4.如图所示，一根长为0.5m的轻质细线，一端系着一个质量为0.8kg的小球（可视为质点），另一端固定在光滑圆锥体顶端，圆锥顶角的一半θ＝37°（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8），g取10m/s2；求：当小球随圆锥体围绕其中心轴线一起以ω＝5rad/s做匀速圆周运动时，小球受到绳子的拉力与圆锥体的支持力。

例5.如图所示，一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角θ＝60°，一条长度为L的绳（质量不计），一端固定在圆锥体的顶点O处，另一端拴着一个质量为m的小球（可看成质点），小球以角速度ω绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动。

求：当小球以的角速度转动时所受拉力F T和支持力F N大小。

《曲线运动综合题》一、计算题1.如图，一不可伸长的轻绳上端悬挂于O点，下端系一质量的小球．现将小球拉到A点保持绳绷直由静止释放，当它经过B点时绳恰好被拉断，小球平抛后落在水平地面上的C点．地面上的D点与OB在同一竖直线上，已知绳长，B点离地高度，A、B两点的高度差，重力加速度g取，不计空气影响，求：地面上DC两点间的距离s；轻绳所受的最大拉力大小．2.质量为的小球从距水平地面高为h的位置以的速度水平抛出，小球抛出点与落地点之间的水平距离为，不计空气阻力，取求：小球在空中飞行的时间t；小球抛出时的高度h；小球下落过程中重力做的功W。

3.如图所示，半径的光滑圆弧轨道BCD与足够长的传送带DE在D处平滑连接，O为圆弧轨道BCD的圆心，C点为圆弧轨道的最低点，半径OB、OD与OC 的夹角分别为和传送带以的速度沿顺时针方向匀速转动，将一个质量的煤块视为质点从B点左侧高为处的A点水平抛出，恰从B 点沿切线方向进入圆弧轨道．已知煤块与轨道DE间的动摩擦因数，重力加速度g取，，求：煤块水平抛出时的初速度大小；煤块第一次到达圆弧轨道BCD上的D点对轨道的压力大小；煤块第一次离开传送带前，在传送带DE上留下痕迹可能的最长长度．结果保留2位有效数字4.如图所示为竖直放置的四分之一圆弧轨道，O点是其圆心，半径，OA水平、OB竖直。

轨道底端距水平地面的高度。

从轨道顶端A由静止释放一个质量的小球，小球到达轨道底端B时，恰好与静止在B点的另一个相同的小球发生碰撞，碰后它们粘在一起水平飞出，落地点C与B点之间的水平距离。

忽略空气阻力，重力加速度求：两球从B点飞出时的速度大小；碰撞前瞬间入射小球的速度大小；从A到B的过程中小球克服阻力做的功。

5.如图，质量均为2m的木板A、B并排静止在光滑水平地面上，A左端紧贴固定于水平面的半径为R的四分之一圆弧底端，A与B、A与圆弧底端均不粘连。

质量为m 的小滑块C从圆弧顶端由静止滑下，经过圆弧底端后，沿A的上表面从左端水平滑上A，并在恰好滑到B的右端时与B一起匀速运动。

《万有引力定律》一、计算题1.2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，并通过“鹊桥”中继卫星传回了第一张近距离拍摄月球背面的图片。

此次任务实现了人类探测器首次在月球背面软着陆、首次在月球背面通过中继卫星与地球通讯，因而开启了人类探索月球的新篇章。

探测器在月球背面着陆的难度要比在月球正面着陆大很多。

其主要原因在于：由于月球的遮挡，着陆前探测器将无法和地球之间实现通讯。

2018年5月，我国发射了一颗名为“鹊桥”的中继卫星，在地球和月球背面的探测器之间搭了一个“桥”，从而有效地解决了通讯问题。

为了实现通讯和节约能量，“鹊桥”的理想位置就是围绕“地—月”系统的一个拉格朗日点运动，如图1所示。

所谓“地—月”拉格朗日点是指空间中的某个点，在该点放置一个质量很小的天体，该天体仅在地球和月球的万有引力作用下保持与地球和月球的相对位置不变。

设地球质量为M，月球质量为m，地球中心和月球中心间的距离为L，月球绕地心运动，图1中所示的拉格朗日点到月球球心的距离为r。

推导并写出r与M、m和L之间的关系式。

地球和太阳组成的“日—地”系统同样存在拉格朗日点，图2为“日—地”系统示意图，请在图中太阳和地球所在直线上用符号“”标记出几个可能拉格朗日点的大概位置。

2.利用万有引力定律可以测量天体的质量．英国物理学家卡文迪许，在实验室里巧妙地利用扭秤装置，比较精确地测量出了引力常量的数值，他把自己的实验说成是“称量地球的质量”．已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，引力常量为若忽略地球自转的影响，求地球的质量．测“双星系统”的总质量所谓“双星系统”，是指在相互间引力的作用下，绕连线上某点O做匀速圆周运动的两个星球A和B，如图所示．已知A、B间距离为L，A、B绕O点运动的周期均为T，引力常量为G，求A、B的总质量．测月球的质量若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成“双星系统”已知月球的公转周期为，月球、地球球心间的距离为你还可以利用、中提供的信息，求月球的质量．3.如图所示是“月亮女神”、“嫦娥1号”绕月做圆周运行时某时刻的图片，用、、、、分别表示“月亮女神”和“嫦娥1号”的轨道半径及周期，用R表示月亮的半径．请用万有引力知识证明：它们遵循其中k是只与月球质量有关而与卫星无关的常量经多少时间两卫星第一次相距最远；请用所给“嫦娥1号”的已知量．估测月球的平均密度．4.2014年10月8日，月全食带来的“红月亮”亮相天空，引起人们对月球的关注。

