物理高一下册 圆周运动单元练习(Word版 含答案)
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一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,水平圆盘可绕竖直轴转动,圆盘上放有小物体A 、B 、C ,质量分别为m 、2m 、3m ,A 叠放在B 上,C 、B 离圆心O 距离分别为2r 、3r 。
C 、B 之间用细线相连,圆盘静止时细线刚好伸直无张力。
已知C 、B 与圆盘间动摩擦因数为μ,A 、B 间摩擦因数为3μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g ,现让圆盘从静止缓慢加速,则( )A .当23grμω=时,A 、B 即将开始滑动 B .当2grμω=32mgμ C .当grμω=C 受到圆盘的摩擦力为0D .当25grμω=C 将做离心运动 【答案】BC 【解析】 【详解】A. 当A 开始滑动时有:2033A f mg m r μω==⋅⋅解得:0grμω=当23ggrrμμω=<AB 未发生相对滑动,选项A 错误;B. 当2ggrrμμω=<时,以AB 为整体,根据2F mr ω向=可知 29332F m r mg ωμ⋅⋅=向= B 与转盘之间的最大静摩擦力为:23Bm f m m g mg μμ=+=()所以有:Bm F f >向此时细线有张力,设细线的拉力为T , 对AB 有:2333mg T m r μω+=⋅⋅对C 有:232C f T m r ω+=⋅⋅解得32mg T μ=,32C mgf μ= 选项B 正确;C. 当ω=时,AB 需要的向心力为:2339AB Bm F m r mg T f ωμ'⋅⋅=+==解得此时细线的拉力96Bm T mg f mg μμ'-== C 需要的向心力为:2326C F m r mg ωμ⋅⋅==C 受到细线的拉力恰好等于需要的向心力,所以圆盘对C 的摩擦力一定等于0,选项C 正确;D. 当ω=C 有: 212325C f T m r mg ωμ+=⋅⋅=剪断细线,则1235C Cm f mg f mg μμ=<= 所以C 与转盘之间的静摩擦力大于需要的向心力,则C 仍然做匀速圆周运动。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,在水平圆盘上放有质量分别为m 、m 、2m 的可视为质点的三个物体A 、B 、C ,圆盘可绕垂直圆盘的中心轴OO '转动.三个物体与圆盘的动摩擦因数均为0.1μ=,最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力.三个物体与轴O 共线且OA =OB =BC =r =0.2 m ,现将三个物体用轻质细线相连,保持细线伸直且恰无张力.若圆盘从静止开始转动,角速度极其缓慢地增大,已知重力加速度为g =10 m/s 2,则对于这个过程,下列说法正确的是( )A .A 、B 两个物体同时达到最大静摩擦力 B .B 、C 两个物体的静摩擦力先增大后不变 C .当5/rad s ω>时整体会发生滑动D 2/5/rad s rad s ω<<时,在ω增大的过程中B 、C 间的拉力不断增大 【答案】BC 【解析】ABC 、当圆盘转速增大时,由静摩擦力提供向心力.三个物体的角速度相等,由2F m r ω=可知,因为C 的半径最大,质量最大,故C 所需要的向心力增加最快,最先达到最大静摩擦力,此时2122C mg m r μω= ,计算得出:112.5/20.4grad s rμω=== ,当C 的摩擦力达到最大静摩擦力之后,BC 开始提供拉力,B 的摩擦力增大,达最大静摩擦力后,AB 之间绳开始有力的作用,随着角速度增大,A 的摩擦力将减小到零然后反向增大,当A 与B 的摩擦力也达到最大时,且BC 的拉力大于AB 整体的摩擦力时物体将会出现相对滑动,此时A 与B 还受到绳的拉力,对C可得:22222T mg m r μω+= ,对AB 整体可得:2T mg μ= ,计算得出:2grμω=当15/0.2grad s rμω>== 时整体会发生滑动,故A 错误,BC 正确; D 、 2.5rad/s 5rad/s?ω<<时,在ω增大的过程中B 、C 间的拉力逐渐增大,故D 错误; 故选BC2.如图所示,有一可绕竖直中心轴转动的水平足够大圆盘,上面放置劲度系数为k 的弹簧,弹簧的一端固定于轴O 上,另一端连接质量为m 的小物块A (可视为质点),物块与圆盘间的动摩擦因数为μ,开始时弹簧未发生形变,长度为L ,若最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g ,物块A 始终与圆盘一起转动。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,用一根长为l =1m 的细线,一端系一质量为m =1kg 的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角θ=30°,当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线的张力为T ,取g=10m/s 2。
