高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第四节 离心现象及其应用习题

第二章　圆周运动

第四节　离心现象及其应用

基础过关练

题组一　离心现象

1.(2021陕西商洛洛南中学高一下月考)关于离心运动,下列说法中正确的是 (　　)

A.物体一直不受外力作用时,可能做离心运动

B.做匀速圆周运动的物体,在外界提供的向心力突然变大时做离心运动

C.做匀速圆周运动的物体,只要受离心力作用便做离心运动

D.做匀速圆周运动的物体,当外界提供的向心力突然消失或变小时将做离心运动

2.(2020广东佛山一中高一期中)如图所示,光滑的水平面上,小球在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球到达P点时F突然发生变化,则下列关于小球运动的说法中正确的是              (　　)

A.若F突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动

B.若F突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动

C.若F突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动

D.若F突然变小,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心

3.(2021福建厦门高一期末)(多选)场地自行车比赛包含计时赛、追逐赛等项目。在某次比赛中,某位运动员以速度v在倾角为θ的倾斜赛道做半径为R的匀速圆周运动,如图所示,已知运动员及自行车的总质量为m,对于运动员和自行车组成的整体,下列说法正确的是              (　　)

A.可能受重力、支持力、摩擦力作用

B.可能受重力、支持力、向心力作用

C.受到的合力大小为F=m

D.若运动员突然加速,则有可能沿倾斜赛道做离心运动

4.(2021四川成都树德怀远中学高一下月考)如图,用一根结实的细绳,一端拴一个小物体,在光滑桌面上抡动细绳,使小物体做匀速圆周运动,体验手对做圆周运动的物体的拉力。

(1)增大旋转的速度,拉力将　　　　(填“变小”、“变大”或“不变”)。 

(2)松手后,小物体将沿　　　　(填“半径远离圆心”、“切线”或“半径靠近圆心”)方向运动。 

题组二　离心现象的应用

5.(2021广东广州第二中学高一下月考)(多选)以下措施或者行为是为了防止离心运动的是              (　　)

A.游乐场所中空中转椅的安全卡扣

B.转动雨伞甩掉伞上的水

C.运动员将链球甩出去

D.公路弯道处的限速标志

6.(2021广西南宁第二十六中学高一下月考)下列现象中,与离心现象无关的是 (　　)

A.用洗衣机脱去湿衣服中的水

B.旋转雨伞甩掉伞上的水滴

C.汽车紧急刹车时,乘客身体向前倾斜

D.在公路弯道车辆不允许超过规定速度

7.(多选)洗衣机脱水是利用了离心运动把附着在衣服上的水分甩出。如图是某同学用塑料瓶和电动机等自制的脱水装置原理图,但实验中发现瓶内湿毛巾甩干效果不理想,为了能甩得更干。请为该同学的设计提出改进建议              (　　)

A.增大转速           B.减小转速

C.增大塑料瓶半径 D.减小塑料瓶半径

能力提升练

题组一　日常生活中的离心运动

1.(2021重庆沙坪坝八中期中,)(多选)如图甲所示为某品牌的一小型甩干机,内部白色的小筐是甩干桶,其简化模型如图乙所示。当甩干桶在电动机的带动下转动时,衣服贴在竖直的甩干桶壁上。若湿衣服的质量为m,衣服和桶壁间的动摩擦因数为μ,甩干桶内壁半径为r,甩干机外壁的半径为2r。当电动机转动的角速度达到某一值ω1(未知)时,衣服紧贴在甩干桶壁上,其上的一水滴从桶壁上的小孔被甩出,下降高度为h时撞到外壁上。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,不计空气阻力,下列说法正确的是              (　　)

A.若衣服紧贴在桶壁上不掉下来,电动机转动的角速度增大,则衣服受到的摩擦力增大

B.电动机转动的角速度至少为,衣服才能贴在桶壁上不掉下来

C.ω1=

D.ω1=

2.(2021湖南长沙长郡中学高三月考,)(多选)如图所示为甩水拖把的示意图。将拖把的托盘连同周边的拖布条全部放入脱水桶,使上方的固定套杆和旋转杆竖直,手握固定套杆让把手从旋转杆的顶端向下运动,固定套杆就会给旋转杆施加驱动力,驱动旋转杆、拖盘和脱水桶一起转动,固定套杆每下降10 cm,旋转杆带动脱水桶转动1圈;当固定套杆静止不动或向上运动时,固定套杆对旋转杆既不施加动力、也不施加阻力。某型号的甩水拖把部件的数据为:托盘半径为8 cm,拖布条长度为

6 cm,脱水桶的半径为9 cm。固定套杆从最高处沿旋转杆下降40 cm到达最低处的过程中,旋转杆恰好转动了4圈。某次脱水时,固定套杆从最高处由静止匀加速持续向下运动,脱水桶从静止开始转动,历时3 s,固定套杆刚好运动到底端,此时,刚好有水从拖布条脱出。则下列说法正确的是              (　　)

A.紧贴脱水桶内壁的布条表面附着的水先被脱出

B.脱水桶内壁与托盘外缘处的向心加速度之比为1∶1

C.脱水桶内壁与托盘外缘处的向心加速度之比为9∶8

D.拖布条表面附着的水刚被脱出时,脱水桶内壁处的线速度大小为 m/s

题组二　工业生产中的离心运动

3.(2021浙江绍兴高三诊断,)高速离心机用于快速沉淀或分离物质。如图所示,试管固定在高速离心机上,当离心机的转速为n时,在水平试管中质量为m的某固体颗粒到轴心的距离为r。已知试管中充满液体,颗粒与试管内壁不接触。下列说法正确的是              (　　)

