2020屆高三物理練習(xí) 圓周運(yùn)動(dòng) 新人教版

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1、第四章 第3單元 圓周運(yùn)動(dòng) [課時(shí)作業(yè)] 命 題 設(shè) 計(jì) 難度　 目標(biāo)　 題號(hào)　　　　　　　　　　 較易 中等 稍難 單 一 目 標(biāo) 勻速圓周運(yùn) 動(dòng)相關(guān)概念 1 向心力 3 5 綜合 目標(biāo) 勻速圓周運(yùn) 動(dòng)分析及應(yīng)用 2、4、7 6、8、9、10 11、12 一、選擇題(本題共9小題，每小題7分，共63分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的) 1．在一棵大樹(shù)將要被伐倒的時(shí)候，有經(jīng)驗(yàn)的伐木工人就會(huì)雙眼緊盯著樹(shù)梢，根據(jù)樹(shù)梢的運(yùn)動(dòng)情形就能判斷大樹(shù)正在朝著哪個(gè)方向倒下，從而避免被倒下的大樹(shù)砸傷．從

2、物理知識(shí)的角度來(lái)解釋?zhuān)韵抡f(shuō)法正確的是 (　　) A．樹(shù)木開(kāi)始倒下時(shí)，樹(shù)梢的角速度較大，易于判斷 B．樹(shù)木開(kāi)始倒下時(shí)，樹(shù)梢的線速度最大，易于判斷 C．樹(shù)木開(kāi)始倒下時(shí)，樹(shù)梢的向心加速度較大，易于判斷 D．伐木工人的經(jīng)驗(yàn)缺乏科學(xué)依據(jù) 解析：樹(shù)木倒下時(shí)樹(shù)干上各部分的角速度相同，半徑越大其線速度越大，B項(xiàng)正確． 答案：B 2.鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的.彎道處要求外軌比內(nèi)軌高，其內(nèi)外軌高度 差h的設(shè)計(jì)不僅與r有關(guān)，還與火車(chē)在彎道上的行駛速率v有關(guān).下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.v一定時(shí)，r越小

3、則要求h越大 B.v一定時(shí)，r越大則要求h越大 C.r一定時(shí)，v越小則要求h越大 D.r一定時(shí)，v越大則要求h越大 解析：設(shè)軌道平面與水平方向的夾角為θ，由mgtanθ＝m，得tanθ＝.可見(jiàn)v一定 時(shí)，r越大，tanθ越小，內(nèi)外軌道的高度差h越小，故A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)r一定時(shí)， v越大，tanθ越大，內(nèi)外軌道的高度差越大，故C錯(cuò)誤，D正確. 答案：AD 3.如圖2所示，OO′為豎直軸，MN為固定在OO′上的水平光滑桿，有兩 個(gè)質(zhì)量相同的金屬球A、B套在水平桿上，AC和BC為抗拉能力相同的兩 根細(xì)線，C端固定在轉(zhuǎn)軸OO′上．當(dāng)繩拉直時(shí)，A、B兩球轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比 恒為2∶

4、1，當(dāng)轉(zhuǎn)軸的角速度逐漸增大時(shí) (　　) A．AC先斷 B．BC先斷 圖1 C．兩線同時(shí)斷 D．不能確定哪段線先斷 解析：A受重力、支持力、拉力FA三個(gè)力作用，拉力的分力提供向心力，得：水平方 向：FAcosα＝mrAω2， 同理，對(duì)B：FBcosβ＝mrBω2， 由幾何關(guān)系，可知cosα＝，cosβ＝. 所以：＝＝＝. 由于AC>BC，所以FA>FB，即繩AC先斷． 答案：A 4.用一根細(xì)繩，一端系住一個(gè)質(zhì)量為m

5、的小球，另一端懸在光滑水 平桌面上方h處，繩長(zhǎng)l大于h，使小球在桌面上做如圖3所示的 勻速圓周運(yùn)動(dòng)．若使小球不離開(kāi)桌面，其轉(zhuǎn)速最大值是(　　) A. 　　　　 B．π 圖2 C. D．2π 解析：轉(zhuǎn)速最大時(shí)，小球?qū)ψ烂鎰偤脽o(wú)壓力， 則F向＝mgtanθ＝mlsinθω2，即ω＝ ，其中cosθ＝，所以n＝＝ ， 故選A. 答案：A 5.如圖3所示，物塊在水平圓盤(pán)上，與圓盤(pán)一起繞固定軸勻速運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō) 法中正確的是