则下列说法正确的是( )A .当ω=2rad/s 时,T 3+1)NB .当ω=2rad/s 时,T =4NC .当ω=4rad/s 时,T =16ND .当ω=4rad/s 时,细绳与竖直方向间夹角大于45° 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】当小球对圆锥面恰好没有压力时,设角速度为0ω,则有cos T mg θ=20sin sin T m l θωθ=解得0532rad/s 3ω= AB .当02rad/s<ωω=,小球紧贴圆锥面,则cos sin T N mg θθ+=2sin cos sin T N m l θθωθ-=代入数据整理得(531)N T =A 正确,B 错误;CD .当04rad/s>ωω=,小球离开锥面,设绳子与竖直方向夹角为α,则cos T mg α= 2sin sin T m l αωα=解得16N T =,o 5arccos 458α=>CD 正确。
故选ACD 。
2.如图所示,有一可绕竖直中心轴转动的水平足够大圆盘,上面放置劲度系数为k 的弹簧,弹簧的一端固定于轴O 上,另一端连接质量为m 的小物块A (可视为质点),物块与圆盘间的动摩擦因数为μ,开始时弹簧未发生形变,长度为L ,若最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g ,物块A 始终与圆盘一起转动。
则( )A .当圆盘角速度缓慢地增加,物块受到摩擦力有可能背离圆心B .当圆盘角速度增加到足够大,弹簧将伸长C gLμ D .当弹簧的伸长量为x mg kxmLμ+【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB .开始时弹簧未发生形变,物块受到指向圆心的静摩擦力提供圆周运动的向心力;随着圆盘角速度缓慢地增加,当角速度增加到足够大时,物块将做离心运动,受到摩擦力为指向圆心的滑动摩擦力,弹簧将伸长。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,用一根长为l =1m 的细线,一端系一质量为m =1kg 的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角θ=30°,当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线的张力为T ,取g=10m/s 2。
则下列说法正确的是( )A .当ω=2rad/s 时,T 3+1)NB .当ω=2rad/s 时,T =4NC .当ω=4rad/s 时,T =16ND .当ω=4rad/s 时,细绳与竖直方向间夹角大于45° 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】当小球对圆锥面恰好没有压力时,设角速度为0ω,则有cos T mg θ=20sin sin T m l θωθ=解得0532rad/s 3ω= AB .当02rad/s<ωω=,小球紧贴圆锥面,则cos sin T N mg θθ+=2sin cos sin T N m l θθωθ-=代入数据整理得(531)N T =A 正确,B 错误;CD .当04rad/s>ωω=,小球离开锥面,设绳子与竖直方向夹角为α,则cos T mg α= 2sin sin T m l αωα=解得16N T =,o 5arccos 458α=>CD 正确。
故选ACD 。
2.如图所示,在匀速转动的水平盘上,沿半径方向放着用细线相连的物体A 和B ,A 和B 质量都为m .它们分居在圆心两侧,与圆心距离分别为R A =r ,R B =2r ,A 、B 与盘间的动摩擦因数μ相同.若最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时,下列说法正确的是( )A .此时绳子张力为T =3mg μB .此时圆盘的角速度为ω2grμC .此时A 所受摩擦力方向沿半径指向圆外 D .此时烧断绳子物体A 、B 仍将随盘一块转动 【答案】ABC 【解析】 【分析】 【详解】C .A 、B 两物体相比,B 物体所需要的向心力较大,当转速增大时,B 先有滑动的趋势,此时B 所受的静摩擦力沿半径指向圆心,A 所受的静摩擦力沿半径背离圆心,故C 正确; AB .当刚要发生相对滑动时,以B 为研究对象,有22T mg mr μω+=以A 为研究对象,有2T mg mr μω-=联立可得3T mg μ=2grμω=故AB 正确;D .