课时分层作业(五)向心力题组一对匀速圆周运动向心力的理解1．(多选)对于做匀速圆周运动的物体，下列判断正确的是()A．合力的大小不变，方向一定指向圆心B．合力的大小不变，方向也不变C．合力产生的效果既改变速度的方向，又改变速度的大小D．合力产生的效果只改变速度的方向，不改变速度的大小[答案]AD2．如图所示，在水平冰面上，狗拉着雪橇做匀速圆周运动，O点为圆心。

能正确表示雪橇受到的牵引力F及摩擦力F f的图是()A B C D[答案] C3．如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体与圆筒一起运动，物体相对筒壁静止，则()A．物体受到4个力的作用B．物体所受向心力是物体所受的重力提供的C．物体所受向心力是物体所受的弹力提供的D．物体所受向心力是物体所受的静摩擦力提供的C[对物体受力分析如图：物体受重力、静摩擦力和筒壁的弹力三个力作用，竖直方向上重力与静摩擦力平衡，水平方向上弹力指向圆心，提供向心力，故C正确，A、B、D错误。

] 4．(多选)如图所示，一小球用细绳悬挂于O点，将其拉离竖直位置一个角度后释放，则小球以O点为圆心做圆周运动，提供运动中小球所需向心力的是()A．绳的拉力B．重力和绳拉力的合力C．重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力D．绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力CD[如图所示，对小球进行受力分析，它受到重力和绳的拉力作用，向心力是指向圆心方向的合力。

因此，它可以是小球所受合力沿绳方向的分力，也可以是各力沿绳方向的分力的合力。

故选项C、D正确。

]题组二实验：探究影响向心力大小的因素5．用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。

(1)本实验采用的科学方法是________。

A．控制变量法B．累积法C．微元法D．放大法(2)通过本实验可以得到的结果是________。

A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比[解析](1)在本实验中，使半径、角速度和质量这三个物理量中的两个保持不变，来研究向心力与第三个物理量之间的关系，故采用控制变量法，A正确。

