物理教科版必修2 第二章3 圆周运动的实例分析 课堂练习 Word版含解析

3 圆周运动的实例分析4 圆周运动与人类文明(选学)A级必备知识基础练1.(多选)(黑龙江哈尔滨高一期末)生活中的很多现象都可以从物理的角度进行解释。

甲图为正在脱水的衣物,乙图为正在转弯的火车,丙图为正在荡秋千的儿童,丁图为摩托车骑手在球形铁笼竖直平面内沿内壁进行“飞车走壁”的表演。

下列对四幅图有关现象的说法正确的是( AD )A.甲图衣物中的水分因做离心运动而被甩出B.乙图中只要外轨高于内轨,火车的轮缘就不会对外轨产生侧向挤压C.丙图中秋千从高处摆至最低点时,儿童处于失重状态D.丁图中在竖直面内做圆周运动的摩托车,在最高点时的速度一定不为零,水离开衣服,故A正确;图乙中当火车的速度满足一定值时,设为v0,此时火车靠重力和支持力的合力提供圆周运动的向心力,内外轨均无压力,当火车的速度v>v0时,重力和支持力的合力不足以提供向心力,此时外轨对火车的轮缘有侧压力,则火车的轮缘对外轨有挤压作用,故B错误;丙图中秋千从高处摆至最低点时,儿童具有向上的加速度,儿童处于超重状态,故C错误;丁图中在竖直面内做圆周运动的摩托车,在最高点时,当铁笼对摩托车的作用力为零时,由牛顿第二定律有mg=m v 2r,可得v=√gr,此速度为过最高点的最小速度,则在最高点时的速度一定不为零,故D正确。

2.(湖南怀化湖天中学高二学业考试)摆式列车是集计算机技术、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车。

当列车转弯时,在电脑控制下,车厢会自动倾斜,直线行驶时,车厢又恢复原状,实现高速行车,并能达到既安全又舒适的要求。

假设有一高速列车在水平面内行驶,以50 m/s的速度拐弯,由列车上的传感器测得一个质量为50 kg的乘客在拐弯过程中所受合力为500 N,则列车的拐弯半径为( B )A.150 mB.250 mC.300 mD.350 m,乘客所受合力提供向心力,可得F=m v 2r,代入数据解得r=250m,故选B。

