2022-2024北京高三一模物理匯編：生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

2022-2024北京高三一模物理匯編

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

一、單選題

1.（2024北京門頭溝高三一模）當(dāng)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體角速度切變化時(shí)，我們可以引用角加速度力來(lái)描述角

速度。的變化快慢，即夕=詈。圖甲中某轉(zhuǎn)盤自t=o時(shí)由靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，其前4s內(nèi)角加速度S隨時(shí)間f

A.第4s末，轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)B.角加速度的變化率的單位為：rad/s

C.0~2s內(nèi)轉(zhuǎn)盤做勻角加速圓周運(yùn)動(dòng)D.第2s末，轉(zhuǎn)盤的角速度大小為10rad/s

2.（2024北京海淀高三一模）在空間站中，宇航員長(zhǎng)期處于失重狀態(tài)，為緩解這種狀態(tài)帶來(lái)的不適，科學(xué)

家設(shè)想建造一種環(huán)形空間站，如圖所示。圓環(huán)形旋轉(zhuǎn)艙繞中心勻速旋轉(zhuǎn)，宇航員站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)的側(cè)壁上，

可以受到與他站在地球表面時(shí)相同大小的支持力，宇航員可視為質(zhì)點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是（）

A.宇航員可以站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)靠近旋轉(zhuǎn)中心的側(cè)壁上

B.以地心為參考系，宇航員處于平衡狀態(tài)

C.旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)越小

D.宇航員的質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)越小

3.（2024北京東城高三一模）如圖所示靜止于水平地面的箱子內(nèi)有一粗糙斜面，將物體無(wú)初速放在斜面

上，物體將沿斜面下滑。若要使物體相對(duì)斜面靜止，下列情況中不可熊達(dá)到要求的是（）

A.使箱子沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

B.使箱子做自由落體運(yùn)動(dòng)

C.使箱子沿豎直向上的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

D.使箱子沿水平面內(nèi)的圓軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

4.（2024北京西城高三一模）如圖1所示，長(zhǎng)為R且不可伸長(zhǎng)的輕繩一端固定在。點(diǎn)，另一端系一小

球，使小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。由于阻力的影響，小球每次通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速度大小不同。測(cè)量小球經(jīng)

過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速度的大小小繩子拉力的大小孔作出尸與V2的關(guān)系圖線如圖2所示。下列說(shuō)法中正確的是

（）

A.根據(jù)圖線可以得出小球的質(zhì)量加=?

b

B.根據(jù)圖線可以得出重力加速度g==

C.繩長(zhǎng)不變，用質(zhì)量更小的球做實(shí)驗(yàn)，得到的圖線斜率更大

D.用更長(zhǎng)的繩做實(shí)驗(yàn)，得到的圖線與橫軸交點(diǎn)的位置不變

5.（2023北京朝陽(yáng)高三一模）如圖所示，可視為質(zhì)點(diǎn)的小球用輕質(zhì)細(xì)繩懸掛于8點(diǎn)，使小球在水平面內(nèi)做

勻速圓周運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)僅增加繩長(zhǎng)，保持軌跡圓的圓心。到懸點(diǎn)8的高度不變，小球仍在水平面內(nèi)做勻速圓周

運(yùn)動(dòng)。增加繩長(zhǎng)前后小球運(yùn)動(dòng)的角速度、加速度以及所受細(xì)繩的拉力大小分別為例、%、耳和。2、%、

A.例=。2B.C.月=耳D.K＞耳

6.（2022北京東城高三一模）一個(gè)質(zhì)量為機(jī)的小物塊靜止在表面粗糙的圓錐形漏斗的內(nèi)表面，如圖所示。

現(xiàn)使該漏斗從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。緩慢增大時(shí)，物塊仍相對(duì)漏斗保持靜止。當(dāng)角速度達(dá)到0m

時(shí)，物塊將要與漏斗發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。在角速度從0緩慢增大到明的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）

A.物塊所受的摩擦力隨角速度。增大，一直增大

B.物塊所受的摩擦力隨角速度。增大，一直減小

C.物塊所受的支持力隨角速度。增大，一直增大

D.物塊所受的支持力隨角速度。增大，先增大后減小

二、解答題

7.（2023北京平谷高三一模）長(zhǎng)度為L(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩上端固定在P點(diǎn)，下端系一質(zhì)量為根的小球（小球的

大小可以忽略）。重力加速度為g。

（1）在水平拉力廠的作用下，細(xì)繩與豎直方向的夾角為。，小球保持靜止，如圖a所示。求拉力尸的大

小。

（2）使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖b所示。當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為某一合適值時(shí)，細(xì)繩跟

豎直方向的夾角恰好也為凡求此時(shí)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度。o

（3）若圖a和圖b中細(xì)繩拉力分別為T和7,比較T和廠的大小。

圖a圖b

參考答案

1.D

【詳解】A.根據(jù)

a

Nt

可知

Aty=B't

可知圖線下的面積表示角速度的變化量，第4s末，角速度的變化量最大，轉(zhuǎn)盤未停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；