若烧断绳子,则A 、B 的向心力都不足,都将做离心运动,故D 错误. 故选ABC.3.如图所示,内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,两个质量相同的小球A 和B 紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,则( )A .球A 的周期一定大于球B 的周期 B .球A 的角速度一定大于球B 的角速度C .球A 的线速度一定大于球B 的线速度D .球A 对筒壁的压力一定大于球B 对筒壁的压力 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】ABC .对小球受力分析,小球受到重力和支持力,它们的合力提供向心力,如图:根据牛顿第二定律,有22tan v F mg m mr rθω===解得tan v gr θ=tan g rθω=A 的半径大,则A 的线速度大,角速度小根据2Tπω=知A 球的周期大,选项AC 正确,B 错误; D .因为支持力cos mg N θ=知球A 对筒壁的压力一定等于球B 对筒壁的压力,选项D 错误。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,水平圆盘可绕竖直轴转动,圆盘上放有小物体A 、B 、C ,质量分别为m 、2m 、3m ,A 叠放在B 上,C 、B 离圆心O 距离分别为2r 、3r 。
C 、B 之间用细线相连,圆盘静止时细线刚好伸直无张力。
已知C 、B 与圆盘间动摩擦因数为μ,A 、B 间摩擦因数为3μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g ,现让圆盘从静止缓慢加速,则( )A .当23grμω=时,A 、B 即将开始滑动 B .当2grμω=32mgμ C .当grμω=C 受到圆盘的摩擦力为0D .当25grμω=C 将做离心运动 【答案】BC 【解析】 【详解】A. 当A 开始滑动时有:2033A f mg m r μω==⋅⋅解得:0grμω=当23ggrrμμω=<AB 未发生相对滑动,选项A 错误;B. 当2ggrrμμω=<时,以AB 为整体,根据2F mr ω向=可知 29332F m r mg ωμ⋅⋅=向= B 与转盘之间的最大静摩擦力为:23Bm f m m g mg μμ=+=()所以有:Bm F f >向此时细线有张力,设细线的拉力为T , 对AB 有:2333mg T m r μω+=⋅⋅对C 有:232C f T m r ω+=⋅⋅解得32mg T μ=,32C mgf μ= 选项B 正确;C. 当ω=时,AB 需要的向心力为:2339AB Bm F m r mg T f ωμ'⋅⋅=+==解得此时细线的拉力96Bm T mg f mg μμ'-== C 需要的向心力为:2326C F m r mg ωμ⋅⋅==C 受到细线的拉力恰好等于需要的向心力,所以圆盘对C 的摩擦力一定等于0,选项C 正确;D. 当ω=C 有: 212325C f T m r mg ωμ+=⋅⋅=剪断细线,则1235C Cm f mg f mg μμ=<= 所以C 与转盘之间的静摩擦力大于需要的向心力,则C 仍然做匀速圆周运动。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,可视为质点的、质量为m 的小球,在半径为R 的竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,下列有关说法中正确的是( )A .小球能够到达最高点时的最小速度为0B gRC 5gR 为6mgD .如果小球在最高点时的速度大小为gR ,则此时小球对管道的外壁的作用力为3mg 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】A .圆形管道内壁能支撑小球,小球能够通过最高点时的最小速度为0,选项A 正确,B 错误;C .设最低点时管道对小球的弹力大小为F ,方向竖直向上。
由牛顿第二定律得2v F mg m R-=将5v gR =代入解得60F mg =>,方向竖直向上根据牛顿第三定律得知小球对管道的弹力方向竖直向下,即小球对管道的外壁有作用力为6mg ,选项C 正确;D .小球在最高点时,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律有2v F mg m R'+=将2v gR =30F mg '=>,方向竖直向下根据牛顿第三定律知球对管道的外壁的作用力为3mg ,选项D 正确。
故选ACD 。
