物理必修 第二册第3节 离心现象精练
展开1.关于曲线运动,下列说法正确的有( )
A.做曲线运动的物体,速度一定在不断改变
B.做曲线运动的物体,速度的变化率一定在不断改变
C.做曲线运动的物体,合外力一定在不断改变
D.做圆周运动的物体,某时刻开始做离心运动,那么受到的合外力一定是突然消失
2.2018年2月22日晚7时,平昌冬奥会短道速滑男子500米决赛正式开始,中国选手武大靖以39秒584的成绩打破世界记录强势夺冠,为中国代表团贏得平昌冬奥会首枚金牌,也是中国男子短道速滑队在冬季奥运会上的首枚金牌。短道速滑项目中,跑道每圈的长度为111.12米,比赛的起点和终点并不是在一条线上,500米需要4圈多一点,运动员比赛过程中在通过弯道时如果不能很好地控制速度,将发生侧滑而摔离正常比赛路线。图中圆弧虚线b代表弯道,即运动正常运动路线,a为运动员在点时的速度方向。下列论述正确的是( )
A.发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需的向心力
B.发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心
C.若在O处发生侧滑,则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间
D.若在O处发生侧滑,则滑动的方向在Oa左侧
3.洗衣机的脱水筒采用电机带动衣物旋转的方式脱水,下列说法中正确的是( )
A.在人看来水会从桶中甩出是因为水滴受到离心力很大的缘故
B.脱水过程中,大部分衣物会向中心靠近
C.加快脱水筒转动角速度,脱水效果会更好
D.靠近中心的衣物脱水效果比四周的衣物脱水效果好
4.如图所示,下列有关生活中圆周运动实例分析,其中说法正确的是( )
A.汽车通过凹形桥的最低点时,汽车处于失重状态
B. “水流星”匀速转动过程中,在最高点处水对碗底压力小于其在最低处水对碗底的压力
C. 在铁路的转弯处,通常要求外轨比内轨高,目的是利用轮缘与外轨的侧压力助火车转弯
D.脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力,从而沿切线方向甩出
5.如图所示,a、b两物块放在水平转盘中,与转盘保持相对静止地一起绕转盘中轴线做匀速度圆周运动。已知物块a的质量是b的2倍,物块a与转盘面间的动摩擦因数是b的2倍,物块a离中轴线的距离是b的2倍,物块a、b与转盘间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。若逐渐增大转盘的角速度,则下列判断正确的是( )
A.物块a先相对转盘发生运动
B.两物块同时相对转盘发生运动
C.物块b相对转盘发生运动时,其运动轨道沿半径向外
D.物块a相对转盘发生运动时,其受到的摩擦力方向仍然指向圆心
6.关于圆周运动,下列说法正确的是( )
A.汽车转弯时速度过小,会因离心运动造成交通事故
B.物体做离心运动时,是因为它受到了离心力的作用
C.做匀速圆周运动的物体,所受各力的合力一定是向心力
D.做匀速圆周运动的物体除了受到其他物体的作用,还受到一个向心力
7.顺时针摇动水平放置的轮子,图为俯视图。若泥点从水平方向上飞出后打在竖直墙上的M点。可以判定,泥点是从哪点飞离圆盘的( )
A.A点B.B点C.C点D.D点
二、多选题
8.如图所示,光滑水平面上,质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时,拉力F发生变化,下列关于小球运动情况的说法中正确的是( )
A.若拉力突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动
B.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pb做离心运动
C.若拉力突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动
D.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pc做近心运动
