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物理必修 第二册第六章 圆周运动4 生活中的圆周运动课后复习题
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4 生活中的圆周运动
选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.通过阅读课本,几个同学对生活中的圆周运动的认识进行交流。甲说:“洗衣机甩干衣服就是利用了水在高速旋转时会做离心运动。”乙说:“火车转弯时,若行驶速度超过规定速度,则内轨与车轮会发生挤压。”丙说:“汽车过拱形桥时要减速行驶,而过凹形路面时可以较大速度行驶。”丁说:“我在游乐园里玩的吊椅转得越快,就会离转轴越远,这也是离心现象。”你认为正确的是( )
A.甲和乙 B.乙和丙
C.丙和丁 D.甲和丁
答案:D
解析:洗衣机甩干衣服利用了水在高速旋转时会做离心运动,甲同学说法正确;火车转弯时行驶速度小于规定速度才会与内轨挤压,因为小于规定速度后火车有向内翻的趋势,乙同学说法错误;为了行车安全,无论通过凹形路面还是拱形桥,汽车都应该减速慢行,丙同学的说法错误;游乐园里的吊椅转得越快,就会离转轴越远,这是离心现象,丁同学说法正确。选项D正确。
2.如图所示,质量相等的A、B两物块放在匀速转动的水平圆盘上,随圆盘一起做匀速圆周运动,则下列关系中正确的是( )
A.它们所受的摩擦力FfA>FfB
B.它们的线速度vA<vB
C.它们的运动周期TA<TB
D.它们的角速度ωA>ωB
答案:A
解析:对两物块进行受力分析知,水平方向只受静摩擦力,故由静摩擦力提供向心力,则Ff=mω2r,由于A、B在同一转盘上无相对运动,因此它们的角速度相等,又因为rA>rB,故FfA>FfB,选项A正确,D错误;由v=ωr,ωA=ωB,rA>rB,可知vA>vB,选项B错误;根据T=,ωA=ωB,可知TA=TB,选项C错误。
3.质量为m的小球在竖直平面内的圆管轨道内运动,小球的直径略小于圆管的直径,如图所示。已知小球以速度v通过最高点时对圆管外壁的压力恰好为mg,则小球以速度通过圆管的最高点时( )
A.小球对圆管内、外壁均无压力
B.小球对圆管外壁的压力等于
C.小球对圆管内壁的压力等于
D.小球对圆管内壁的压力等于mg
答案:C
解析:设小球做圆周运动的半径为r,小球以速度v通过最高点时,由牛顿第二定律得2mg=m ①;小球以速度通过圆管的最高点时,设小球受向下的压力FN,有mg+FN=m ②;由①②得FN=-,该式表明,小球受到向上的支持力,由牛顿第三定律知小球对圆管内壁有向下的压力,大小为,选项C正确。
4.如图所示,一硬币(可视为质点)置于水平圆盘上,硬币与竖直转轴OO'的距离为r,已知硬币与圆盘之间的动摩擦因数为μ(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),重力加速度大小为g。若硬币与圆盘一起绕OO'轴匀速转动,则圆盘转动的最大角速度为( )
A. B.
C. D.2
答案:B
解析:摩擦力提供向心力,角速度最大时μmg=mrω2,解得角速度ω=,选项B正确。
5.宇航员在绕地球匀速运行的空间站做实验。如图所示,光滑的半圆形管道和底部粗糙的水平AB管道相连接,整个装置安置在竖直平面上,宇航员让一小球(直径比管道直径小)以一定的速度从A端射入,小球通过AB段并越过半圆形管道最高点C后飞出,则( )
A.小球从C点飞出后将落回“地”面
B.小球在AB管道运动时不受摩擦力作用
C.小球在半圆形管道运动时受力平衡
D.小球在半圆形管道运动时对管道有压力
答案:BD
解析:空间站中物体处于完全失重状态,所以小球处于完全失重状态,故小球从C点飞出后不会落回“地”面,选项A错误;小球在AB管道运动时,与管道没有弹力作用,所以不受摩擦力作用,选项B正确;小球在半圆形管道运动时,所受合外力提供向心力,受力不平衡,选项C错误;小球在半圆形管道运动时受到轨道的压力提供向心力,所以小球在半圆形管道运动时对管道有压力,选项D正确。
6.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的压力一定大于A的重力
答案:BCD
解析: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,选项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分量逐渐减小,即此过程B对A的摩擦力越来越小,选项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,选项C正确;在过圆心的水平线以下有向上的加速度的分量,此时A处于超重状态,A对B的压力大于A的重力,选项D正确。
挑战创新
如图所示,轻杆长2l,中点装在水平轴O点,两端分别固定着小球A和B,A球的质量为m,B球的质量为2m,两者一起在竖直平面内绕O轴做圆周运动,已知重力加速度取g。若A球在最高点时,杆A球端恰好不受力,求此时O轴的受力大小和方向。
答案:4mg 竖直向下
解析:两球绕O轴做圆周运动,角速度相等,线速度大小相等。
若A球在最高点时,杆A球端恰好不受力,A球受到的重力提供向心力。
根据牛顿第二定律得mg=m
解得v=
B球受到的重力和杆的作用力提供向心力,F-2mg=2m
联立解得F=4mg
即此时杆对B球的拉力的大小为4mg;故此时O轴受竖直向下的拉力,为4mg。
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