3.(福建福州高一期末)如图所示,平衡浪木是一种训练器材,可用来训练人的平衡能力和抗眩晕能力。

2.匀速圆周运动的向心力和向心加速度课后作业提升一、选择题1.一走时准确的时钟(设它的指针连续均匀转动),则下列说法正确的是( )A.时针的周期是1h,分针的周期是60sB.分针的角速度是秒针的12倍C.如果分针的长度是时针的1.5倍,则分针端点的向心加速度是时针端点的1.5倍D.如果分针的长度是时针的1.5倍,则分针端点的线速度是时针端点的18倍解析:时针的周期是12h,分针的周期是1h=60min,秒针的周期是1 min=60s,由ω=可知分针的角速度是秒针角速度的,所以A、B均错.由v=可知分针端点的线速度是时针端点线速度的18倍,由a=()2r可知分针端点的向心加速度是时针端点向心加速度的216倍,故C错,D对.答案:D2.关于质点做匀速圆周运动的说法正确的是( )A.由a=知a与r成反比B.由a=ω2r知a与r成正比C.由ω=知ω与r成反比D.由ω=2πn知ω与转速n成正比答案:D3.如图所示,一圆盘可绕一通过圆心且垂直盘面的竖直轴OO'转动.在圆盘上放置一木块,木块随圆盘一起做匀速转动,则木块相对圆盘的运动趋势方向( )A.与木块运动方向相同B.与木块运动方向相反C.背离圆心D.指向圆心解析:木块做匀速圆周运动,向心力由静摩擦力提供,方向指向圆心,而静摩擦力的方向与物体相对圆盘运动趋势的方向相反,因此木块相对圆盘的运动趋势方向背离圆心.答案:C4.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,运动中小球所需的向心力是( )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解析:小球在竖直平面内做变速圆周运动,受重力和绳的拉力作用,由于向心力是指向圆心方向的合外力,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C、D.答案:CD5.如图所示,绳子的一端固定在O点,另一端拴一重物在水平面内做匀速圆周运动( )A.转速相同时,绳长的容易断B.周期相同时,绳短的容易断C.线速度大小相等时,绳长的容易断D.线速度大小相等时,绳短的容易断解析:根据F=mω2r=m r=m4π2rn2,转速n相同时,绳越长,即r越大,向心力F越大,故绳长的容易断,选项A正确;根据F=m r,周期相同时,r越大,F越大,也是绳长的容易断,故B错误;F=m,线速度v大小相等时,r越大,F越小,可以判断,绳短的容易断,选项D正确,C错误. 答案:AD6.如图所示,一根不可伸长的轻绳一端拴着一个小球,另一端固定在竖直杆上,当竖直杆以角速度ω转动时,小球跟着杆一起做匀速圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角为θ,下列关于ω与θ关系的图像正确的是( )解析:小球受到的重力和绳子的拉力的合力提供向心力,如图所示.则有mg tan θ=mω2l sin θ,所以ω=,当θ=0时,ω=,故选项D正确.答案:D二、非选择题7.如图所示,m1、m2是质量分别为50g和100 g的小球,套在水平光滑杆上.两球相距21cm,并用细线连接,欲使两球绕轴以600r/min的转速在水平面内转动而不滑动,两球离转动中心分别为多远?线上拉力是多大?解析:设m1、m2离转轴中心距离分别为r1、r2,需要的向心力分别是F1、F2,则有r1+r2=L,F1=m1r1ω2,F2=m2r2ω2且F1=F2,由以上各式解得r1=0.14mr2=0.07m,ω=2πn=20π rad/s线上的拉力大小F=F1=F2≈28N.答案:0.14m 0.07m 28N8.如图所示是双人花样滑冰运动中男运动员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩场面,若女运动员做圆锥摆时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求:(1)男运动员对女运动员的拉力大小.(2)两人转动的角速度.(3)如果男、女运动员手拉手均做匀速圆周运动,已知两人质量比为2∶1,求他们做匀速圆周运动的半径比.解析:女运动员受到重力mg和男运动员的拉力F作用,如图所示.则:F cos θ=mg,F sin θ=mω2r解得(1)F=;(2)ω=;(3)男、女运动员手拉手均做匀速圆周运动时,他们之间的拉力提供各自做圆周运动的向心力,设拉力大小为F',则F'=m1ω'2r1=m2ω'2r2所以r1∶r2=1∶2.答案:(1)(2)(3)1∶2。