9.中央电视台《今日说法》栏目曾报道过一起发生在湖南长沙某区湘府路上的离奇交通事故。家住公路拐弯处的张先生和李先生家在三个月内连续遭遇了七次大卡车侧翻在自家门口的场面,第八次有辆卡车冲撞进李先生家,造成三死一伤和房屋严重损毁的血腥惨案.经公安部门和交通部门协力调查,画出的现场示意图如图所示。交警根据图示作出以下判断,你认为正确的是( )
A.由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做离心运动
B.由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做向心运动
C.公路在设计上可能内(东北)高外(西南)低
D.公路在设计上可能外(西南)高内(东北)低
10.线的一端拴一个小球,固定线的另一端,使球在水平面内做匀速圆周运动( )
A.当转速一定时,线越长越容易断B.当角速度一定时,线越长越容易断
C.当线速度一定时,线越长越容易断D.当周期一定时,线越长越容易断
11.如图,滚筒洗衣机脱水时,滚筒绕水平转动轴转动。滚筒上有很多漏水孔,滚筒转动时,附着在潮湿衣服上的水从漏水孔中被甩出,达到脱水的目的。如果认为湿衣服在竖直平面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是( )
A.湿衣服上的水在最低点更容易甩出
B.湿衣服上的水在最高点更容易甩出
C.衣服能被甩干是因为衣服上的水在做离心运动
D.甩干时湿衣服在滚筒最低点对滚筒的压力一定大于重力
12.如图所示,小球原来能静止在光滑的水平面上作圆周运动,若剪断B、C间细绳,当A球重新达到稳定状态后,则A球的( )
A.运动半径变大
B.运动半径变小
C.角速度变大
D.周期变大
13.下列是有关生活中的圆周运动的实例分析,其中说法正确的是( )
A.杂技演员表演“水流星”。当“水流星”通过最高点时,处于完全失重状态,不受重力的作用
B.在铁路的转弯处,通常要求外轨比内轨高,目的是减轻轮缘与外轨的挤压
C.汽车通过凹形桥最低点时,车对桥的压力大于汽车的重力
D.洗衣机脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力,从而沿切线方向甩出
三、解答题
14.杂技运动员抓住长为的绳子绕高为的固定支柱旋转,支柱直径忽略不计,如图所示,已知,且运动员在旋转过程中可视为匀速圆周运动。重力加速度,杂技运动员可视为质点,手臂长度忽略不计,不计空气阻力,(,)。求:
(1)求杂技运动员在匀速旋转过程中速度大小v;
(2)某时刻运动员松手,求落地点到转轴下端点的距离?(结果保留两位有效数字)
15.如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放置两个用细线相连的质量均为m的小物体A、B,它们到转轴的距离分别为rA=20cm,rB=30cm,A、B与盘面间最大静摩擦力均为重力的0.4倍,试求:
(1)当细线上开始出现张力时,圆盘的角速度;
(2)当A开始滑动时,圆盘的角速度;
(3)当A即将滑动时,烧断细线,A、B运动状态如何?(g取10 m/s2)
16.如图所示,有一质量为m的小球P与穿过光滑水平板中央小孔O的轻绳相连,用力拉着绳子另一端,使小球P在水平板内绕O点做直径为d、角速度为ω的匀速圆周运动。某时刻将绳子从这个状态迅速放松,后又绷直,使小球P绕O点做直径为D()的匀速圆周运动,则:
(1)从绳子放松到拉直这段过程经历了多长时间?
(2)后一次小球做匀速圆周运动时绳上拉力为多大?
参考答案
1.A
【解析】
A:做曲线运动的物体,速度方向不断变化,速度一定在不断改变.故A项正确.
B:速度的变化率指加速度,做曲线运动的物体,加速度可能不变.例如平抛运动,加速度不变.故B项错误.
C:做曲线运动的物体,合外力可能不变.例如抛体运动,所受合外力不变.故C项错误.
D:做圆周运动的物体,某时刻受到的合外力消失或减小时,物体开始做离心运动.故D项错误.
点睛:外界提供的力小于物体做圆周运动所需向心力时,物体做离心运动;外界提供的力大于物体做圆周运动所需向心力时,物体做向心运动.