向⼼⼒典型例题（附问题详解）1、如图所⽰，半径为r的圆筒，绕竖直中⼼轴OO′转动，⼩物块a靠在圆筒的内壁上，它与圆筒的动摩擦因数为µ，现要使a不下滑，则圆筒转动的⾓速度ω⾄少为（）A. B. C. D.2、下⾯关于向⼼⼒的叙述中，正确的是（）A.向⼼⼒的⽅向始终沿着半径指向圆⼼，所以是⼀个变⼒B.做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作⽤外，还⼀定受到⼀个向⼼⼒的作⽤C.向⼼⼒可以是重⼒、弹⼒、摩擦⼒中的某个⼒，也可以是这些⼒中某⼏个⼒的合⼒，或者是某⼀个⼒的分⼒D.向⼼⼒只改变物体速度的⽅向，不改变物体速度的⼤⼩3、关于向⼼⼒的说法，正确的是（）A.物体由于做圆周运动⽽产⽣了⼀个向⼼⼒B.向⼼⼒不改变圆周运动物体速度的⼤⼩C.做匀速圆周运动的物体其向⼼⼒即为其所受的合外⼒D.做匀速圆周运动的物体其向⼼⼒⼤⼩不变5、如图所⽰，质量为m的⽊块，从半径为r的竖直圆轨道上的A点滑向B点，由于摩擦⼒的作⽤，⽊块的速率保持不变，则在这个过程中A.⽊块的加速度为零B.⽊块所受的合外⼒为零C.⽊块所受合外⼒⼤⼩不变，⽅向始终指向圆⼼D.⽊块所受合外⼒的⼤⼩和⽅向均不变6、甲、⼄两名溜冰运动员，M甲=80 kg,M⼄=40 kg，⾯对⾯拉着弹簧秤做圆周运动的溜冰表演，如图所⽰，两个相距0.9 m，弹簧秤的⽰数为9.2 N，下列判断正确的是（）A.两⼈的线速度相同，约为40 m/sB.两⼈的⾓速度相同，为6 rad/sC.两⼈的运动半径相同，都是0.45 mD.两⼈的运动半径不同，甲为0.3 m,⼄为0.6 m7、如图所⽰，在匀速转动的圆筒内壁上有⼀物体随圆筒⼀起转动⽽未滑动.若圆筒和物体以更⼤的⾓速度做匀速转动，下列说法正确的是（）A.物体所受弹⼒增⼤，摩擦⼒也增⼤B.物体所受弹⼒增⼤，摩擦⼒减⼩C.物体所受弹⼒减⼩，摩擦⼒也减⼩D.物体所受弹⼒增⼤，摩擦⼒不变8、⽤细绳拴住⼀球，在⽔平⾯上做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（）A.当转速不变时，绳短易断B.当⾓速度不变时，绳短易断C.当线速度不变时，绳长易断D.当周期不变时，绳长易断9、如图,质量为m的⽊块从半径为R的半球形的碗⼝下滑到碗的最低点的过程中，如果由于摩擦⼒的作⽤使得⽊块的速率不变A.因为速率不变，所以⽊块加速度为零 C.⽊块下滑过程中的摩擦⼒⼤⼩不变B.⽊块下滑的过程中所受的合外⼒越来越⼤D.⽊块下滑过程中的加速度⼤⼩不变,⽅向时刻指向球⼼解析：⽊块做匀速圆周运动，所受合外⼒⼤⼩恒定，⽅向时刻指向圆⼼，故选项A、B不正确.在⽊块滑动过程中，⼩球对碗壁的压⼒不同，故摩擦⼒⼤⼩改变,C错. 答案：D10、如图所⽰，在光滑的以⾓速度ω旋转的细杆上穿有质量分别为m和M的两球，两球⽤轻细线连接.若M＞m，则（）A.当两球离轴距离相等时，两球相对杆不动B.当两球离轴距离之⽐等于质量之⽐时，两球相对杆都不动C.若转速为ω时，两球相对杆都不动，那么转速为2ω时两球也不动D.若两球相对杆滑动，⼀定向同⼀⽅向，不会相向滑动解析：由⽜顿第三定律可知M、m间的作⽤⼒相等，即F M=F m，F M=Mω2r M，F m=m ω2rm，所以若M、m不动，则r M∶rm=m∶M，所以A、B不对，C对（不动的条件与ω⽆关）.若相向滑动，⽆⼒提供向⼼⼒，D对. 答案：CD11、⼀物体以4m/s的线速度做匀速圆周运动，转动周期为2s，则物体在运动过程的任⼀时刻，速度变化率的⼤⼩为（）A.2m/s2B.4m/s2C.0D.4π m/s2ω=2π/T=2π/2=π v=ω*r 所以r=4/π a=v∧2/r=16/(4/π)=4π12、在⽔平路⾯上安全转弯的汽车，向⼼⼒是（）A.重⼒和⽀持⼒的合⼒B.重⼒、⽀持⼒和牵引⼒的合⼒C 汽车与路⾯间的静摩擦⼒ D.汽车与路⾯间的滑动摩擦⼒⼆、⾮选择题【共3道⼩题】1、如图所⽰，半径为R的半球形碗内，有⼀个具有⼀定质量的物体A，A与碗壁间的动摩擦因数为µ，当碗绕竖直轴OO′匀速转动时，物体A刚好能紧贴在碗⼝附近随碗⼀起匀速转动⽽不发⽣相对滑动，求碗转动的⾓速度.分析：物体A随碗⼀起转动⽽不发⽣相对滑动，物体做匀速圆周运动的⾓速度ω就等于碗转动的⾓速度ω.物体A做匀速圆周运动所需的向⼼⼒⽅向指向球⼼O，故此向⼼⼒不是重⼒⽽是由碗壁对物体的弹⼒提供，此时物体所受的摩擦⼒与重⼒平衡.解析：物体A做匀速圆周运动，向⼼⼒：F n=mω2R⽽摩擦⼒与重⼒平衡，则有µF n=mg 即F n=mg/µ由以上两式可得：mω2R= mg/µ即碗匀速转动的⾓速度为：ω=.2、汽车沿半径为R的⽔平圆跑道⾏驶，路⾯作⽤于车的摩擦⼒的最⼤值是车重的1/10，要使汽车不致冲出圆跑道，车速最⼤不能超过多少?解析：跑道对汽车的摩擦⼒提供向⼼⼒，1/10mg=mv2/r，所以要使汽车不致冲出圆跑道，车速最⼤值为v=. 答案：车速最⼤不能超过3、⼀质量m=2 kg的⼩球从光滑斜⾯上⾼h=3.5 m处由静⽌滑下，斜⾯的底端连着⼀个半径R=1 m的光滑圆环（如图所⽰），则⼩球滑⾄圆环顶点时对环的压⼒为_____________，⼩球⾄少应从多⾼处静⽌滑下才能通过圆环最⾼点，hmin=_________(g=10 m/s2).匀速圆周运动典型问题剖析匀速圆周运动问题是学习的难点，也是⾼考的热点，同时它⼜容易和很多知识综合在⼀起，形成能⼒性很强的题⽬，如除⼒学部分外，电学中“粒⼦在磁场中的运动”涉及的很多问题仍然要⽤到匀速圆周运动的知识，对匀速圆周运动的学习可重点从两个⽅⾯掌握其特点，⾸先是匀速圆周运动的运动学规律，其次是其动⼒学规律，现就各部分涉及的典型问题作点滴说明。

《热力学定律综合题》一、计算题1.如图所示图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280J，放出热量410J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中气体对外界做功200J．求：过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？2.图中A、B气缸的长度和截面积分别为30cm和，C是可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门。

整个装置均由导热材料制成。

起初阀门关闭，A内有压强帕的氮气。

B内有压强帕的氧气。

阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡。

假定氧气和氮气均为理想气体，连接气缸的管道体积可忽略。

求：活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；活塞C移动过程中A中气体是吸热还是放热简要说明理由。

3.薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下，某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数，其中t为渗透持续时间，S为薄膜的面积，d为薄膜的厚度，为薄膜两侧气体的压强差．k称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系数愈小，材料的气密性能愈好．图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI为渗透室，U 形管左管上端与渗透室相通，右管上端封闭；U形管内横截面积实验中，首先测得薄膜的厚度，再将薄膜固定于图中处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积，下面部分连同U形管左管水面以上部分的总容积为，薄膜能够透气的面积打开开关、与大气相通，大气的压强，此时U形管右管中气柱长度，关闭、后，打开开关，对渗透室上部分迅速充气至气体压强，关闭并开始计时．两小时后，U形管左管中的水面高度下降了实验过程中，始终保持温度为求该薄膜材料在时对空气的透气系数．本实验中由于薄膜两侧的压强差在实验过程中不能保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计时结束时的压强差的平均值来代替公式中的普适气体常量，．4.地面上放一开口向上的气缸，用一质量为的活塞封闭一定质量的气体，不计一切摩擦，外界大气压为活塞截面积为重力加速度g取，则活塞静止时，气体的压强为多少？若用力向下推活塞而压缩气体，对气体做功为，同时气体通过气缸向外传热，则气体内能变化为多少？5.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其图象如图所示。