2.如图所示,一个竖直放置半径为R 的光滑圆管,圆管内径很小,有一小球在圆管内做圆周运动,下列叙述中正确的是()A.小球在最高点时速度v gRB.小球在最高点时速度v由零逐渐增大,圆管壁对小球的弹力先逐渐减小,后逐渐增大C.当小球在水平直径上方运动时,小球对圆管内壁一定有压力D.当小球在水平直径下方运动时,小球对圆管外壁一定有压力【答案】BD【解析】【分析】【详解】A.小球恰好通过最高点时,小球在最高点的速度为零,选项A错误;<B.在最高点时,若v gR2v-=mg N mR可知速度越大,管壁对球的作用力越小;>若v gR2vN mg m+=R可知速度越大,管壁对球的弹力越大。
选项B正确;C.当小球在水平直径上方运动,恰好通过最高点时,小球对圆管内外壁均无作用力,选项C错误;D.当小球在水平直径下方运动时,小球受竖直向下的重力,要有指向圆心的向心力,则小球对圆管外壁一定有压力作用,选项D正确。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,用一根长为l =1m 的细线,一端系一质量为m =1kg 的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角θ=30°,当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线的张力为T ,取g=10m/s 2。
则下列说法正确的是( )A .当ω=2rad/s 时,T 3+1)NB .当ω=2rad/s 时,T =4NC .当ω=4rad/s 时,T =16ND .当ω=4rad/s 时,细绳与竖直方向间夹角大于45° 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】当小球对圆锥面恰好没有压力时,设角速度为0ω,则有cos T mg θ=20sin sin T m l θωθ=解得0532rad/s 3ω= AB .当02rad/s<ωω=,小球紧贴圆锥面,则cos sin T N mg θθ+=2sin cos sin T N m l θθωθ-=代入数据整理得(531)N T =A 正确,B 错误;CD .当04rad/s>ωω=,小球离开锥面,设绳子与竖直方向夹角为α,则cos T mg α= 2sin sin T m l αωα=解得16N T =,o 5arccos 458α=>CD 正确。
故选ACD 。
2.如图,质量为m 的物块,沿着半径为R 的半球形金属壳内壁滑下,半球形金属壳竖直放置,开口向上,滑到最低点时速度大小为v ,若物体与球壳之间的摩擦因数为μ,则物体在最低点时,下列说法正确的是( )A .滑块对轨道的压力为2v mg m R+B .受到的摩擦力为2v m RμC .受到的摩擦力为μmgD .受到的合力方向斜向左上方【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】A .根据牛顿第二定律2N v F mg m R-=根据牛顿第三定律可知对轨道的压力大小2NN v F F mg m R'==+ A 正确;BC .物块受到的摩擦力2N ()v f F mg m Rμμ==+BC 错误;D .水平方向合力向左,竖直方向合力向上,因此物块受到的合力方向斜向左上方,D 正确。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,两个可视为质点的、相同的木块A 和B 放在转盘上,两者用长为L 的细绳连接,木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K 倍,A 放在距离转轴L 处,整个装置能绕通过转盘中心的转轴O 1O 2转动,开始时,绳恰好伸直但无弹力,现让该装置从静止开始转动,使角速度缓慢增大,以下说法正确的是( )A .当23KgLω>时,A 、B 相对于转盘会滑动 B 223Kg KgL Lω<C .ω在223Kg KgL L ω<<B 所受摩擦力变大 D .ω223Kg KgL Lω<A 所受摩擦力不变 【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】A .当A 所受的摩擦力达到最大静摩擦力时,A 、B 相对于转盘会滑动,对A 有21Kmg T m L ω-=对B 有212Kmg T m L ω+=⋅解得123KgLω=当23KgLω>时,A 、B 相对于转盘会滑动,故A 正确; B .当B 达到最大静摩擦力时,绳子开始出现弹力222Kmg m L ω=⋅解得22KgLω=当223Kg KgL Lω<<时,绳子具有弹力,故B 正确; C .当ω在02KgLω<<范围内增大时,B 所受的摩擦力变大;当2KgLω=时,B 受到的摩擦力达到最大;当ω在223Kg KgL Lω<<范围内增大时,B 所受摩擦力不变,故C 错误;D .当ω在203KgLω<<范围内增大时,A 所受摩擦力一直增大,故D 错误。
故选AB 。