B.角加速度的變化率的單位為rad/s?,故B錯(cuò)誤；

C.由圖乙可知，0~2s內(nèi)轉(zhuǎn)盤的角加速度均勻增加，則轉(zhuǎn)盤做非勻角加速圓周運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；

D.圖線下的面積表示角速度的變化量，可知第2s末，轉(zhuǎn)盤的角速度大小為

m=—x2x10rad/s=10rad/s

2

故D正確。

故選D。

2.C

【詳解】A.宇航員如果站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)靠近旋轉(zhuǎn)中心的側(cè)壁上受到支持力，但此時(shí)支持力方向沿半徑向

外，不指向圓心，不能提供向心力，故A錯(cuò)誤；

B.旋轉(zhuǎn)艙中的宇航員做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)繞中心勻速旋轉(zhuǎn)使宇航員感受到與地球一樣的“重力”是向心

力所致，合力指向圓心，處于非平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；

CD.根據(jù)題意可知宇航員站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)的側(cè)壁上，可以受到與他站在地球表面時(shí)相同大小的支持力，向心

加速度大小為g,由

g=ra>2

得旋轉(zhuǎn)艙的半徑r越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。應(yīng)越小，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與宇航員的質(zhì)量無(wú)關(guān)，故C正確，D錯(cuò)

誤。

故選C。

3.C

【詳解】A.當(dāng)箱子沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，若物體相對(duì)斜面靜止，則兩者加速度相等。當(dāng)物體所

受重力和支持力的合力恰好水平向右，且等于其做加速運(yùn)動(dòng)所需合力時(shí)，物體與斜面間的摩擦力恰好為

零，即物體相對(duì)斜面靜止。故A不符合題意；

B.當(dāng)箱子做自由落體運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物體與箱子之間的作用力為零，物體也做自由落體運(yùn)動(dòng)，即物體相對(duì)斜

面靜止，故B不符合題意；

C.當(dāng)箱子沿豎直向上的方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，假設(shè)物體相對(duì)斜面靜止，則物體受力如圖所示

建立如圖所示坐標(biāo)系，則根據(jù)牛頓第二定律分別有

FN—mgcos0=macos0

f—mgsin0=masin0

整理可得

f=FNtan0

由于物體無(wú)初速放在斜面上時(shí)，物體將沿斜面下滑，故有

tan0

即

f=/jFN<FNtan0

故假設(shè)不成立。物塊與斜面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。故C符合題意；

D.當(dāng)箱子沿水平面內(nèi)的圓軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)物體所受支持力與摩擦力在水平方向的合力恰好提

供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)，物體與斜面相對(duì)靜止。故D不符合題意。

故選C。

4.A

【詳解】AB.根據(jù)牛頓第二定律可知

V2

F+mg=m—

解得

m2

JT=一V-YY12

R

由圖像可知

mQ—0

R2b—b

可得小球的質(zhì)量

aR

m=——

b

由

Q=^b-mg

可得重力加速度

選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；

C.圖像的斜率為

,m

k=—

R

則繩長(zhǎng)不變，用質(zhì)量更小的球做實(shí)驗(yàn)，得到的圖線斜率更小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D.圖線與橫軸交點(diǎn)的位置

0=生/一

R

可得

則用更長(zhǎng)的繩做實(shí)驗(yàn)，得到的圖線與橫軸交點(diǎn)的位置距離原點(diǎn)的的距離變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

故選Ao

5.A

【詳解】設(shè)繩子豎直方向的夾角為由分析可知，繩子和重力的合力提供向心力，即

mgtan0=mco2R=ma

設(shè)軌跡圓的圓心O到懸點(diǎn)8的高度為/i,則

R=htan0

解得

a=gtan0

由力的合成可知

產(chǎn)二工

COS0

繩子越長(zhǎng)，與豎直方向的夾角越大，所以

%<%

kF?

①I=

故選Ao

6.C

【詳解】AB.在角速度從0緩慢增大到。a的過(guò)程中，對(duì)物塊受力分析可知，開(kāi)始時(shí)，受到的摩擦力沿斜

面向上，最后沿斜面向下，故摩擦力先減小后增大，故AB錯(cuò)誤；

CD.當(dāng)角速度較小時(shí)，此時(shí)摩擦力沿斜面向上，在豎直方向根據(jù)共點(diǎn)力平衡可知

Nsin0+fcosO=mg

由于/逐漸減小，故N逐漸增大，當(dāng)了沿斜面向下時(shí)，根據(jù)共點(diǎn)力平衡可得

Nsin6-fcos0=mg

隨角速度的增大，摩擦力沿斜面向下增大，故N隨角速度的增大而增大，故C正確，D錯(cuò)誤。

故選C。

7.(1)F=mgtan0.,(2)?=；(3)T=r=廢-

VLcos^cos。

【詳解】(1)根據(jù)平衡條件可得

F

----=tan0

mg

解得