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一、单项选择题
1.关于离心运动,下列说法中正确的是( )
A.物体突然受到离心力的作用,将做离心运动
B.做匀速圆周运动的物体,当供应向心力的合外力突然变大时将做离心运动
C.做匀速圆周运动的物体,只要供应向心力的合外力的数值发生变化,就将做离心运动
D.做匀速圆周运动的物体,当供应向心力的合外力突然消逝或变小时将做离心运动
解析:选D.物体做什么运动取决于物体所受合外力与物体所需向心力的关系,只有当供应的合外力小于所需要的向心力时,物体做离心运动,所以做离心运动的物体并没有受到所谓的离心力的作用,离心力没有施力物体,所以离心力不存在.由以上分析可知D正确.
2.(2022·东城区高一检测)一质量为m的物体,沿半径为R的向下凹的圆形轨道滑行,如图所示,经过最低点时速度为v,物体与轨道之间的动摩擦因数为μ,则它在最低点时受到的摩擦力为( )
A.μmg B.
C.μm D.μm
解析:选C.在最低点由向心力公式FN-mg=m.得FN=mg+m,又由摩擦力公式Ff=μFN=μ.C正确.
3.(2022·成都高一检测)竖直面内有一圆弧面,其半径为R.质量为m的物体在拉力作用下沿圆弧面以恒定的速率v滑行,拉力的方向始终保持与物体的速度方向全都.已知物体与圆弧之间的动摩擦因数为μ,则物体通过圆弧面最高点P位置时拉力的大小为( )
A.μmg B.
C. D.
解析:选 B.物体做匀速圆周运动,通过最高点时,沿半径方向mg-FN=m,沿切线方向,拉力F=μFN,所以F=,选项B正确.
4.(2022·绵阳高一检测)汽车在水平地面上转弯时,地面的摩擦力已达到最大,当汽车速率增为原来的2倍时,则汽车转弯的轨道半径必需( )
A.减为原来的 B.减为原来的
C.增为原来的2倍 D.增为原来的4倍
解析:选D.汽车在水平地面上转弯,向心力由静摩擦力供应.设汽车质量为m,汽车与地面的动摩擦因数为μ,汽车的转弯半径为r,则μmg=m,故r∝v2,故速率增大到原来的2倍时,转弯半径增大到原来的4倍,D正确.
5.(2022·周口高一检测)如图所示,将完全相同的两个小球A、B,用长L=0.8 m的细绳悬于以v=4 m/s向右匀速运动的小车顶部,两球与小车前后壁接触,由于某种缘由,小车突然停止运动,此时悬线的拉力之比FB∶FA为(g=10 m/s2)( )
A.1∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4
解析:选C.小车突然停止运动后,小球A从最低端开头向右做圆周运动,即FA-mg=m,FA=mg+m=30m;小车突然停止运动后,小球B也马上静止,故FB=mg=10m.所以FB∶FA=1∶3,C对.
6.如图所示,在匀速转动的圆筒内壁上有一物体随圆筒一起转动而未滑动.若圆筒和物体以更大的角速度做匀速转动,下列说法正确的是( )
A.物体所受弹力增大,摩擦力也增大
B.物体所受弹力增大,摩擦力减小
C.物体所受弹力减小,摩擦力减小
D.物体所受弹力增大,摩擦力不变
解析:选D.物体在竖直方向上受重力G与摩擦力Ff,是一对平衡力,在向心力方向上受弹力FN,依据向心力公式,可知FN=mω2r,当ω增大时,FN增大,所以应选D.
二、多项选择题
7.在下面介绍的各种状况中,哪种状况将毁灭超重现象( )
A.荡秋千经过最低点的小孩
B.汽车过凸形桥
C.汽车过凹形桥
D.在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器
解析:选AC.物体在竖直平面内做圆周运动,受重力和拉力(或支持力)的作用,若向心加速度向上,则F-mg=m,F>mg,处于超重状态;若向心加速度向下,则mg-F=m,F<mg,处于失重状态.做匀速圆周运动的飞船中的仪器重力供应向心力,所以处于完全失重状态,所以应选AC.