3．圆周运动的实例分析[先填空] 1．汽车过拱形桥 (1)经最高点时的受力情况汽车经拱形桥顶点时，竖直方向受到重力和支持力作用．(2)动力学方程：mg －N ＝m v 2R .(3)对桥面压力：N ′＝mg －m v 2R.2．“旋转秋千”(1)物理模型：细线下面悬挂一个钢球，用手带动钢球使它在某个水平面内做匀速圆周运动形成一个圆锥摆，如图2­3­1所示．图2­3­1(2)向心力的来源：由重力和悬线拉力的合力提供．由F 合＝mg tan α＝m ω2r ，r ＝l sin α. 得：ω＝g l cos α cos α＝gω2l周期T ＝2πω＝2πl cos αg. [再判断]1．汽车驶过凸形桥最高点，速度很大时，对桥的压力可能等于零．(√) 2．汽车过凸形桥或凹形桥时，向心加速度的方向都是向上的．(×) 3．汽车驶过凹形桥低点时，对桥的压力一定大于重力．(√) 4．乘坐“旋转秋千”的人在水平面内做匀速圆周运动．(√) 5．体重越大的人坐在秋千上旋转时，缆绳与中心轴的夹角越小．(×) [后思考]1．公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”，如图2­3­2，汽车在凹形桥上通过时，汽车的向心力由什么力提供？汽车对桥的压力是否等于重力？图2­3­2【提示】 汽车的向心力由支持力和重力的合力提供，即F n ＝F N －mg ，汽车对桥的压力大于重力．2．旋转秋千的缆绳与中心轴的夹角由哪些因素决定？ 【提示】 由绳长和角速度两个因素决定，与人的体重无关．[合作探讨]小球分别在轻绳(如图2­3­3甲)和轻杆(如图2­3­3乙)的一端绕另一端在竖直平面内运动，请思考：图2­3­3探讨1：小球要在竖直平面内完成圆周运动，经过最高点时的最小速度能为零吗？ 【提示】 轻绳上的小球最小速度不能为零．轻杆上的小球最小速度可以为零．探讨2：小球经过最高点时，与绳(或杆)之间的作用力可以为零吗？ 【提示】 小球轻过最高点时与绳或杆的作用力可以为零． [核心点击]1．汽车过桥问题的分析(1)汽车过凸形桥：汽车在桥上运动，经过最高点时，汽车的重力与桥对汽车支持力的合力提供向心力．如图2­3­4甲所示．图2­3­4由牛顿第二定律得：G －F N ＝m v 2r ，则F N ＝G －m v 2r.汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是一对相互作用力，即F N ′＝F N ＝G －m v 2r，因此，汽车对桥的压力小于重力，而且车速越大，压力越小．①当0≤v <gr 时，0<F N ≤G .②当v ＝gr 时，F N ＝0，汽车做平抛运动飞离桥面，发生危险． (2)汽车过凹形桥．如图乙所示，汽车经过凹形桥面最低点时，受竖直向下的重力和竖直向上的支持力，两个力的合力提供向心力，则F N －G ＝m v 2r ，故F N ＝G ＋m v 2r .由牛顿第三定律得：汽车对凹形桥面的压力F N ′＝G ＋m v 2r，大于汽车的重力．2．竖直平面内圆周运动的两种模型 (1)轻绳模型如图2­3­5所示，轻绳系的小球或在轨道内侧运动的小球，在最高点时的临界状态为只受重力，由mg ＝m v 2r，得v ＝gr .图2­3­5在最高点时：①v ＝gr 时，拉力或压力为零．②v >gr 时，物体受向下的拉力或压力，并且随速度的增大而增大． ③v <gr 时，物体不能达到最高点．(实际上球未到最高点就脱离了轨道) 即绳类模型中小球在最高点的临界速度为v 临＝gr . (2)轻杆模型如图2­3­6所示，在细轻杆上固定的小球或在管形轨道内运动的小球，由于杆和管能对小球产生向上的支持力，所以小球能在竖直平面内做圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零，小球的受力情况为：图2­3­6①v ＝0时， 小球受向上的支持力N ＝mg .②0<v <gr 时，小球受向上的支持力且随速度的增大而减小． ③v ＝gr 时，小球只受重力．④v >gr 时，小球受向下的拉力或压力，并且随速度的增大而增大． 即杆类模型中小球在最高点的临界速度为v 临＝0.1．(2016·东营高一检测)如图2­3­7所示，在某次军事演习中，一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进，则战车对路面的压力最大和最小的位置分别是( )图2­3­7A ．A 点，B 点 B ．B 点，C 点 C ．B 点，A 点D ．D 点，C 点【解析】 战车在B 点时由F N －mg ＝m v 2R 知F N ＝mg ＋m v 2R ，则F N >mg ，故对路面的压力最大，在C 和A 点时由mg －F N ＝m v 2R 知F N ＝mg －m v 2R，则F N <mg 且R C >R A ，故F N C >F N A ，故在A 点对路面压力最小，故选C.【答案】 C2．如图2­3­8所示，“旋转秋千”中的两个座椅A 、B 质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上．