2024-2025學(xué)年高中物理第五章曲線運(yùn)動(dòng)7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課時(shí)作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGE8-生活中的圓周運(yùn)動(dòng)(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.讓礦泉水瓶繞自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來,帶動(dòng)瓶中水一起高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí),水面形態(tài)接近圖 ()【解析】選D。讓礦泉水瓶繞自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來時(shí),由于離心作用,水將跑到瓶子的邊緣部分,使得邊緣部分水的高度大于中心部分水的高度,則水面形態(tài)接近圖D,故D正確。2.市內(nèi)公共汽車在到達(dá)路口轉(zhuǎn)彎時(shí),車內(nèi)廣播中就要播放錄音:“乘客們請(qǐng)留意,前面車輛轉(zhuǎn)彎,請(qǐng)拉好扶手”,這樣可以 ()A.主要是提示站著的乘客拉好扶手,以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)傾倒B.主要是提示站著的乘客拉好扶手,以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)傾倒C.提示包括坐著和站著的全體乘客均拉好扶手,以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向前傾倒D.提示包括坐著和站著的全體乘客均拉好扶手,以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向后傾倒【解析】選B。公共汽車在到達(dá)路口前,乘客具有與汽車相同的速度,當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí),由于慣性,乘客要保持向前的速度,這樣轉(zhuǎn)彎時(shí)乘客有向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)傾倒的可能。所以播放錄音主要是提示站著的乘客拉好扶手,以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)傾倒,故B正確。3.半球形陶罐固定在可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上,轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸與過陶罐球心O的對(duì)稱軸OO'重合。轉(zhuǎn)臺(tái)以肯定角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),一小物塊掉落在陶罐內(nèi),經(jīng)過一段時(shí)間后小物塊隨陶罐一起轉(zhuǎn)動(dòng)且相對(duì)罐壁靜止,此時(shí)它和O點(diǎn)的連線與OO'之間的夾角為θ,重力加速度為g。下列說法正確的是 ()A.小物塊的向心力由重力沿切線方向的分力供應(yīng)B.轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速增大,未硬化的罐口簡(jiǎn)單變形C.小物塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度小于轉(zhuǎn)臺(tái)的角速度D.轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速減小過程,小物塊受到的摩擦力方向始終不變【解析】選B。小物塊受重力、支持力、還可能有摩擦力,須要的向心力由合力供應(yīng),故A錯(cuò)誤;依據(jù)向心力公式:F=mr(2πn)2,可知轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速增大,須要的向心力大,罐口若沒有硬化,則簡(jiǎn)單因?yàn)轫氁南蛐牧ψ兇?而供應(yīng)的向心力不足而變形,故B正確;小物塊相對(duì)罐壁靜止,它們的角速度相等,故C錯(cuò)誤;當(dāng)小物塊所受的摩擦力沿切線方向向下時(shí),隨著角速度的減小,小物塊所受的摩擦力會(huì)減小,再反向沿切線方向向上,故D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,半徑為R的光滑半球固定在水平地面上,一個(gè)質(zhì)量為m可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊沿半球運(yùn)動(dòng)到半球頂點(diǎn)時(shí)速度為v0,重力加速度為g,下列說法正確的是()A.若v0=,則滑塊對(duì)半球頂點(diǎn)無壓力B.