2.如图所示,水平转台上有一个质量为m 的小物块,用长为L 的轻细绳将物块连接在通过转台中心的转轴上,细绳与竖直转轴的夹角为θ,系统静止时细绳绷直但张力为零.物块与转台间动摩擦因数为μ(<tan μθ),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.物块随转台由静止开始缓慢加速转动,在物块离开转台前( )A .物块对转台的压力大小等于物块的重力B .转台加速转动的过程中物块受转台的静摩擦力方向始终指向转轴C .绳中刚出现拉力时,sin gL μθD cos gL θ【答案】CD 【解析】 【详解】A .当转台达到一定转速后,物块竖直方向受到绳的拉力,重力和支持力,故A 错误;B .转台加速转动的过程中,物块做非匀速圆周运动,故摩擦力不指向圆心,B 错误;C .当绳中刚好要出现拉力时,2sin μmg m ωL θ=故sin gL μωθ=C 正确;D .当物块和转台之间摩擦力为0时,物块开始离开转台,故2tan sin mg m L θωθ=角速度为cos gL θ,故D 正确;故选CD 。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,在水平圆盘上放有质量分别为m 、m 、2m 的可视为质点的三个物体A 、B 、C ,圆盘可绕垂直圆盘的中心轴OO '转动.三个物体与圆盘的动摩擦因数均为0.1μ=,最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力.三个物体与轴O 共线且OA =OB =BC =r =0.2 m ,现将三个物体用轻质细线相连,保持细线伸直且恰无张力.若圆盘从静止开始转动,角速度极其缓慢地增大,已知重力加速度为g =10 m/s 2,则对于这个过程,下列说法正确的是( )A .A 、B 两个物体同时达到最大静摩擦力 B .B 、C 两个物体的静摩擦力先增大后不变 C .当5/rad s ω>时整体会发生滑动D 2/5/rad s rad s ω<<时,在ω增大的过程中B 、C 间的拉力不断增大 【答案】BC 【解析】ABC 、当圆盘转速增大时,由静摩擦力提供向心力.三个物体的角速度相等,由2F m r ω=可知,因为C 的半径最大,质量最大,故C 所需要的向心力增加最快,最先达到最大静摩擦力,此时2122C mg m r μω= ,计算得出:112.5/20.4grad s rμω=== ,当C 的摩擦力达到最大静摩擦力之后,BC 开始提供拉力,B 的摩擦力增大,达最大静摩擦力后,AB 之间绳开始有力的作用,随着角速度增大,A 的摩擦力将减小到零然后反向增大,当A 与B 的摩擦力也达到最大时,且BC 的拉力大于AB 整体的摩擦力时物体将会出现相对滑动,此时A 与B 还受到绳的拉力,对C可得:22222T mg m r μω+= ,对AB 整体可得:2T mg μ= ,计算得出:2grμω=当15/0.2grad s rμω>== 时整体会发生滑动,故A 错误,BC 正确; D 、 2.5rad/s 5rad/s?ω<<时,在ω增大的过程中B 、C 间的拉力逐渐增大,故D 错误; 故选BC2.如图所示,用一根长为l =1m 的细线,一端系一质量为m =1kg 的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角θ=30°,当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线的张力为T ,取g=10m/s 2。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,在水平圆盘上放有质量分别为m 、m 、2m 的可视为质点的三个物体A 、B 、C ,圆盘可绕垂直圆盘的中心轴OO '转动.三个物体与圆盘的动摩擦因数均为0.1μ=,最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力.三个物体与轴O 共线且OA =OB =BC =r =0.2 m ,现将三个物体用轻质细线相连,保持细线伸直且恰无张力.若圆盘从静止开始转动,角速度极其缓慢地增大,已知重力加速度为g =10 m/s 2,则对于这个过程,下列说法正确的是( )A .A 、B 两个物体同时达到最大静摩擦力 B .B 、C 两个物体的静摩擦力先增大后不变 C .当5/rad s ω>时整体会发生滑动D 2/5/rad s rad s ω<<时,在ω增大的过程中B 、C 间的拉力不断增大 【答案】BC 【解析】ABC 、当圆盘转速增大时,由静摩擦力提供向心力.