不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是( )图2­3­8A．A的速度比B的大B．A与B的向心加速度大小相等C．悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等D．悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小【解析】在转动过程中，A、B两座椅的角速度相等，但由于B座椅的半径比较大，故B座椅的速度比较大，向心加速度也比较大，A、B项错误；A、B两座椅所需向心力不等，而重力相同，故缆绳与竖直方向的夹角不等，C项错误；根据F＝mω2r判断A座椅的向心力较小，所受拉力也较小，D项正确．【答案】 D3．长度为0.5 m的轻杆OA绕O点在竖直平面内做圆周运动，A端连着一个质量m＝2 kg 的小球．求在下述的两种情况下，通过最高点时小球对杆的作用力的大小和方向．(g取10 m/s2)(1)杆做匀速圆周运动的转速为2.0 r/s；(2)杆做匀速圆周运动的转速为0.5 r/s.【导学号：67120028】【解析】小球在最高点的受力如图所示：(1)杆的转速为2.0 r/s时，ω＝2π·n＝4π rad/s由牛顿第二定律得F＋mg＝mLω2故小球所受杆的作用力F＝mLω2－mg＝2×(0.5×42×π2－10)N≈138 N即杆对小球提供了138 N的拉力．由牛顿第三定律知小球对杆的拉力大小为138 N，方向竖直向上．(2)杆的转速为0.5 r/s时，ω′＝2π·n＝π rad/s同理可得小球所受杆的作用力F＝mLω′2－mg＝2×(0.5×π2－10)N≈－10 N.力F为负值表示它的方向与受力分析中所假设的方向相反，故小球对杆的压力大小为10 N ，方向竖直向下．【答案】 (1)小球对杆的拉力为138 N ，方向竖直向上 (2)小球对杆的压力为10 N ，方向竖直向下竖直平面内圆周运动的分析方法物体在竖直平面内做圆周运动时：1．明确运动的模型，是轻绳模型还是轻杆模型．2．明确物体的临界状态，即在最高点时物体具有最小速度时的受力特点． 3．分析物体在最高点及最低点的受力情况，根据牛顿第二定律列式求解．[先填空]1．火车在内低外高的路面上转弯(1)向心力来源：如图2­3­9向心力由重力和支持力的合力提供(2)向心力方程：mg tan_θ＝m v 2R图2­3­92．飞机转弯受力如图2­3­10所示，向心力由空气作用力F 和重力mg 的合力提供．图2­3­10[再判断]1．火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小．(×) 2．火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的．(×) 3．火车通过弯道时具有速度的限制．(√)[后思考]除了火车弯道具有内低外高的特点外，你还了解哪些道路具有这样的特点？图2­3­11【提示】有些道路具有外高内低的特点是为了增加车辆做圆周运动的向心力，进而提高了车辆的运动速度，因此一些赛车项目的赛道的弯道要做得外高内低，比如汽车、摩托车、自行车赛道的弯道，高速公路的拐弯处等．[合作探讨]火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图2­3­12所示，请思考下列问题：重力G与支持力F N的合力F是使火车转变的向心力图2­3­12探讨1：火车转弯处的铁轨有什么特点？【提示】火车转弯处，外轨高于内轨．探讨2：火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？【提示】火车转弯时速度过大会对轨道外侧有压力，速度过小会对轨道内侧有压力．[核心点击]1．明确圆周平面火车转弯处的铁轨，虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的．因而火车在行驶的过程中，中心的高度不变，即火车中心的轨迹在同一水平面内．故火车的圆周平面是水平面，而不是斜面．即火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心．2．受力特点在实际的火车转弯处，外轨高于内轨，火车所受支持力的方向斜向上，其竖直分力可以与重力平衡，其水平分力可以提供向心力，或者说火车所受支持力与重力的合力可以提供向心力．3．速度与轨道压力的关系(1)若火车转弯时，火车所受支持力与重力的合力充当向心力，则mg tan θ＝m v 20R，如图2­3­13所示，则v 0＝gR tan θ，其中R 为弯道半径，θ为轨道平面与水平面的夹角(tan θ≈h L，h 为内外轨高度差，L 为内外轨间距)，v 0为转弯处的规定速度．此时，内外轨道对火车均无挤压作用；图2­3­13(2)若火车行驶速度v 0>gR tan θ，外轨对轮缘有侧压力； (3)若火车行驶速度v 0<gR tan θ，内轨对轮缘有侧压力．4．(多选)(2016·连云港高一检测)铁路转弯处的弯道半径r 是根据地形决定的．弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h 的设计不仅与r 有关，还与火车在弯道上的行驶速率v 有关．下列说法正确的是( )A ．v 一定时，r 越小则要求h 越大B ．v 一定时，r 越大则要求h 越大C ．r 一定时，v 越小则要求h 越大D ．r 一定时，v 越大则要求h 越大【解析】 设轨道平面与水平方向的夹角为θ，由mg tan θ＝m v 2r ，得tan θ＝v 2gr ，又因为tan θ≈sin θ＝h l ，所以h l ＝v 2gr.可见v 一定时，r 越大，h 越小，故A 正确，B 错误；当r 一定时，v 越大，h 越大，故C 错误，D 正确．【答案】 AD5. (多选)火车在铁轨上转弯可以看做是做匀速圆周运动，火车速度提高易使外轨受损．为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题，你认为理论上可行的措施是( )【导学号：67120029】图2­3­14A．减小弯道半径B．增大弯道半径C．适当减小内外轨道的高度差D．适当增加内外轨道的高度差【解析】当火车速度增大时，可适当增大转弯半径或适当增大轨道倾角，以减小外轨所受压力．【答案】BD6. (多选)(2013·全国卷Ⅱ)公路急转弯处通常是交通事故多发地带．如图2­3­15所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v c时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势．则在该弯道处( )图2­3­15A．路面外侧高内侧低B．车速只要低于v c，车辆便会向内侧滑动C．车速虽然高于v c，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v c的值变小【解析】抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因，结合圆周运动规律可判断．汽车转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明公路外侧高一些，支持力的水平分力刚好提供向心力，此时汽车不受静摩擦力的作用，与路面是否结冰无关，故选项A 正确，选项D错误．当v<v c时，支持力的水平分力大于所需向心力，汽车有向内侧滑动的趋势，摩擦力向外侧；当v>v c时，支持力的水平分力小于所需向心力，汽车有向外侧滑动的趋势，在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑，故选项B错误，选项C正确．【答案】AC火车转弯问题的两点注意(1)合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下．因为，火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心．(2)规定速度的唯一性：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用．速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力．[先填空]1．定义：做圆周运动的物体，沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动． 2．条件：物体所受的合外力突然消失或合外力不足以提供向心力． 3．离心机械：利用离心运动的机械． 4．应用：脱水筒、离心机．5．危害与防止⎩⎪⎨⎪⎧危害：飞行员可能会暂时失明、昏厥防止：车辆转弯时要限速.[再判断]1．离心运动的方向一定沿圆周的切线方向．(×) 2．汽车在转弯时为防止侧滑需要减速运动．(√) 3．做离心运动的物体沿半径方向远离圆心．(×)4．做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动．(×) [后思考]雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出(如图2­3­16所示)，你能说出其中的原因吗？图2­3­16【提示】 旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出．[合作探讨]如图2­3­17所示，链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出．汽车高速转弯时，若摩擦力不足，汽车会滑出路面．请思考：图2­3­17探讨1：链球飞出、汽车滑出是因为受到了离心力吗？【提示】 不是．是因为向心力不足或消失．探讨2：物体做离心运动的条件是什么？【提示】 物体受的合外力消失或小于圆周运动需要的向心力．[核心点击]1．离心运动的实质：离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现。