2.C
【详解】
AB.发生侧滑是因为运动员的速度过大,所需要的向心力过大,运动员受到的合力小于所需要的向心力,而受到的合力方向仍指向圆心,AB错误;
CD.若运动员水平方向不受任何外力时沿Oa线做离心运动,实际上运动员要受摩擦力作用,所以滑动的方向在Oa右侧与Ob之间,D错误C正确。
故选C。
3.C
【详解】
A.在人看来水会从桶中甩出是因为水滴受到合外力不足以提供向心力,并不受离心力作用,故A错误;
B.脱水过程中,衣物做离心运动而甩向桶壁,故B错误;
C.由
F=ma=mω2R
ω增大会使所需向心力F增大,而转筒有洞,不能提供足够大的向心力,水滴就会被甩出去,增大向心力,会使更多水滴被甩出去,脱水效果更好,故C正确;
D.由F=ma=mω2R可知,半径越大,需要的向心力越大,所以靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好,故D错误。
故选C。
4.B
【详解】
A.汽车通过凹形桥的最低点时,圆心在汽车的正上方,此时重力与支持力的合力提供向心力,即有
可知
即汽车处于超重状态,故A错误;
B.演员表演“水流星”,当“水流星”通过最高点时,根据牛顿第二定律有
解得
在最低点,根据牛顿第二定律有
解得
则
根据牛顿第三定律可知在最高点处水对碗底的压力小于其在最低处水对碗底的压力,故B正确;
C.在铁路的转弯处,通常要求外轨比内轨高,当火车按规定速度转弯时,由重力和支持力的合力完全提供向心力,从而减轻轮缘对外轨的挤压,故C错误;
D.衣机脱水桶的脱水原理是:是水滴需要提供的向心力较大,水与衣物之间的粘滞力无法提供,所以做离心运动,从而沿切线方向甩出,故D错误。
故选B。
5.B
【分析】
根据牛顿第二定律,结合最大静摩擦力,求出发生滑动的临界角速度,通过半径的大小确定哪个物块先滑动;发生滑动时速度沿切线方向,滑动摩擦力与相对运动方向相反。
【详解】
AB.根据牛顿第二定律得
解得发生滑动的临界角速度为
与质量无关,与成正比,可知a、b的临界角速度相等,两物块同时相对转盘发生运动,故A错误,B正确;
C.物块b相对转盘发生运动时,其运动轨道沿切线方向向外运动,故C错误;
D.物块a相对转盘发生运动时,其受到的摩擦力方向与相对运动方向相反,故D错误;
故选B。
【点睛】
解决本题的关键知道物块做圆周运动向心力的来源,抓住临界状态,结合牛顿第二定律进行求解。
6.C
【详解】
A.汽车转弯时速度过大,地面提供的最大静摩擦力不足以提供汽车所需要的向心力,从而产生离心运动,造成交通事故,速度小时不会造成交通事故,故A错误;
B.物体做离心运动时,并不是因为受到了离心力的作用,而是由于合外力减小或消失,合外力不足以提供圆周运动所需的向心力,故B错误;
C.做匀速圆周运动的物体,沿圆周切线方向的合力为零,所受各力的合力一定是向心力,故C正确;
D.做匀速圆周运动的物体,合力提供向心力,物体不再受到一个向心力,故D错误。
故选C。
7.D
【详解】
泥点离开圆盘后做离心运动,泥点沿着圆盘的切线方向飞出,轮子顺时针转动,则在A点泥点水平向右飞出,在B点泥点斜向右飞出,在C点泥点竖直向上飞出,在D点泥点斜左上飞出,分析可得,从D点飞出时能打在竖直墙上。
故选D。
8.BC
【详解】
光滑水平面上,细绳的拉力提供m所需的向心力
A.若拉力突然变大,则小球将沿轨迹Pc做近心运动,不会沿轨迹Pb做离心运动,故A错误;
BD.若拉力突然变小,则小球将做离心运动,但由于力与速度有一定的夹角,小球将做曲线运动,故B正确,D错误;
C.若拉力突然消失,则小球将沿着P点处的切线运动,故C正确。
故选BC。
9.AC
【详解】
AB.由题图可知发生事故时,卡车在做圆周运动,从图可以看出卡车冲入民宅时做离心运动,A正确B错误;