三个物体的角速度相等,由2F m r ω=可知,因为C 的半径最大,质量最大,故C 所需要的向心力增加最快,最先达到最大静摩擦力,此时2122C mg m r μω= ,计算得出:112.5/20.4grad s rμω=== ,当C 的摩擦力达到最大静摩擦力之后,BC 开始提供拉力,B 的摩擦力增大,达最大静摩擦力后,AB 之间绳开始有力的作用,随着角速度增大,A 的摩擦力将减小到零然后反向增大,当A 与B 的摩擦力也达到最大时,且BC 的拉力大于AB 整体的摩擦力时物体将会出现相对滑动,此时A 与B 还受到绳的拉力,对C可得:22222T mg m r μω+= ,对AB 整体可得:2T mg μ= ,计算得出:2grμω=当15/0.2grad s rμω>== 时整体会发生滑动,故A 错误,BC 正确; D 、 2.5rad/s 5rad/s?ω<<时,在ω增大的过程中B 、C 间的拉力逐渐增大,故D 错误; 故选BC2.两个质量分别为2m 和m 的小木块a 和b (可视为质点)放在水平圆盘上,a 与转轴OO ’的距离为L ,b 与转轴的距离为2L ,a 、b 之间用强度足够大的轻绳相连,木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k 倍,重力加速度大小为g .若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,开始时轻绳刚好伸直但无张力,用ω表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是( )A .a 、b 所受的摩擦力始终相等B .b 比a 先达到最大静摩擦力C .当2kgLω=a 刚要开始滑动 D .当23kgLω=b 所受摩擦力的大小为kmg 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】AB .木块随圆盘一起转动,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律可知,木块受到的静摩擦力f =mω2r ,则当圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动时,木块b 的最大静摩擦力先达到最大值;在木块b 的摩擦力没有达到最大值前,静摩擦力提供向心力,由牛顿第二定律可知,f=mω2r ,a 和b 的质量分别是2m 和m ,而a 与转轴OO ′为L ,b 与转轴OO ′为2L ,所以结果a 和b 受到的摩擦力是相等的;当b 受到的静摩擦力达到最大后,b 受到的摩擦力与绳子的拉力合力提供向心力,即kmg +F =mω2•2L ①而a 受力为f′-F =2mω2L ②联立①②得f′=4mω2L -kmg综合得出,a 、b 受到的摩擦力不是始终相等,故A 错误,B 正确; C .当a 刚要滑动时,有2kmg+kmg =2mω2L +mω2•2L解得34kgLω=选项C 错误;D. 当b 恰好达到最大静摩擦时202kmg m r ω=⋅解得02kgLω=因为32432kg kg kgL L L >>,则23kgLω=时,b 所受摩擦力达到最大值,大小为kmg ,选项D 正确。
一、第六章 圆周运动易错题培优(难)1.如图所示,在匀速转动的水平盘上,沿半径方向放着用细线相连的物体A 和B ,A 和B 质量都为m .它们分居在圆心两侧,与圆心距离分别为R A =r ,R B =2r ,A 、B 与盘间的动摩擦因数μ相同.若最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时,下列说法正确的是( )A .此时绳子张力为T =3mg μB .此时圆盘的角速度为ω2grμC .此时A 所受摩擦力方向沿半径指向圆外 D .此时烧断绳子物体A 、B 仍将随盘一块转动 【答案】ABC 【解析】 【分析】 【详解】C .A 、B 两物体相比,B 物体所需要的向心力较大,当转速增大时,B 先有滑动的趋势,此时B 所受的静摩擦力沿半径指向圆心,A 所受的静摩擦力沿半径背离圆心,故C 正确; AB .当刚要发生相对滑动时,以B 为研究对象,有22T mg mr μω+=以A 为研究对象,有2T mg mr μω-=联立可得3T mg μ=2grμω=故AB 正确;D .若烧断绳子,则A 、B 的向心力都不足,都将做离心运动,故D 错误. 故选ABC.2.如图所示,两个啮合的齿轮,其中小齿轮半径为10cm ,大齿轮半径为20cm ,大齿轮中C 点离圆心O 2的距离为10cm ,A 、B 两点分别为两个齿轮边缘上的点,则A 、B 、C 三点的( )A .线速度之比是1:1:2B .角速度之比是1:2:2C .向心加速度之比是4:2:1D .转动周期之比是1:2:2 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】A .同缘传动时,边缘点的线速度相等v A =v B ①同轴转动时,各点的角速度相等ωB =ωC ②根据v =ωr ③由②③联立代入数据,可得B C 2v v =④由①④联立可得v A :v B :v C =2:2:1A 错误;B .由①③联立代入数据,可得A B :2:1ωω=⑤再由②⑤联立可得A B C ::2:1:1ωωω=⑥B 错误; D .由于2T πω=⑦由⑥⑦联立可得A B C ::1:2:2T T T =D 正确; C .根据2a r ω= ⑧由⑥⑧联立代入数据得A B C ::4:2:1a a a =C 正确。