第3节 圆周运动的实例分析1 火车、汽车拐弯的动力学问题（答题时间：30分钟）1. 摆式列车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车，如图所示。

当列车转弯时，在电脑控制下，车厢会自动倾斜，抵消离心力的作用；行走在直线上时，车厢又恢复原状，就像玩具“不倒翁”一样。

假设有一超高速列车在水平面内行驶，以360 km/h 的速度拐弯，拐弯半径为1 km ，则质量为50 kg 的乘客在拐弯过程中所受到的火车给他的作用力为（g 取10 m/s 2）（ ）A. 0B. 500 NC. 1000 ND. 500 2 N2. 铁路转弯处的弯道半径r 是由地形决定的，弯道处要求外轨比内轨高，其内、外轨高度差h 的设计不仅与r 有关，还与火车在弯道上的行驶速率v 有关。

下列说法正确的是（ ）A. 速率v 一定时，r 越大，要求h 越大B. 速率v 一定时，r 越小，要求h 越大C. 半径r 一定时，v 越小，要求h 越大D. 半径r 一定时，v 越大，要求h 越大3. 一只小狗拉着雪橇在水平冰面上沿着圆弧形的道路匀速行驶，下图为雪橇受到的牵引力F 及摩擦力F 1的示意图（O 为圆心），其中正确的是（ ）4. 火车转弯时，火车的车轮恰好与铁轨间没有侧压力。

若将此时火车的速度适当增大一些，则该过程中（ ）A. 外轨对轮缘的侧压力减小B. 外轨对轮缘的侧压力增大C. 铁轨对火车的支承力增大D. 铁轨对火车的支承力不变5. 冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员重力的k 倍，在水平冰面上沿半径为R 的圆周滑行的运动员，其安全速度的最大值是（ ） A. gR k B. kgR C.kgR D. kgR 2 6. 如图所示，某游乐场有一水上转台，可在水平面内匀速转动，沿半径方向面对面手拉手坐着甲、乙两个小孩，假设两个小孩的质量相等，他们与盘间的动摩擦因数相同，当圆盘转速加快到两个小孩刚好还未发生滑动时，某一时刻两个小孩突然松手，则两个小孩的运动情况是（ ）A. 两小孩均沿切线方向滑出后落入水中B. 两小孩均沿半径方向滑出后落入水中C. 两小孩仍随圆盘一起做匀速圆周运动，不会发生滑动而落入水中D. 甲仍随圆盘一起做匀速圆周运动，乙发生滑动最终落入水中7. 火车在水平轨道上转弯时，若转弯处内外轨道一样高，则火车转弯时（）A. 对外轨产生向外的挤压作用B. 对内轨产生向外的挤压作用C. 对外轨产生向内的挤压作用D. 对内轨产生向内的挤压作用8. 如图所示，是从一辆在水平公路上行驶着的汽车后方拍摄的汽车后轮照片。