6、 (　　) A．物塊處于平衡狀態(tài) B．物塊受三個(gè)力作用 圖3 C．在角速度一定時(shí)，物塊到轉(zhuǎn)軸的距離越遠(yuǎn)，物塊越不容易脫離圓盤(pán) D．在物塊到轉(zhuǎn)軸距離一定時(shí)，物塊運(yùn)動(dòng)周期越小，越不容易脫離圓盤(pán) 解析：對(duì)物塊受力分析可知，物塊受豎直向下的重力、垂直圓盤(pán)向上的支持力及指向圓心的摩擦力共三個(gè)力作用，合力提供向心力，A錯(cuò)，B正確．根據(jù)向心力公式F＝mrω2可知，當(dāng)ω一定時(shí)，半徑越大，所需的向心力越大，

7、越容易脫離圓盤(pán)；根據(jù)向心力公式F＝mr()2可知，當(dāng)物塊到轉(zhuǎn)軸距離一定時(shí)，周期越小，所需向心力越大，越容易脫離圓盤(pán)，C、D錯(cuò)誤． 答案：B 6.如圖4所示，一小物塊在開(kāi)口向上的半圓形曲面內(nèi)以某一速率開(kāi)始下滑， 曲面內(nèi)各處動(dòng)摩擦因數(shù)不同，此摩擦作用使物塊下滑時(shí)速率保持不變，則 下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．因物塊速率保持不變，故加速度為零 圖4 B．物塊所受合外力不變 C．在滑到最低點(diǎn)以前，物塊對(duì)曲面的壓力越來(lái)越大 D．在滑到最低

8、點(diǎn)以前，物塊受到的摩擦力越來(lái)越大 解析：物塊速率不變，可理解為物塊的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，物塊所受合外力充當(dāng)所需的向心力，故合外力大小不變，而方向在變，向心加速度不為零，A、B錯(cuò)；對(duì)物塊受力分析并正交分解可得FN－mgcosθ＝m，而且其中θ越來(lái)越小，所以FN越來(lái)越大；Ff＝mgsinθ，其中θ越來(lái)越小，所以Ff越來(lái)越小，C、D均正確． 答案：BCD 7.質(zhì)量為60 kg的體操運(yùn)動(dòng)員做“單臂大回環(huán)”，用一只手抓住單杠，伸展身 體，以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)．如圖5所示，此過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí) 手臂受的拉力至少約為(忽略空氣阻力，g＝10 m/s2)

9、 (　　) A．600 N　　　　　　　　　B．2400 N 圖5 C．3000 N D．3600 N 解析：設(shè)運(yùn)動(dòng)員的重心到單杠的距離為R，在最低點(diǎn)的最小速度為v，則有mv2＝mg·2R F－mg＝ 由以上二式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得F＝3000 N. 答案：C 8.用一根細(xì)線一端系一小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，另一端固定在一光滑圓錐頂上，如圖6所示．設(shè) 小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為ω，線的張力為FT，則FT隨ω2 變化的圖象是圖8中的

10、 (　　) 圖6 圖7 解析：小球角速度ω較小，未離開(kāi)錐面時(shí)，設(shè)線的張力為FT，線的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，錐面對(duì)小球的支持力為FN，則有FTcosθ＋FNsinθ＝mg，F(xiàn)Tsinθ－FNcosθ＝mω2Lsinθ，可得出：FT＝mgcosθ＋mω2L

11、sin2θ，可見(jiàn)隨ω由0開(kāi)始增加，F(xiàn)T由mgcosθ開(kāi)始隨ω2的增大，線性增大，當(dāng)角速度增大到小球飄離錐面時(shí)，F(xiàn)T·sinα＝mω2Lsinα，得FT＝mω2L，可見(jiàn)FT隨ω2的增大仍線性增大，但圖線斜率增大了，綜上所述，只有C正確． 答案：C 9．(2020·西城模擬)如圖8所示，小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，內(nèi) 側(cè)壁半徑為R，小球半徑為r，則下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度vmin＝ B．小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度vmin＝0 C．小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)側(cè)管壁對(duì)小球可能有作用力 D．小球在水平線