故选CD 。
3.如图所示,水平转台上有一个质量为m 的小物块,用长为L 的轻细绳将物块连接在通过转台中心的转轴上,细绳与竖直转轴的夹角为θ,系统静止时细绳绷直但张力为零.物块与转台间动摩擦因数为μ(<tan μθ),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.物块随转台由静止开始缓慢加速转动,在物块离开转台前( )A .物块对转台的压力大小等于物块的重力B .转台加速转动的过程中物块受转台的静摩擦力方向始终指向转轴C .绳中刚出现拉力时,sin gL μθD cos gL θ【答案】CD 【解析】 【详解】A .当转台达到一定转速后,物块竖直方向受到绳的拉力,重力和支持力,故A 错误;B .转台加速转动的过程中,物块做非匀速圆周运动,故摩擦力不指向圆心,B 错误;C .当绳中刚好要出现拉力时,2sin μmg m ωL θ=故sin gL μωθ=C 正确;D .当物块和转台之间摩擦力为0时,物块开始离开转台,故2tan sin mg m L θωθ=cos gL θ,故D 正确;故选CD 。
4.如图所示,匀速转动的水平圆盘上放有质量分别为2kg 和3kg 的小物体A 、B ,A 、B 间用细线沿半径方向相连。
它们到转轴的距离分别为R A =0.2m 、R B =0.3m 。
A 、B 与盘面间的最大静摩擦力均为重力的0.4倍。
g 取10m/s 2,现极其缓慢地增大圆盘的角速度,则下列说法正确的是( )A .小物体A 达到最大静摩擦力时,B 受到的摩擦力大小为12N B .当A 恰好达到最大静摩擦力时,圆盘的角速度为4rad/sC 230D .当A 恰好达到最大静摩擦力时,剪断细线,A 将做向心运动,B 将做离心运动 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】A .当增大原盘的角速度,B 先达到最大静摩擦力,所以A 达到最大静摩擦力时,B 受摩擦力也最大,大小为f B=km Bg =0.4⨯3⨯10N=12N故A 正确;B .当A 恰好达到最大静摩擦力时,圆盘的角速度为ω,此时细线上的拉力为T ,由牛顿第二定律,对A2A A A k T R m g m ω-=对B2B B B T km g m R ω+=联立可解得s 13102ω=故B 错误;C. 当细线上开始有弹力时,此时B 物体受到最大摩擦力,由牛顿第二定律,有2B B 1B k m R m g ω=可得1230ω=故C 正确;D. 当A 恰好达到最大静摩擦力时,剪断细线,A 物体摩擦力减小,随圆盘继续做圆周运动,而B 不再受细线拉力,最大摩擦力不足以提供向心力,做离心运动,故D 错误。
故选AC 。
5.A 、B 、C 三个物体放在旋转圆台上,它们由相同材料制成,A 的质量为2m ,B 、C 的质量各为m .如果OA=OB=R ,OC=2R ,则当圆台旋转时(设A 、B 、C 都没有滑动),下述结论中正确的是( )A .物体A 向心加速度最大B .B 物静摩擦力最小C .当圆台旋转转速增加时,C 比B 先开始滑动D .当圆台旋转转速增加时,A 比B 先开始滑动 【答案】BC 【解析】A 、三个物体都做匀速圆周运动,角速度相等,向心加速度2n a r ω=,可见,半径越大,向心加速度越大,所以C 物的向心加速度最大,A 错误; B 、三个物体的合力都指向圆心,对任意一个受力分析,如图支持力与重力平衡,由静摩擦力f 提供向心力,则得 f n F =. 根据题意,222C A B r r r R ===由向心力公式2m n F r ω=,得三个物体所受的静摩擦力分别为:()2222A f m R m R ωω==,2B f m R ω=.()2222C f m R m R ωω==,故B 物受到的静摩擦力最小,B 正确;C 、D 当ω变大时,所需要的向心力也变大,当达到最大静摩擦力时,物体开始滑动.当转速增加时,A 、C 所需向心力同步增加,且保持相等.B 所需向心力也都增加,A 和C 所需的向心力与B 所需的向心力保持2:1关系.由于B 和C 受到的最大静摩擦力始终相等,都比A 小,所以C 先滑动,A 和B 后同时滑动,C 正确;D 错误;故选BC .6.如图所示,一个内壁光滑的弯管处于竖直平面内,其中管道半径为R . 现有一个半径略小于弯管横截面半径的光滑小球在弯管里运动,当小球通过最高点时速率为v 0,则下列说法中错误的是A .若0v gR =,则小球对管内壁无压力B .若0v gR >,则小球对管内上壁有压力 C .