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第五章圆周运动专题29 探究向心力第一部分知识点精讲1．实验目的：(1)学会使用向心力演示器；(2)通过实验探究向心力与半径、角速度、质量的关系。

2．实验仪器：向心力演示器(如图)，三个金属球(半径相同，其中两个为质量相同的钢球，另一个为质量是钢球一半的铝球)。

3．实验原理如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。

使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。

球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。

根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。

4．实验步骤及观察结果(1)调整标尺，使两根标尺起点和套筒上口处于同一水平面上，皮带放在第一挡，转速为1∶1的皮带盘处，质量相同的两钢球分别放在两个槽上半径相等的横臂挡板内侧，然后摇动手柄，观察到标尺读数始终相等。

(2)将长槽上钢球由第一挡板内侧移至第二挡板内侧，此时两个质量相同的钢球转动半径之比为2∶1，转动手柄，观察到标尺格数之比为2∶1。

(3)将长槽上的钢球换成铝球，并移至第一挡板内侧，两个金属球质量比为1∶2，转动手柄，观察到标尺格数之比为1∶2。

(4)把皮带放在第二挡，转速之比为2∶1，将长槽上铝球换成钢球，转动手柄，两球角速度之比为2∶1，观察到标尺格数之比为4∶1。

(5)将皮带放在第三挡，转速之比为3∶1，转动手柄，两球角速度之比为3∶1，观察到标尺格数之比为9∶1。

5．实验结论由步骤(1)及其结果可知，半径、角速度、质量相同时，向心力大小相同；由步骤(2)及其结果可知，角速度、质量相同时，向心力与半径成正比；由步骤(3)及其结果可知，半径、角速度相同时，向心力与质量成正比；由步骤(4)(5)及其结果可知，半径、质量相同时，向心力与角速度的平方成正比。

第三部分专项提能优化训练专题3.2 向心力的来源分析与计算目录一、从动力学角度分析向心力来源 (1)类型1单一性质的力提供向心 (3)类型2多种性质的力的合力提供向心力 (5)二、从向心力来源角度分析圆周运动的临界问题 (7)类型1水平面上的圆周运动 (8)类型2竖直平面内的圆周运动 (11)类型3复合场中的圆周运动 (13)三．专题强化训练 (15)一、从动力学角度分析向心力来源做圆周运动的物体必须有外力提供其向心力，向心力既可以由某一个力来提供，也可以是由几个力的合力或某一个力的分力来提供。

圆周运动及其相关问题，往往都需要寻找向心力来源，然后根据“供”“需”关系列出合外力提供向心力的动力学关系式求解相关问题。

【例1】如图所示，平面直角坐标系xOy的x轴上固定一带负电的点电荷A，一带正电的点电荷B绕A在椭圆轨道上沿逆时针方向运动，椭圆轨道的中心在O点，P1、P2、P3、P4为椭圆轨道与坐标轴的交点。

为使B绕A做圆周运动，某时刻起在此空间加一垂直于xOy平面的匀强磁场，不计B受到的重力。

下列说法中可能正确的是()A．当B运动到P1点时，加一垂直于xOy平面向里的匀强磁场B．当B运动到P2点时，加一垂直于xOy平面向外的匀强磁场C．当B运动到P3点时，加一垂直于xOy平面向里的匀强磁场D．当B运动到P4点时，加一垂直于xOy平面向外的匀强磁场【答案】C【解析】过P1点以A点为圆心的圆如图所示当点电荷B运动到P1点时，加一垂直于xOy平面向里的匀强磁场，根据左手定则可知点电荷B受到的洛伦兹力方向指向A，点电荷B一定相对于原来的轨道做向心运动，不可能在轨道1上做匀速圆周运动，故A错误；当B运动到P2点或P4点时，加一垂直于xOy平面向外的匀强磁场，根据左手定则可知粒子受到的洛伦兹力方向向外，洛伦兹力和电场力的合力不指向A点，不可能绕A做匀速圆周运动，故B、D错误；当B运动到P3点时，加一垂直于xOy平面向里的匀强磁场，根据左手定则可知洛伦兹力方向指向A，此时粒子相对于原来的椭圆做向心运动，可能绕图中轨道2做匀速圆周运动，其向心力为洛伦兹力和电场力的合力，故C正确。

高二物理向心力公式试题答案及解析1.如图所示，AB为竖直转轴，细绳AC和BC的结点C系一质量为m的小球，两绳能承担的最大拉力均为2mg。

当AC和BC均拉直时∠ABC=90°，∠ACB=53°，BC=1m。

ABC能绕竖直轴AB匀速转动，因而C球在水平面内做匀速圆周运动。

当小球的线速度增大时，两绳均会被拉断，则最先被拉断那根绳及另一根绳被拉断时的速度分别为A．AC 5m/s B．BC 5m/s C．AC5.24m/s D．BC 5.24m/s【答案】B【解析】据题意，小球转动时向心力为：，此时设BC绳刚好拉断则拉力为：，此时AC绳拉力为：，即，说明BC绳先拉断；当AC绳拉断时，有，此时由于小球重力等于mg，则AC绳与水平方向夹角等于，有：，此时小球转动半径为：，即，故选项B正确。