A.颗粒运动的角速度为

B.颗粒运动所需的向心力大小为2πmrn2

C.若适当增加离心机的转速,则颗粒将向转轴方向移动

D.若适当减小离心机的转速,则液体对颗粒的作用力将减小

4.()(多选)离心沉淀器可以加速物质的沉淀,如图是它的示意图,试管中先装水,再加入粉笔灰粉末后搅拌均匀,当试管绕竖直轴高速旋转时,两个试管几乎成水平状态,然后可观察到粉笔灰粉末沉淀在试管的远端。则              (　　)

A.旋转越快,试管的高度越低

B.粉笔灰粉末向试管的远端运动是一种离心现象

C.旋转越快,粉笔灰粉末的沉淀现象越明显

D.旋转越快,粉笔灰粉末的沉淀现象越不眀显

答案全解全析

第二章　圆周运动

第四节　离心现象及其应用

基础过关练

1.D　物体一直不受外力作用时,可能静止或做匀速直线运动,不做离心运动,选项A错误;做匀速圆周运动的物体,在外界提供的向心力突然变大时,合力大于所需向心力,做近心运动,选项B错误;做匀速圆周运动的物体,只有当外界提供的向心力突然消失或变小时才会做离心运动,选项C错误,D正确。

2.A　若F突然消失,小球不再受向心力作用,将沿线速度方向即圆的切线方向飞出,选项A正确;若F突然变小,小球受的合力小于需要的向心力,小球将做离心运动,但由于力F仍然存在,故小球仍做曲线运动,选项B、D错误;若F突然变大,小球受的合力大于需要的向心力,小球将逐渐向圆心靠近,选项C错误。

3.AD　运动员和自行车组成的整体做匀速圆周运动,其所需向心力可能由重力和支持力的合力来提供,也可能由重力、支持力、摩擦力三者的合力来提供,向心力是效果力,不是物体真实受到的一个力,选项A正确,B错误;整体做匀速圆周运动,受到的合力大小F=m,选项C错误;若运动员突然加速,整体所需向心力增大,若所受合力不足以提供向心力,则整体有可能沿倾斜赛道做离心运动,选项D正确。

4.答案　(1)变大　(2)切线

解析　(1)小物体做匀速圆周运动时,合外力提供向心力,对物体进行受力分析可知,绳子的拉力提供向心力,则有T=m,增大线速度,需要的向心力增大,即拉力变大;

(2)松手后,物体在水平方向将不受力的作用,所以将保持松手时的速度沿切线方向做匀速直线运动。

5.AD　游乐场所中空中转椅的安全卡扣是为了防止由于离心运动游客被甩出,选项A符合题意;转动雨伞甩掉伞上的水,是利用离心运动而不是防止,选项B不符合题意;运动员将链球甩出去是利用离心运动而不是防止,选项C不符合题意;公路弯道处的限速标志是为了提醒驾驶员,防止由于车速过快造成离心运动而发生车祸,选项D符合题意。

6.C　用洗衣机脱去湿衣服中的水,是利用离心现象,选项A不符合题意;旋转雨伞甩掉伞上的水滴,是利用离心现象,选项B不符合题意;汽车紧急刹车时,乘客身体向前倾斜,是惯性现象,与离心现象无关,选项C符合题意;在公路弯道车辆不允许超过规定速度,是防止出现离心运动发生危险,选项D不符合题意。

7.AC　塑料瓶中湿毛巾做匀速圆周运动需要的向心力为F=m(2πn)2R,要增加甩干效果,使湿毛巾中的水分做离心运动,就要提高需要的向心力,由向心力表达式可以知道,可以提高转速和增大半径,选项A、C正确,B、D错误。

能力提升练

1.BC　衣服紧贴在桶壁上不掉下来,在竖直方向,衣服受的静摩擦力和重力平衡,电动机转动的角速度增大时,衣服所受摩擦力大小不变,选项A错误;当衣服刚好不下滑时,f静=mg,N=mω2r,f静=μN,解得ω=,选项B正确;水滴被甩出后做平抛运动,竖直方向有h=gt2,水平方向有x=vt,且v=ω1r,根据几何关系,平抛的水平分位移为x=,解得ω1=,选项C正确,D错误。

2.AC　由F=mω2r可知,质量和角速度一定时,转动半径越大,所需要的向心力越大,所以紧贴脱水桶内壁的布条表面附着的水先被脱出,选项A正确;由a=ω2r可知脱水桶内壁与托盘外缘的向心加速度之比等于半径之比,为9∶8,选项B错误,C正确;由题意知,3 s内旋转杆下降40 cm,脱水桶转过4圈,脱水桶内壁转过的弧长为l=4×2πr桶= m,固定杆匀加速向下运动,脱水桶内壁线速度大小均匀增加,转过的弧长与线速度大小、时间的关系可类比匀变速直线运动的规律,所以l=,故拖布条表面附着的水刚被脱出时,脱水桶内壁处线速度大小为v== m/s,选项D错误。

3.D　由ω=2πn得,颗粒运动的角速度为2πn,选项A错误;由向心力公式可得Fn=mω2r=m(2πn)2r=4π2mrn2,选项B错误;若适当增加离心机的转速,颗粒将做离心运动,将向远离转轴的方向移动,选项C错误;若适当减小离心机的转速,颗粒所需的向心力减小,液体对颗粒的作用力将减小,选项D正确。

4.BC　对试管整体分析,整体受到的合力提供向心力,设试管中心线与竖直方向夹角为α,则向心力为mg tan α,当转速增大时,需要的向心力增大,故角度α增大,试管越高,选项A错误;离心沉淀器是一种离心设备,不同的物质混合,当离心沉淀器工作时,会发生离心现象,选项B正确;转速越快,所需向心力越大,粉笔灰粉末沉淀越明显,选项C正确,D错误。