教科版物理必修二练习：第二章匀速圆周运动：2.匀速圆周运动的向心力和向心加速度课后作业提升一、选择题1.一走时准确的时钟(设它的指针连续均匀转动),则下列说法正确的是()A.时针的周期是1h,分针的周期是60sB.分针的角速度是秒针的12倍C.如果分针的长度是时针的1.5倍,则分针端点的向心加速度是时针端点的1.5倍D.如果分针的长度是时针的1.5倍,则分针端点的线速度是时针端点的18倍解析:时针的周期是12h,分针的周期是1h=60min,秒针的周期是1 min=60s,由ω=可知分针的角速度是秒针角速度的,所以A、B均错.由v=可知分针端点的线速度是时针端点线速度的18倍,由a=()2r可知分针端点的向心加速度是时针端点向心加速度的216倍,故C错,D对.答案:D2.关于质点做匀速圆周运动的说法正确的是()A.由a=知a与r成反比B.由a=ω2r知a与r成正比C.由ω=知ω与r成反比D.由ω=2πn知ω与转速n成正比答案:D3.如图所示,一圆盘可绕一通过圆心且垂直盘面的竖直轴OO'转动.在圆盘上放置一木块,木块随圆盘一起做匀速转动,则木块相对圆盘的运动趋势方向()A.与木块运动方向相同B.与木块运动方向相反C.背离圆心D.指向圆心解析:木块做匀速圆周运动,向心力由静摩擦力提供,方向指向圆心,而静摩擦力的方向与物体相对圆盘运动趋势的方向相反,因此木块相对圆盘的运动趋势方向背离圆心.答案:C4.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,运动中小球所需的向心力是()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解析:小球在竖直平面内做变速圆周运动,受重力和绳的拉力作用,由于向心力是指向圆心方向的合外力,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C、D.答案:CD5.如图所示,绳子的一端固定在O点,另一端拴一重物在水平面内做匀速圆周运动()A.转速相同时,绳长的容易断B.周期相同时,绳短的容易断C.线速度大小相等时,绳长的容易断D.线速度大小相等时,绳短的容易断解析:根据F=mω2r=m r=m4π2rn2,转速n相同时,绳越长,即r越大,向心力F越大,故绳长的容易断,选项A正确;根据F=m r,周期相同时,r越大,F越大,也是绳长的容易断,故B错误;F=m,线速度v大小相等时,r越大,F越小,可以判断,绳短的容易断,选项D正确,C错误.答案:AD6.如图所示,一根不可伸长的轻绳一端拴着一个小球,另一端固定在竖直杆上,当竖直杆以角速度ω转动时,小球跟着杆一起做匀速圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角为θ,下列关于ω与θ关系的图像正确的是()解析:小球受到的重力和绳子的拉力的合力提供向心力,如图所示.则有mg tan θ=mω2l sin θ,所以ω=,当θ=0时,ω=,故选项D正确.答案:D二、非选择题7.如图所示,m1、m2是质量分别为50g和100 g的小球,套在水平光滑杆上.两球相距21cm,并用细线连接,欲使两球绕轴以600r/min的转速在水平面内转动而不滑动,两球离转动中心分别为多远?线上拉力是多大?解析:设m1、m2离转轴中心距离分别为r1、r2,需要的向心力分别是F1、F2,则有r1+r2=L,F1=m1r1ω2,F2=m2r2ω2且F1=F2,由以上各式解得r1=0.14mr2=0.07m,ω=2πn=20π rad/s线上的拉力大小F=F1=F2≈28N.答案:0.14m0.07m28N8.如图所示是双人花样滑冰运动中男运动员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩场面,若女运动员做圆锥摆时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求:(1)男运动员对女运动员的拉力大小.(2)两人转动的角速度.(3)如果男、女运动员手拉手均做匀速圆周运动,已知两人质量比为2∶1,求他们做匀速圆周运动的半径比.解析:女运动员受到重力mg和男运动员的拉力F作用,如图所示.则:F cos θ=mg,F sin θ=mω2r解得(1)F=;(2)ω=;(3)男、女运动员手拉手均做匀速圆周运动时,他们之间的拉力提供各自做圆周运动的向心力,设拉力大小为F',则F'=m1ω'2r1=m2ω'2r2所以r1∶r2=1∶2.答案:(1)(2)(3)1∶2。