【考点】本题考查向心力。

2.下列关于向心力的说法正确的是（）A．物体由于做圆周运动而产生一个向心力B．做匀速圆周运动的物体，向心力为零C．向心力只改变物体的运动方向，而不改变物体速度的大小D．做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的【答案】C【解析】向心力不是产生的力，也不是受到的力，选项A错；当物体做圆周运动时，一定有力提供向心力，由此可知选项B错；向心力时刻指向圆心，选项D错误；向心力只改变速度方向，选项C正确；故选C【考点】考查向心力的概念点评：本题难度较小，向心力是一个效果力，方向时刻指向圆心3.如图所示为一皮带传动装置，右轮半径为r，a点在它的边缘上．左轮半径为2r，b点在它的边缘上．若在传动过程中，皮带不打滑，则a点与b点的向心加速度大小之比为( )A．1：2B．2：1C．4：1D．1：4【答案】B【解析】根据皮带传动装置的特点，边缘线速度相同，因此可知，相信向心加速度之比为2：1，答案为B。

【考点】向心加速度点评：此类题型的关键在于利用皮带轮装置的特点判断出线速度不变，最后利用相关公式即可顺4.用一根细绳，一端系住一个质量为m的小球，另一端悬在光滑水平桌面上方h处，绳长l大于h，使小球在桌面上做如图所示的匀速圆周运动．若使小球不离开桌面，其转轴的转速最大值是()A．B．πC．D．【答案】A【解析】转速最大时，小球对桌面刚好无压力，则F向＝mgtanθ＝mlsinθω2，即ω＝，其中cosθ＝，所以n＝＝，故选A 5.如图所示，放在水平转盘上的物块随转盘一起匀速转动，物块的向心力是（）A．重力B．静摩擦力C．重力和支持力的合力D．离心力【答案】B【解析】物块受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力平衡，指向圆心的静摩擦力提供向心力，B正确。

高中物理向心力计算题专题训练含答案姓名：__________ 班级：__________考号：__________一、计算题（共10题）1、一部机器由电动机带动，机器皮带轮的半径是电动机皮带轮半径的3倍（如图），皮带与两轮之间不发生滑动。

已知机器皮带轮边缘上一点的向心加速度为0.10 m/s2。

(1) 电动机皮带轮与机器皮带轮的角速度之比；(2) 机器皮带轮上A点到转轴的距离为轮半径的一半，A点的向心加速度是多少?2、如图所示，在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘盘面上，离轴心r=20cm处放置一小物块A，其质量为m＝2kg，A与盘面间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的k倍（k＝0.5），试求⑴当圆盘转动的角速度ω＝2rad/s时，物块与圆盘间的摩擦力大小多大？方向如何？⑵欲使A与盘面间不发生相对滑动，则圆盘转动的最大角速度多大？（取g=10m/s2）（10分）3、如图所示，杯子里盛有m2＝1kg的水，用绳子系住水杯在竖直平面内做“水流星”表演，转动半径为r＝1m，水杯通过最高点的速度为v＝4m/s，求：在最高点时，水对杯底的压力。

4、一部机器由电动机带动，机器皮带轮的半径是电动机皮带轮半径的3倍（如图），皮带与两轮之间不发生滑动。

已知机器皮带轮边缘上一点的向心加速度为0.10 m/s2。

(1) 电动机皮带轮与机器皮带轮的角速度之比；(2) 机器皮带轮上A点到转轴的距离为轮半径的一半，A点的向心加速度是多少?5、如图一辆质量为500kg的汽车静止在一座半径为50m的圆弧形拱桥顶部．（取g＝10m/s2）（1）此时汽车对圆弧形拱桥的压力是多大？（2）如果汽车以6m/s的速度经过拱桥的顶部，则汽车对圆弧形拱桥的压力是多大？6、一辆汽车质量m=2.0×103kg，在水平公路上行驶，经过半径r=50m的弯路时，如果汽车=1.4×104N。

速度v=72km/h，这辆汽车会不会发生事故？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm7、质量为5000kg的汽车，通过半径是R=50m的拱形桥顶时，速度为10m/s，则汽车对桥顶的压力多大？（g/10m/s2）8、（12分）在绕竖直轴匀速转动的圆环上有两物A、B，如下图，过A、B的半径与竖直轴的夹角分别为30°和60°，则A、B两点的线速度之比为多少？向心加速度之比为多少？9、在一根长为L的不计质量的细杆中点和末端各连一质量为m的小球B和C，如图所示，杆可以在竖直平面内绕固定点A转动，将杆拉到某位置放开，末端C球摆到最低位置时，杆BC受到的拉力刚好等于C球重的2倍．求：（g=10m/s2）（1）C球通过最低点时的线速度；（2）杆AB段此时受到的拉力．10、如图所示，MN为水平放置的光滑圆盘，半径为1.0m，其中心O处有一个小孔，穿过小孔的细绳两端各系一小球A和B，A、B两球的质量相等。

专题跟踪检测（十七） 向心力的来源分析与计算1．[多选] 如图所示，两个正、负点电荷，在库仑力作用下，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，以下说法中正确的是( )A ．它们所需要的向心力大小相等B ．它们的运动半径与电荷量成反比C ．它们做圆周运动的角速度相等D ．它们的线速度与其质量成反比解析：选ACD 两异种点电荷能绕连线上某一点各自做匀速圆周运动，二者间的库仑力提供向心力，它们的角速度相同：k Q 1Q 2L 2＝m 1ω2R 1＝m 2ω2R 2，R 1R 2＝m 2m 1，v 1v 2＝R 1R 2＝m 2m 1，故A 、C 、D 正确，B 错误。