若v0=,則滑塊對(duì)半球頂點(diǎn)壓力大小為mgC.若v0=,則滑塊對(duì)半球頂點(diǎn)壓力大小為mgD.若v0=,則滑塊對(duì)半球頂點(diǎn)壓力大小為mg【解析】選A。在最高點(diǎn),依據(jù)牛頓其次定律得mg-N=m,若v0=,解得N=0,即滑塊對(duì)半球頂點(diǎn)無壓力,故A正確、B錯(cuò)誤;在最高點(diǎn),依據(jù)牛頓其次定律得,mg-N=m,若v0=,解得N=mg,即滑塊對(duì)半圓頂點(diǎn)的壓力大小為mg,故C、D錯(cuò)誤。4.下列有關(guān)洗衣機(jī)脫水筒的脫水原理說法正確的是 ()A.水滴受離心力作用,而沿背離圓心的方向甩出B.水滴受到向心力,由于慣性沿切線方向甩出C.水滴受到的離心力大于它受到的向心力,從而沿切線方向甩出D.水滴與衣服間的附著力小于它所需的向心力,于是沿切線方向甩出【解析】選D。離心力和向心力并非水滴實(shí)際受力,故A、B錯(cuò)誤;脫水過程中,衣服做離心運(yùn)動(dòng)而甩向筒壁。水滴依附的附著力是肯定的,當(dāng)水滴因做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力大于該附著力時(shí),水滴被甩掉;F=ma=mω2R,ω增大會(huì)使向心力F增大,水滴與衣服間的附著力小于它所需的向心力,不能供應(yīng)足夠大的向心力,水滴沿切線方向甩出,故C錯(cuò)誤、D正確。5.一質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平馬路上行駛,路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力為1.4×104N,當(dāng)汽車經(jīng)過半徑為A.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B.汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)所需的向心力為1.4×104NC.汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)汽車會(huì)發(fā)生側(cè)滑D.汽車能平安轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過7.0m/s2【解題指南】汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng),重力與路面的支持力平衡,徑向靜摩擦力供應(yīng)向心力,依據(jù)牛頓其次定律分析解題;本題也可以求解出以20m/s的速度轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力,將徑向最大靜摩擦力與所需向心力比較,若靜摩擦力不足以供應(yīng)向心力,則車會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)?！窘馕觥窟xD。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到重力、地面的支持力以及地面給的摩擦力,其中摩擦力充當(dāng)向心力,A錯(cuò)誤;當(dāng)最大靜摩擦力充當(dāng)向心力時(shí),速度為臨界速度,大于這個(gè)速度則發(fā)生側(cè)滑,依據(jù)牛頓其次定律可得f=m,解得v==m/s=20m/s,所以汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí),所需的向心力小于1.4×104N,汽車不會(huì)發(fā)生側(cè)滑,B、C錯(cuò)誤;汽車能平安轉(zhuǎn)彎的向心加速度a==m/s2=7m/s2,即汽車能平安轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過7.0m/s2,D正確。6.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分別為f甲和f乙,則下列說法中正確的是 ()A.f甲>f乙 B.f甲=f乙C.f甲<f乙 D.無法推斷【解析】選C。設(shè)兩汽車的質(zhì)量為m,速率為v,半徑分別為r甲和r乙,依據(jù)牛頓其次定律得:f甲=m,f乙=m,由題r甲>r乙,則得到:f甲<f乙。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)火車以半徑r=900m轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量為8×105kg,軌道寬為l=1.4m,外軌比內(nèi)軌高h(yuǎn)=14cm,為了使鐵軌不受輪緣的擠壓,火車的速度應(yīng)為多大?(g取10m/s【解析】火車拐彎不受輪緣的擠壓時(shí),靠重力和支持力的合力供應(yīng)向心力,其受力如圖。依據(jù)牛頓其次定律得,mgtanθ=因θ很小,則有tanθ≈sinθ=聯(lián)立得v==m/s=30m/s。答案:30m/s8.(12分)如圖所示,一輛質(zhì)量為2000kg的汽車勻速經(jīng)過一半徑為50m的凸形橋。