8.(2022·济南高一检测)如图所示,长为L的细绳一端固定,另一端系一质量为m的小球.给小球一个合适的初速度,小球便可在水平面内做匀速圆周运动,这样就构成了一个圆锥摆,设细绳与竖直方向的夹角为θ.下列说法中正确的是( )
A.小球受重力、绳的拉力和向心力作用
B.小球做圆周运动的半径为L
C.θ越大,小球运动的速度越大
D.θ越大,小球运动的周期越小
解析:选CD.小球只受重力和绳的拉力作用,二者合力供应向心力,A错误;小球做圆周运动的半径为:r=Lsin θ,B错误;由牛顿其次定律得:mgtan θ=m,得到线速度:v2=gLsin θtan θ,由此可见,θ越大,sin θ、tan θ越大,小球运动的速度越大,C正确;小球运动的周期:T==2π,θ越大,小球运动的周期越小,D正确.
☆9.如图所示,木板B托着木块A在竖直平面内逆时针方向做匀速圆周运动,则下列说法中正确的是( )
A.从水平位置a到最高点b的过程中A的向心加速度越来越大
B.从水平位置a到最高点b的过程中B对A的摩擦力越来越小
C.在a处时A对B的压力等于A的重力,A所受的摩擦力达到最大值
D.在过圆心的水平线以下A对B的压力确定大于A的重力
解析:选BCD.由于木块A在竖直平面内做匀速圆周运动,A的向心加速度大小不变,A错误;从水平位置a到最高点b的过程中,A的向心加速度沿水平方向的重量渐渐减小,即此过程B对A的摩擦力越来越小,B正确;在a处时A的向心加速度水平向左,竖直方向上A处于平衡,A对B的压力等于A的重力,A所受的摩擦力达到最大值,C正确;在过圆心的水平线以下有向上的加速度的重量,此时A处于超重状态,B对A的支持力大于A的重力,D正确.
☆10.如图所示,长为l的轻杆,一端固定一个小球,另一端固定在光滑的水平轴上,使小球在竖直面内做圆周运动,关于最高点的速度v,下列说法正确的是( )
A.v的微小值为
B.v由零渐渐增大,向心力也增大
C.当v由 渐渐增大时,杆对小球的弹力渐渐增大
D.当v由 渐渐减小时,杆对小球的弹力渐渐增大
解析:选BCD.由于是轻杆,即使小球在最高点速度为零,小球也不会掉下来,因此v的微小值是零,A错误;v由零渐渐增大,由F=可知,F也增大,B正确;当v=时,F==mg,此时杆恰对小球无作用力,向心力只由其自身重力来供应;当v由 增大时,则=mg+F′⇒F′=m-mg,杆对球的力为拉力,且渐渐增大;当v由 减小时,杆对球为支持力.此时,mg-F′=,由F′=mg-可知,当v减小时支持力F′渐渐增大,杆对球的拉力、支持力都为弹力,所以C、D也正确.故选BCD.
三、非选择题
11.(2022·武威高一检测)如图所示,一光滑的半径为R的半圆形轨道放在水平面上,一个质量为m的小球以某一速度冲上轨道,然后小球从轨道口B处飞出,最终落在水平面上,已知小球落地点C距B处的距离为3R.求小球对轨道口B处的压力为多大?
解析:设小球经过B点时的速度为v,小球平抛运动的水平位移x==R,
竖直方向上2R=gt2.
故v===.
在B点依据牛顿其次定律:F+mg=m
所以F=mg,依据牛顿第三定律:小球对轨道口B处的压力F′=F=mg.
答案:mg
12.质量为0.2 kg的小球固定在长为0.9 m的轻杆一端,杆可绕过另一端O点的水平轴在竖直平面内转动.(g=10 m/s2)求:
(1)当小球在最高点的速度多大时,球对杆的作用力为零?
(2)当小球在最高点的速度分别为6 m/s和1.5 m/s时,球对杆的作用力.
解析:(1)当小球在最高点对杆的作用力为零时,重力供应向心力,则mg=m,解得v0=3 m/s.
(2)当v1=6 m/s>v0时,由牛顿其次定律得:mg+F1=m,由牛顿第三定律得:F1′=F1,解得F1′=6 N,方向竖直向上.
当v2=1.5 m/s<v0时,由牛顿其次定律得:mg-F2=m,由牛顿第三定律得:F2′=F2,解得:F2′=1.5 N,方向竖直向下.
答案:(1)3 m/s (2)6 N,方向竖直向上 1.5 N,方向竖直向下
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