2. 如图所示，真空中A 、B 两点固定两个等电荷量的正电荷，一个具有初速度的带负电的粒子仅在这两个电荷的作用下，可能做( )A ．匀速直线运动B ．匀变速直线运动C ．匀变速曲线运动D ．匀速圆周运动解析：选D 根据等电荷量正电荷电场分布的特点，一个具有初速度的带负电的粒子仅在这两个电荷的作用下，可能做匀速圆周运动，即以A 、B 连线的中点为圆心，在垂直于AB 直线的平面内做匀速圆周运动。

3．(2020·衡水中学质检) 一轻杆一端固定质量为m 的小球，以另一端O 为圆心，使小球在竖直平面内做半径为R 的圆周运动，如图所示，则下列说法正确的是( )A ．小球过最高点的最小速度是gRB ．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零C ．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大D ．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小解析：选B 由于杆可以表现为拉力，也可能表现为支持力，所以小球过最高点的最小速度为0，故A 错误；当小球在最高点的速度v ＝gR 时，靠小球重力提供向心力，杆的弹力为零，故B 正确；杆在最高点可以表现为拉力，也可以表现为支持力，当表现为支持力时，速度增大作用力减小，当表现为拉力时，速度增大作用力增大，故C 、D 错误。

《匀变速直线运动及其规律》一、计算题1.我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后，拉开了全面试验试飞的新征程。

假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动，当位移时才能达到起飞所要求的速度。

已知飞机质量，滑跑时受到的阻力为自身重力的倍，重力加速度取求飞机滑跑过程中加速度a的大小；牵引力的平均功率P。

2.如图所示，水平桌面上有一薄木板，它的右端与桌面的右端相齐．薄木板的质量，长度在薄木板的中央有一个小滑块可视为质点，质量小滑块与薄木板之间的动摩擦因数，小滑块、薄木板与桌面之间的动摩擦因数相等，皆为设小滑块与薄木板之间的滑动摩擦力等于它们之间的最大静摩擦力．某时刻起对薄木板施加一个向右的拉力使木板向右运动．求：当外力时，m与M的加速度各为多大？若使小滑块与木板之间发生相对滑动，拉力F至少是多大？若使小滑块脱离木板但不离开桌面，求拉力F应满足的条件．3.如图所示，在与水平方向成的斜向上拉力F作用下，质量为的小物块从静止开始沿水平地面做匀加速直线运动，经2s运动的距离为6m，随即撤掉F，小物块运动一段距离后停止。

已知物块与地面之间的动摩擦因数，，，。

求：物块运动的最大速度；的大小。

4.如图所示为货场使用的传送带的模型，传送带倾斜放置，与水平面夹角为，传送带AB长度足够长，传送皮带轮以大小为的恒定速率顺时针转动。

一包货物以的初速度从A端滑上倾斜传送带，若货物与皮带之间的动摩擦因数，且可将货物视为质点。

求货物刚滑上传送带时加速度为多大？经过多长时间货物的速度和传送带的速度相同？这时货物相对于地面运动了多远？从货物滑上传送带开始计时，货物再次滑回A端共用了多少时间？，已知，5.一个倾角为的斜面固定在水平面上，一个质量为的小物块可视为质点以的初速度由底端沿斜面上滑，小物块与斜面的动摩擦因数若斜面足够长已知，，g取，求：小物块沿斜面上滑时的加速度大小小物块上滑的最大距离；小物块返回斜面底端时的速度大小．6.一辆汽车和一辆自行车在同一条公路不同车道上作同方向的直线运动，已知自行车以的速度匀速前进，汽车以的速度匀速前进，某一时刻汽车与自行车相遇，此时汽车立即刹车，汽车刹车过程中的加速度大小为，求汽车经过多长时间停止运动？两车从第一次相遇到再次相遇的过程中，它们之间距离的最大值为多少？两车经过多长时间再次相遇？7.如图，两个滑块A和B的质量分别为和，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为；木板的质量为，与地面间的动摩擦因数为。

《自由落体运动及规律》一、计算题1.一个自由下落的物体，在落地前的最后1s内下落了25m。

取问：物体落到地面用了多长时间？物体从距地面多高的地方开始下落的？2.如图所示，长的细线上端固定在O点，下端连结一个质量为的小球，悬点O距地面的高度，开始时将小球提到O点而静止，然后让它自由下落，当小球到达使细线被拉直的位置时，刚好把细线拉断，再经过落到地面，如果不考虑细线的形变，，试求：细线拉断后瞬间的速度大小假设细线由拉直到断裂所经历的时间为，试确定细线的平均张力大小3.如图所示，质量分别为和的两个小球叠放在一起，从高度为h处由静止释放，他们一起下落。