CD.汽车在水平路面上拐弯时,靠静摩擦力提供向心力,现在易发生侧翻可能是路面设计不合理,公路的设计上可能内侧(东北)高外侧(西南)低,重力沿斜面方向的分力背离圆心,导致合力不够提供向心力而致,故C正确,D错误。
故选AC。
10.ABD
【详解】
A.小球运动过程中,绳子拉力等于向心力,需要的向心力越大,绳子越容易断;根据
可知,当转速一定时,线越长,需要的向心力越大,越容易断,故A正确;
B.根据
可知,当角速度一定时,线越长,需要的向心力越大,越容易断,故B正确;
C.根据
可知,当线速度一定时,线越长,需要的向心力越小,越不容易断,故C错误;
D.根据
可知,当周期一定时,线越长,需要的向心力越大,越容易断,故D正确。
故选ABD。
11.ACD
【详解】
C.当衣服做匀速圆周运动时,衣服上的水由于所受合外力不足以提供运动所需的向心力而做离心运动,因此衣服能被甩干,所以C正确;
AB.由于衣服做匀速圆周运动,所需的向心力处处相等,但是衣服堆筒壁的压力不同,在最低点,根据牛顿第二定律可知
解得
同理,在最高点,根据牛顿第二定律可知
解得
所以
结合牛顿第三定律可知,即衣服在最低点对滚筒的压力大于衣服在最高点对滚筒的压力,所以湿衣服上的水在最低点更容易甩出,所以A正确,B错误;
D.由AB分析可知,在最低点
结合牛顿第三定律可知此时对滚筒的压力一定大于重力,所以D正确。
故选ACD。
12.AD
【解析】
AB.当剪断B. C之间的细绳时,能提供的向心力减小,所以A球做离心运动,半径变大,故A正确,B错误;
CD.稳定后则有:,所以周期T变大,角速度变小,故C错误,D正确.
故选AD
13.BC
【详解】
A.通过最高点时,水受到的重力和弹力的合力提供向心力。里面的水处于失重状态,但失重时物体的重力并未变化,故A错误;
B.在铁路的转弯处,通常要求外轨比内轨高,当火车按规定速度转弯时,由重力和支持力的合力完全提供向心力,从而减轻轮缘对外轨的挤压,故B正确;
C.汽车通过凹形桥的最低点时,向心力竖直向上,合力竖直向上,加速度竖直向上,根据牛顿第二定律得知,汽车处于超重状态,所以车对桥的压力比汽车的重力大,故C正确;
D.洗衣机脱水桶的脱水原理是水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力,于是沿切线方向甩出,故D正确。
故选BC。
14.(1);(2)
【详解】
(1)运动员的向心力为
运动半径为
满足
解得
(2)根据平抛运动规律
,
解得
落地点距离转轴的距离
解得
15.(1)3.65rad/s(2)4 rad/s(3)A随圆盘做圆周运动,B做离心运动
【详解】
(1)当细线上开始出现张力时,表明B与盘间的静摩擦力已达最大,则
解得:
(2)当A开始滑动时,表明A与盘间的静摩擦力也已达最大,则:
Kmg−F=mrAω2
F+Kmg=mrBω2
解得:
(3)烧断细线,A与盘间静摩擦力减小,继续随盘做半径为RA=20cm的圆周运动.而B由于最大静摩擦力不足以提供向心力而做离心运动.故A继续做圆周运动,B做离心运动
【点睛】
本题考查圆周运动中力与运动的关系,注意本题中为静摩擦力与绳子的拉力充当向心力,故应注意静摩擦力是否已达到最大静摩擦力。
16.(1) ;(2)
【详解】
(1)绳子放开后,球沿切线方向飞出,做匀速直线运动,如图
由几何关系,位移为
小球做匀速直线运动的速度v=rω,可知从绳子放松到拉直这段过程经历的时间
(2)小球沿圆弧切线方向飞出后,到达另一轨道时,绳子突然张紧,将速度沿切线方向和半径方向正交分解,沿半径方向的分速度突然减为零,以切线方向的分速度绕此轨道匀速圆周运动,如图
由几何关系得到
根据牛顿第二定律得
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