2.匀速圆周运动的向心力和向心加速度课后作业提升一、选择题1.一走时准确的时钟(设它的指针连续均匀转动),则下列说法正确的是( ) A.时针的周期是1h,分针的周期是60s B.分针的角速度是秒针的12倍C.如果分针的长度是时针的1.5倍,则分针端点的向心加速度是时针端点的1.5倍D.如果分针的长度是时针的1.5倍,则分针端点的线速度是时针端点的18倍解析:时针的周期是12h,分针的周期是1h =60min,秒针的周期是1 min =60s,由ω=2πT 可知分针的角速度是秒针角速度的160,所以A 、B 均错.由v=2πr T可知分针端点的线速度是时针端点线速度的18倍,由a=(2πT)2r 可知分针端点的向心加速度是时针端点向心加速度的216倍,故C 错,D 对. 答案:D2.关于质点做匀速圆周运动的说法正确的是( ) A.由a=v 2r 知a 与r 成反比B.由a=ω2r 知a 与r 成正比C.由ω=知ω与r 成反比D.由ω=2πn 知ω与转速n 成正比 答案:D3.如图所示,一圆盘可绕一通过圆心且垂直盘面的竖直轴OO'转动.在圆盘上放置一木块,木块随圆盘一起做匀速转动,则木块相对圆盘的运动趋势方向( )A.与木块运动方向相同B.与木块运动方向相反C.背离圆心D.指向圆心解析:木块做匀速圆周运动,向心力由静摩擦力提供,方向指向圆心,而静摩擦力的方向与物体相对圆盘运动趋势的方向相反,因此木块相对圆盘的运动趋势方向背离圆心.答案:C4.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,运动中小球所需的向心力是( )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解析:小球在竖直平面内做变速圆周运动,受重力和绳的拉力作用,由于向心力是指向圆心方向的合外力,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C 、D . 答案:CD5.如图所示,绳子的一端固定在O 点,另一端拴一重物在水平面内做匀速圆周运动( )A.转速相同时,绳长的容易断B.周期相同时,绳短的容易断C.线速度大小相等时,绳长的容易断D.线速度大小相等时,绳短的容易断解析:根据F=m ω2r=m 4π2T 2r=m4π2rn 2,转速n 相同时,绳越长,即r 越大,向心力F 越大,故绳长的容易断,选项A 正确;根据F=m 4π2T 2r,周期相同时,r 越大,F 越大,也是绳长的容易断,故B 错误;F=m v 2r ,线速度v 大小相等时,r 越大,F 越小,可以判断,绳短的容易断,选项D 正确,C 错误. 答案:AD6.如图所示,一根不可伸长的轻绳一端拴着一个小球,另一端固定在竖直杆上,当竖直杆以角速度ω转动时,小球跟着杆一起做匀速圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角为θ,下列关于ω与θ关系的图像正确的是( )解析:小球受到的重力和绳子的拉力的合力提供向心力,如图所示.则有mg tan θ=m ω2l sin θ,所以ω=√glcosθ,当θ=0时,ω=√gl ,故选项D 正确.答案:D 二、非选择题7.如图所示,m 1、m 2是质量分别为50g 和100 g 的小球,套在水平光滑杆上.两球相距21cm,并用细线连接,欲使两球绕轴以600r/min 的转速在水平面内转动而不滑动,两球离转动中心分别为多远?线上拉力是多大?解析:设m 1、m 2离转轴中心距离分别为r 1、r 2,需要的向心力分别是F 1、F 2,则有r 1+r 2=L ,F 1=m 1r 1ω2,F 2=m 2r 2ω2且F 1=F 2,由以上各式解得r 1=0.14m r 2=0.07m,ω=2πn=20π rad/s 线上的拉力大小F=F 1=F 2≈28N . 答案:0.14m 0.07m 28N8.如图所示是双人花样滑冰运动中男运动员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩场面,若女运动员做圆锥摆时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m ,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r ,求:(1)男运动员对女运动员的拉力大小.(2)两人转动的角速度.(3)如果男、女运动员手拉手均做匀速圆周运动,已知两人质量比为2∶1,求他们做匀速圆周运动的半径比.解析:女运动员受到重力mg和男运动员的拉力F作用,如图所示.则:F cos θ=mg,F sin θ=mω2r解得(1)F=mgcosθ;(2)ω=√gtanθr;(3)男、女运动员手拉手均做匀速圆周运动时,他们之间的拉力提供各自做圆周运动的向心力,设拉力大小为F',则F'=m1ω'2r1=m2ω'2r2所以r1∶r2=1∶2.答案:(1)mgcosθ(2)√gtanθr(3)1∶2。