不计空气阻力。

在下落过程中，两个小球之间是否存在相互作用力？请说明理由。

已知h远大于两球半径，所有的碰撞都没有机械能损失，且碰撞前后小球都沿竖直方向运动。

若碰撞后恰处于平衡状态，求落地前瞬间，两个小球的速度大小；两个小球的质量之比：；小球上升的最大高度H。

4.如图，宽为L的竖直障碍物上开有间距的矩形孔，其下沿离地高，离地高的质点与障碍物相距x。

在障碍物以匀速向左运动的同时，质点自由下落。

为使质点能穿过该孔，求：的最大值为；若，x的取值范围。

取5.一个物体从空中A点做自由落体运动，经过空中B点时速度为，物体落到地面C点时速度为已知B点离地面的高度，g取，求：物体落到地面C点时的速度v的大小；物体在空中运动的时间t；点与地面C点的高度H．6.质量为的物体从高处做自由落体运动取，则：在运动内重力对物体做的功是多少？这2s内重力对物体做功的平均功率是多少？末，重力对物体做功的瞬时功率是多少？7.一小物块视为质点在竖直向上的恒定拉力作用下从地面上的A点由静止开始上升，经时间到达B点时立即撤去拉力，撤去拉力后物块经时间恰好落回地面。

取，空气阻力不计。

求：物块从A点运动到B点的过程中的加速度大小a以及物块到达B点时的速度大小v；物块距离地面的最大高度H。

8.如图所示，离地面足够高处有一竖直空管，管长为，M、N为空管的上、下两端，管以恒定的速度向下做匀速直线运动，同时在空管N点下端距离，有一小球开始做自由落体运动，取，求：若经过，小球与N点等高，求空管的速度大小若经过，小球在空管内部，求空管的速度大小应满足什么条件9.跳伞运动员做低空跳伞表演，当直升飞机悬停在离地面225m高时，运动员离开飞机作自由落体运动。

《探究两个互成角度的力的合成规律》一、实验题1.在探究求合力的方法实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行D.在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等E.在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置其中正确的是________填入相应的字母．“探究求合力的方法”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图．图乙中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是____．本实验采用的科学方法是________．A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力和，图中小正方形的边长表示，两力的合力用F表示，、与F的夹角分别为和，关于、与F、和关系正确的有________．A.B.C.D.2.如图所示，用弹簧CO和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。

某次实验中用两弹簧秤同时拉弹簧CD，此时弹簧秤a、b间夹角等于。

弹簧秤a的读数如图所示，图中读数为______________N；此后在纸面内逆时针缓慢旋转弹簧秤a，同时保持弹簧CO两端位置不变，直到弹簧秤a转至与CD垂直，弹簧秤未超量程，则此过程中弹簧秤a的读数_______________，弹簧秤b的读数________________。

填“变大”“变小”或“不变”3.某同学在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。

实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。

高三物理向心力公式试题答案及解析1.如图所示，两根半径为r、光滑的四分之一圆弧轨道间距为L，电阻不计，在其上端连有一阻值为R的电阻，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。

现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻为R的金属棒从轨道的顶端PQ处开始下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg，求：（1）棒到达最低点时电阻R两端的电压；（2）棒下滑过程中R产生的热量。

【答案】（1）棒到达最低点时电阻R两端的电压是；（2）棒下滑过程中产生R的热量；【解析】（1）到达最低点时，设棒的速度为v，由牛顿第二定律得：得（2）由能量转化和守恒得：，【考点】金属棒切割磁感线并做圆周运动，向心力的来源2.“嫦娥三号”探月卫星于2013年12月2日1点30分在西昌卫星发射中心发射，将实现“落月”的新阶段。

若已知引力常量G，月球绕地球做圆周运动的半径r1、周期T1“嫦娥三号”探月卫星绕月球做圆周运动的环月轨道(见图)半径r2、周期T2，不计其他天体的影响，则根据题目条件可以( )A．求出“嫦娥三号”探月卫星的质量B．求出地球与月球之间的万有引力C．求出地球的密度D．得出【答案】B【解析】绕地球转动的月球受力为得。

由于不知道地球半径，无法求出地球密度，C错误。

对“嫦娥三号”而言，，,已知嫦娥三号的周期和半径，可求出月球质量，但是所有的卫星在万有引力提供向心力的运动学公式中卫星质量都约掉了，无法求出卫星质量，因此探月卫星质量无法求出，A错误。

已经求出地球和月球质量而且知道月球绕地球做圆周运动的半径r，根据可求出地球和月球之间的引力，B正确。

开普勒第三定律即半长轴三次方与公转周期二次方成正比，前提是对同一中心天体而言，但是两个圆周运动的中心天体一个是地球一个是月球，D错误【考点】万有引力定律的应用3.我国发射的“天宫一号”目标飞行器与发射的“神舟八号”飞船成功进行了第一次无人交会对接.假设对接前“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速圆周运动的轨道如图所示，虚线A代表“天宫一号”的轨道，虚线B代表“神舟八号”的轨道，由此可以判断()A．“天宫一号”的运行速率小于“神舟八号”的运行速率B．“天宫一号”和“神舟八号”的运行速率均大于第一宇宙速度C．“天宫一号”的周期小于“神舟八号”的周期D．“天宫一号”的向心加速度大于“神舟八号”的向心加速度【答案】 A【解析】试题分析:由万有引力提供向心力得，===ma则得：v=；T=；a=；可知，轨道半径越大，运行速率越小，周期越大，向心加速度越小，故A正确，CD错误；第一宇宙速度是卫星环绕地球做圆周运动最大的运行速度．故“天宫一号”和“神舟八号”的运行速率均小于第一宇宙速度．故B错误．【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系4.水平放置的平板表面有一个圆形浅槽，如图所示．一只小球在水平槽内滚动直至停下，在此过程中（）A．小球受四个力，合力方向指向圆心B．小球受三个力，合力方向指向圆心C．槽对小球的总作用力提供小球作圆周运动的向心力D．槽对小球弹力的水平分力提供小球作圆周运动的向心力【答案】D【解析】对物体受力分析，找出向心力的来源，小球在槽内，那么受到的槽的支持力就不一定竖直向上．对小球进行受力分析，小球受到重力、槽对小球的支持力和摩擦力3个力的作用，所以A选项错误；其中重力和支持力在竖直面内，而摩擦力是在水平面内的，重力和支持力的合力应该是作为向心力指向圆心的，再加上摩擦力三个力的合力就不指向圆心了，所以选项BC错误，D选项正确．【考点】向心力．槽对小球的支持力并不是竖直向上的，而是倾斜向圆心的，这是物体受力分析的关键地方，再一个摩擦力是在水平面内的，所以三个力的合力就不是指向圆心了．5.竖直面内固定一个内部光滑的圆管，管的半径为r，管内有个直径和管的内径相差不多的小球（可看成质点），质量为m，在管内做圆周运动．小球到达最高点时，对管壁的压力大小为3mg，则小球在经过最高点时的速度大小为A．B．C．D．2【答案】D【解析】小球到达最高点时，管壁对小球的压力由牛顿第三定律为3mg,方向竖直向下，则在最高点小球受到的合力为：3mg+mg="4mg" ，由合力提供向心力得：4mg=,解得：，D正确。