12、ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力 圖8 解析：小球沿管上升到最高點(diǎn)的速度可以為零，故A錯(cuò)誤，B正確；小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由外側(cè)管壁對(duì)小球的作用力FN與球重力在背離圓心方向的分力Fmg的合力提供向心力，即：FN－Fmg＝m，因此，外側(cè)管壁一定對(duì)球有作用力，而內(nèi)側(cè)壁無(wú)作用力，C錯(cuò)誤；小球在水平線ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球受管壁的作用力與小球速度大小有關(guān)，D錯(cuò)誤． 答案：B 二、計(jì)算題(本題共3小題，共37分，解答時(shí)應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 10．(11分)(2020·廣東高考)有一種叫“飛椅”的游樂(lè)項(xiàng)目

13、，示意圖如 圖10所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)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(pán)邊緣，轉(zhuǎn)盤(pán)可繞穿過(guò)其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán) 以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼繩與轉(zhuǎn)軸在同一豎直平面內(nèi)，與豎直 圖9 方向的夾角為θ，不計(jì)鋼繩的重力，求轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω與夾角θ的關(guān)系． 解析：設(shè)座椅的質(zhì)量為m，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，座椅的運(yùn)動(dòng)半徑為 R

14、=r+Lsinθ ① 受力分析如右圖，由牛頓第二定律，有 F合＝mgtanθ ② F合＝mω2R ③ 聯(lián)立①②③，得轉(zhuǎn)盤(pán)角速度ω與夾角θ的關(guān)系 ω＝ . 答案：ω＝ 11．(12分)隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，近年來(lái)我國(guó)私家車(chē)數(shù)量快速增長(zhǎng)，高級(jí)和一級(jí)公路的建設(shè)也正加速進(jìn)行．為了防止在公路彎道部分由于行車(chē)速度過(guò)大而發(fā)生側(cè)滑，常將彎道部分設(shè)計(jì)成外高內(nèi)低的斜面．如果某品牌汽

15、車(chē)的質(zhì)量為m，汽車(chē)行駛時(shí)彎道部分的半徑為r，汽車(chē)輪胎與路面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，路面設(shè)計(jì)的傾角為θ，如圖11所示．(重力加速度g取10 m/s2) 圖10 (1)為使汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)不打滑，汽車(chē)行駛的最大速度是多少？ (2)若取sinθ＝，r＝60 m，汽車(chē)輪胎與雨雪路面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.3，則彎道部分 汽車(chē)行駛的最大速度是多少？ 解析：(1)受力分析如圖所示， 豎直方向： FNcosθ=mg+Ffsinθ； 水平方向： FNsinθ+Ffcosθ=m ， 又Ff=μFN， 可得v= . (2)代入數(shù)據(jù)可得：v=14.6 m/s. 答案：(1) 　(2)14.6

16、m/s 12．(14分)(2020·亳州模擬)在如圖12所示的裝置中，兩個(gè)光滑的定滑輪的半徑很小，表面粗糙的斜面固定在地面上，斜面的傾角為θ＝30°.用一根跨過(guò)定滑輪的細(xì)繩連接甲、乙兩物體，把甲物體放在斜面上且連線與斜面平行，把乙物體懸在空中，并使懸線拉直且偏離豎直方向α＝60°.現(xiàn)同時(shí)釋放甲、乙兩物體，乙物體將在豎直平面內(nèi)振動(dòng)，當(dāng)乙物體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)，甲物體在斜面上均恰好未滑動(dòng)．已知乙物體的質(zhì)量為m＝1 kg，若取重力加速度g＝10 m/s2.試求： 圖12 (1)乙物體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)懸繩的拉力大??； (2)甲物體的質(zhì)量及斜面對(duì)甲物體的最大靜摩擦力． 解析：

17、(1)設(shè)乙物體運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，繩子上的彈力為FT1 對(duì)乙物體FT1＝mgcosα＝5 N 當(dāng)乙物體運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，繩子上的彈力為FT2 對(duì)乙物體由機(jī)械能守恒定律： mgl(1－cosα)＝mv2 又由牛頓第二定律：FT2－mg＝m 得：FT2＝mg(3－2cosα)＝20 N. (2)設(shè)甲物體的質(zhì)量為M，所受的最大靜摩擦力為Ff，乙在最高點(diǎn)時(shí)甲物體恰好不下滑， 有：Mgsinθ＝Ff＋FT1 得：Mgsinθ＝Ff＋mgcosα 乙在最低點(diǎn)時(shí)甲物體恰好不上滑，有： Mgsinθ＋Ff＝FT2 得：Mgsinθ＋Ff＝mg(3－2cosα) 可解得：M＝＝2.5 kg Ff＝mg(1－cosα)＝7.5 N. 答案：(1)5 N　20 N　(2)2.5 kg　7.5 N