(g=10m/s2),求(1)汽車若能平安駛過此橋,它的速度范圍為多少?(2)若汽車經(jīng)最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力等于它重力的一半,求此時(shí)汽車的速度多大?【解析】(1)當(dāng)支持力為零時(shí),依據(jù)mg=m得最高點(diǎn)的最大速度為v==m/s=10m/s則速度的范圍為v<10m/s(2)依據(jù)牛頓其次定律得mg-N=mN=mg解得:v==m/s=5m/s答案:(1)v<10m/s(2)5m/s(15分鐘·40分)9.(6分)汽車勻速率地行駛在如圖所示凹凸路面上,則在A、B、C、D四點(diǎn)中,最易爆胎和最易騰空而起的點(diǎn)是 ()A.D與C B.C與BC.B與A D.A與D【解析】選A。汽車在坡谷時(shí):FN-mg=m可得:FN=mg+m>mgr越小,FN越大;而D點(diǎn)半徑比B點(diǎn)小,則D點(diǎn)最簡(jiǎn)單爆胎;汽車在坡頂時(shí):mg-FN=m解得:FN=mg-m<mg半徑越小,FN越小,越簡(jiǎn)單飛離地面,所以C點(diǎn)最簡(jiǎn)單飛離地面。故選A。10.(6分)(多選)如圖所示,質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的光滑圓管中做圓周運(yùn)動(dòng),圓管的半徑為R,小球略小于圓管內(nèi)徑。若小球經(jīng)過圓管最高點(diǎn)時(shí)與軌道間的彈力大小恰為mg,則此時(shí)小球的速度為 ()A.0B.C. D.3gR【解析】選A、C。由題意知,若小球與圓管內(nèi)壁的彈力為mg,可得小球此時(shí)受力恰好平衡,需向心力為0,所以速度等于0,故A正確;若小球與圓管外壁的彈力為mg,依據(jù)牛頓其次定律可得:2mg=m,解得速度v=,所以C正確,B、D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】(多選)英國(guó)絕技演員史蒂夫·特魯加里亞曾飛車挑戰(zhàn)世界最大環(huán)形車道。如圖所示,環(huán)形車道豎直放置,半徑為6m,若汽車在車道上以12m/s恒定的速率運(yùn)動(dòng),演員與汽車的總質(zhì)量為1000kg,重力加速度g取10m/s2,則 ()A.汽車通過最低點(diǎn)時(shí),演員處于超重狀態(tài)B.汽車通過最高點(diǎn)時(shí)對(duì)環(huán)形車道的壓力為1.4×104NC.汽車在環(huán)形車道上的角速度為1rad/sD.若要挑戰(zhàn)勝利,汽車在最高點(diǎn)的速率不行能低于12m/s的恒定速率運(yùn)動(dòng)【解析】選A、B。汽車通過最低點(diǎn)時(shí),加速度方向豎直向上,演員處于超重狀態(tài),故A正確;汽車在最高點(diǎn),依據(jù)牛頓其次定律得,N+mg=m,解得N=m-mg=14000N,故B正確;汽車在環(huán)形車道上的角速度ω==rad/s=2rad/s,故C錯(cuò)誤;要想通過最高點(diǎn),臨界狀況是軌道對(duì)汽車的壓力為零,依據(jù)牛頓其次定律得,mg=m,解得:v'==m/s=2m/s,即最小速度為2m/s,故D錯(cuò)誤。11.(6分)飛機(jī)俯沖拉起時(shí),飛行員處于超重狀態(tài),此時(shí)座位對(duì)飛行員的支持力大于所受的重力,這種現(xiàn)象叫過荷。過荷過重會(huì)造成飛行員大腦貧血,四肢沉重,短暫失明,甚至昏厥。受過特地訓(xùn)練的空軍飛行員最多可承受9倍重力的支持力影響。g取10m/s2,則當(dāng)飛機(jī)在豎直平面上沿圓弧軌道俯沖速度為100m/s時(shí),圓弧軌道的最小半徑為 ()A.100mB.111mC.125mD.250m【解析】選C。飛機(jī)俯沖到最低點(diǎn)時(shí)支持力最大,依據(jù)牛頓其次定律有FN-mg=m,FN=9mg,所以R==125m,故圓弧軌道的最小半徑為125m,故選C。12.(22分)為確保彎道行車平安,汽車進(jìn)入彎道前必需減速。如圖所示,AB為進(jìn)入彎道前的平直馬路,BC為水平圓弧形彎道。已知AB段的距離sAB=14m,彎道半徑R=24m。汽車到達(dá)A點(diǎn)時(shí)速度vA=16m/s,汽車與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.6,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,g取10m/s2。要確保汽車進(jìn)入彎道后不側(cè)滑。求汽車:(1)在彎道上行駛的最大速度。(2)在AB段做勻減速運(yùn)動(dòng)的最小加速度。(3)為提高BC處轉(zhuǎn)彎的最大速度,請(qǐng)?zhí)岢鲴R路建設(shè)時(shí)的合理建議(至少寫兩點(diǎn))?！窘忸}指南】(1)依據(jù)最大靜摩擦力的大小,通過摩擦力供應(yīng)向心力求出在彎道的最大速度。(2)依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式求出A