课时分层作业(五)(时间:40分钟分值:100分）［基础达标练］一、选择题（本题共6小题，每小题6分,共36分)1．(多选)关于物体所受合外力的方向，下列说法正确的是( ）A．物体做速率逐渐增加的直线运动时，其所受合外力的方向一定与速度方向相同B．物体做变速率曲线运动时，其所受合外力的方向一定改变C．物体做变速率圆周运动时，其所受合外力的方向一定指向圆心D．物体做匀速率曲线运动时，其所受合外力的方向总是与速度方向垂直AD ［当物体的速率增大时，合外力是动力，合外力与速度方向间夹角小于90°，而在直线运动中速率增大时合力方向与速度方向间夹角必为0°，即两者同向，A正确；变速率的曲线运动也可以是匀变速运动，如平抛运动，故B错误；物体做变速率的圆周运动时,合外力一方面提供了改变速度方向的向心力，另一方面还提供了改变速度大小的切向力，故此时合外力的方向一定不指向圆心，C错误;在匀速率曲线运动中，由于物体的速度大小不变，则物体在速度方向上所受外力矢量和必为零，即物体所受合外力方向只能是垂直于速度方向,从而只改变速度方向而做曲线运动,但不改变速度的大小，D正确．］2．如图所示，在水平冰面上，狗拉着雪橇做匀速圆周运动,O 点为圆心．能正确表示雪橇受到的牵引力F及摩擦力F f的图是( )C [由于雪橇在冰面上滑动，其滑动摩擦力方向必与运动方向相反，即沿圆的切线方向;因雪橇做匀速圆周运动，合力一定指向圆心．由此可知C正确．]3．如图所示为“感受向心力"的实验，用一根轻绳，一端拴着一个小球,在光滑桌面上抡动细绳，使小球做圆周运动，通过拉力来感受向心力．下列说法正确的是（）A．只减小旋转角速度,拉力增大B．只加快旋转速度，拉力减小C．只更换一个质量较大的小球，拉力增大D．突然放开绳子，小球仍做曲线运动C ［由题意，根据向心力公式F向＝mω2r、牛顿第二定律,则有T拉＝mω2r，只减小旋转角速度，拉力减小，只加快旋转速度，拉力增大，只更换一个质量较大的小球,拉力增大，故A、B错误,C正确；突然放开绳子，小球受到的合力为零，将沿切线方向做匀速直线运动,故D错误．]4．质量为m的木块从半球形的碗口下滑到碗底的过程中,如果由于摩擦力的作用，使得木块的速率不变，那么（) A．下滑过程中木块的加速度为零B．下滑过程中木块所受合力大小不变C．下滑过程中木块所受合力为零D．下滑过程中木块所受的合力越来越大B ［因木块做匀速圆周运动，故木块受到的合外力即向心力大小不变,向心加速度大小不变，故选项B正确．]5．有一个惊险的杂技节目叫“飞车走壁"，杂技演员骑摩托车先在如图所示的大型圆筒底部做速度较小、半径较小的圆周运动，通过逐步加速,圆周运动半径逐步增大，最后能以较大的速度在竖直的壁上做匀速圆周运动，这时使车子和人整体做匀速圆周运动的向心力是( )A．圆筒壁对车的静摩擦力B．筒壁对车的弹力C．摩托车本身的动力D．重力和摩擦力的合力B [当车子和人在垂直的筒壁上做匀速圆周运动时，在竖直方向上，摩擦力等于重力,这两个力是平衡力；在水平方向上，车子和人转动的向心力由筒壁对车的弹力来提供，B正确．］6．如图所示,物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，且与圆盘相对静止，图中c沿半径指向圆心,a与c垂直，下列说法正确的是（)A．当转盘匀速转动时，P受摩擦力方向为b方向B．当转盘加速转动时,P受摩擦力方向可能为c方向C．当转盘加速转动时，P受摩擦力方向可能为a方向D．当转盘减速转动时，P受摩擦力方向可能为d方向D ［物块转动时，其向心力由静摩擦力提供，当它匀速转动时其方向指向圆心,当它加速运动时其方向斜向前方，当它减速转动时，其方向斜向后方．］二、非选择题（14分）7。