若00v gR <<,则小球对管内下壁有压力D .不论v 0多大,小球对管内下壁都有压力【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A .到达管道的最高点,假设恰好与管壁无作用力.则有:小球仅受重力,由重力提供向心力,即:20v mg m R=得0v gR =所以A 选项是正确的,不符合题意. B .当0v gR >,则小球到达最高点时,有离心的趋势,与内上壁接触,从而受到内上壁向下的压力,所以小球对管内上壁有压力,故B 选项是正确的,不符合题意. C .当00v gR <<,则小球到达最高点时, 有向心的趋势,与内下壁接触,从而受到内下壁的压力.所以C 选项是正确的,不符合题意.D .小球对管内壁的作用力,要从速度大小角度去分析.,若0v gR >,则小球对管内上壁有压力;若00v gR <<,则小球对管内下壁有压力.故D 不正确,符合题意.7.如图所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O 点的水平轴自由转动。
现给小球一初速度,使它做圆周运动,图中a 、b 分别表示小球轨道的最低点和最高点。
则杆对球的作用力是( )①a 处为拉力,b 处为拉力 ②a 处为拉力,b 处为推力 ③a 处为推力,b 处为拉力 ④a 处为推力,b 处为推力A .①③B .②③C .①②D .②④【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】a 处圆心在上方,合力提供向心力向上,故需有向上的拉力大于向下的重力;b 处合力向下,重力也向下,受力如图:根据牛顿第二定律有21v F mg m R=当F 1<0,杆对球有推力,向上; 当F 1>0,杆对球有拉力,向下; 当F 1=0,杆对球无作用力。
故杆对球的作用力情况①②都有可能,选项C 正确,ABD 错误。
故选C 。
8.如图所示,放于竖直面内的光滑金属细圆环半径为R ,质量为m 的带孔小球穿在环上,同时有一长为R 的细绳一端系于球上,另一端系于圆环最低点,绳上的最大拉力为2mg ,当圆环以角速度ω绕竖直直径转动,且细绳伸直时,则ω不可能...为( )A 2gRB .g RC 6g RD 7gR【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】因为圆环光滑,所以小球受到重力、环对球的弹力、绳子的拉力等三个力。
细绳要产生拉力,绳要处于拉伸状态,根据几何关系可知,此时细绳与竖直方向的夹角为60°,如图所示当圆环旋转时,小球绕竖直轴做圆周运动,向心力由三个力在水平方向的合力提供,其大小为2F m r ω=根据几何关系,其中sin60r R ︒=一定,所以当角速度越大时,所需要的向心力越大,绳子拉力越大,所以对应的临界条件是小球在此位置刚好不受拉力,此时角速度最小,需要的向心力最小,对小球进行受力分析得min tan60F mg ︒=即2min tan60sin60mg m R ω︒︒=解得min 2gRω=当绳子的拉力达到最大时,角速度达到最大,m max N ax 606sin sin 0F T F ︒=+︒ N max cos cos 6060T mg F =︒︒+可得max 33g F m =同理可知,最大角速度为max 6g Rω=7g R 26g gR Rω≤≤范围内,故选D 。
9.如图所示,粗糙水平圆盘上,质量相等的A 、B 两物块叠放在一起,随圆盘一起做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )A .A 对B 的摩擦力指向圆心B .B 运动所需的向心力大于A 运动所需的向心力C .盘对B 的摩擦力是B 对A 的摩擦力的2倍D .若逐渐增大圆盘的转速(A 、B 两物块仍相对盘静止),盘对B 的摩擦力始终指向圆心且不断增大 【答案】C 【解析】 【详解】A .两物体随圆盘转动,都有沿半径向外的滑动趋势,受力分析如图则所受静摩擦力均沿半径指向圆心,由牛顿第三定理可知A 对B 的静摩擦力沿半径向外,故A 错误;B .两物体随圆盘转动,角速度相同为ω,运动半径为r ,则两物体转动所需的向心力均为2m r ω,即B 运动所需的向心力等于A 运动所需的向心力,故B 错误;C .对整体由牛顿第二定律可知22B f m r ω=对A 由牛顿第二定律得2BA f m r ω=则盘对B 的摩擦力是B 对A 的摩擦力的2倍,故C 正确;D .在增大圆盘转速的瞬间,两物体有沿半径向外的趋势和沿切线向后的趋势,则此时静摩擦力方向在径向和切向之间,与线速度成锐角,径向分力继续提供向心力,切向分力提供切向加速度使线速度增大,从而保证滑块继续跟着圆盘转动,而物体随转盘一起转时静摩擦力又恢复成沿半径方向提供向心力,故增大圆盘转速,盘对B 的摩擦力大小不断增大,但方向不是始终指向圆心,故D 错误。