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曲線運動單元測試B卷

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曲線運動單元測試B卷

曲線運動單元測試B卷 一、選擇題 1.如圖10所示,汽車車廂頂部懸掛一個輕質彈簧,彈簧下端拴一個質量為m的小球,當汽車以某一速率在水平地面上勻速行駛時彈簧伸長長度為L1;當汽車以同一速度勻速率通過一個橋面為圓弧形凸形橋的最高點時,彈簧伸長長度為L2,下列答案中正確的是(  ) A.L1=L2 B.L1>L2 C.L1<L2 D.前三種情況均有可能 解析:在水平地面行駛時,kL1=mg,在凸形橋最高點時,mg-kL2=>0,∴L2<=L1,故B正確. 答案:B 2.質量為m的小球(可看作質點)在豎直放置的光滑圓環(huán)軌道內運動,如圖11所示,小球在最高點時的速度為v0=,其中R為圓環(huán)的半徑,下列說法中正確的是(  ) A.小球經過最低點時的速度等于 B.小球經過最低點時的速度等于 C.小球在最低點對圓環(huán)的壓力等于mg D.小球在最低點對圓環(huán)的壓力等于5mg 解析:小球在豎直放置的光滑軌道內運動,機械能守恒,則mg2R+mv=mv2 得v=,A正確,B錯. 小球在最低點時,FN-mg=m 則FN=7mg,選項C、D錯. 答案:A 3.如圖12所示,物塊P置于水平轉盤上隨轉盤一起運動,圖中c沿半徑指向圓心,a與c垂直,下列說法正確的是 (  ) A.當轉盤勻速轉動時,P受摩擦力方向為a方向 B.當轉盤加速轉動時,P受摩擦力方向為b方向 C.當轉盤加速轉動時,P受摩擦力方向為c方向 D.當轉盤減速轉動時,P受摩擦力方向為d方向 解析:圓周運動,向心方向一定受力.勻速圓周運動,切向方向不受力.變速圓周運動,切向方向一定受力.加速沿a方向,減速沿a反方向.摩擦力即為兩個方向的合力.由此可判斷B、D正確. 答案:BD 4.如圖13所示,一個細繩下懸掛一光滑的圓環(huán),圓環(huán)上穿著兩個質量相等的小球,兩小球從最上方由靜止開始沿圓環(huán)下滑,則小球從最高處下滑到最低處的過程中,細繩拉力大小剛好等于圓環(huán)重力的時刻共有 (  ) A.1次 B.2次 C.3次 D.4次 解析:小球由靜止開始沿圓環(huán)下滑,速度逐漸增大,小球受到圓環(huán)的沿半徑方向向外的彈力逐漸減小,當小球的重力沿半徑方向的分力剛好提供向心力時,圓環(huán)對小球的彈力為零.當小球運動到通過圓心的水平位置時,圓環(huán)對小球的彈力沿水平方向,沒有豎直方向的分力.只有這兩種情況細繩拉力大小剛好等于圓環(huán)重力,故選項B正確. 答案:B 5.一種玩具的結構如圖14所示,豎直放置的光滑鐵環(huán)的半徑為R=20 cm,環(huán)上有一穿孔的小球m,僅能沿環(huán)做無摩擦的滑動,如果圓環(huán)繞著過環(huán)心的豎直軸以10 rad/s的角速度旋轉(取g=10 m/s2),則小球相對環(huán)靜止時與環(huán)心O的連線與O1O2的夾角θ可能是(  ) 圖14 A.30 B.45 C.60 D.75 解析:當圓環(huán)繞O1O2旋轉時,小球則在水平面內做勻速圓周運動,球受的重力和環(huán)的支持力的合力等于球做圓周運動的向心力. 由牛頓第二定律得:mgtanθ=mω2r 即tanθ=,cosθ== 所以θ=60. 答案:C 6.如圖15所示,半徑為R的圓筒繞豎直中心軸OO′轉動,小物塊A靠在圓筒的內壁上,它與圓筒的動摩擦因數為μ,現要使A不下落,則圓筒轉動的角速度ω至少為 (  ) A. B. C. D. 解析:如圖16所示,以A為研究對象,A受三個力作用:重力mg,靜摩擦力Ff和 圖16 支持力FN,其中重力和靜摩擦力平衡,所以Ff=mg ① 支持力FN提供向心力,有: FN=mω2R ② 要使A剛好不下落,則靜摩擦力為最大值,Ff=μFN ③ 由①②③式,得A剛好不下落時,圓筒的角速度為ω0= 所以A不下落時圓筒轉動的角速度ω≥ω0=,故選項D正確. 答案:D 7.在高速公路的拐彎處,路面造得外高內低,即當車向右拐彎時,司機左側的路面比右側的要高一些,路面與水平面間的夾角為θ.設拐彎路段是半徑為R的圓弧,要使車速為v時車輪與路面之間的橫向(即垂直于前進方向)摩擦力等于0,θ應等于 (  ) A.arcsin B.arctan C.arcsin D.arccot 解析:如圖17所示,要使摩擦力為零,必使汽車所受重力與路面對它的支持力的合力提供向心力,則有m=mgtanθ,所以θ=arctan,B正確. 答案:B 8.小球質量為m,用長為L的懸線固定在O點,在O點正下方L/2處有一光滑圓釘C(如圖18所示).今把小球拉到懸線呈水平后無初速地釋放,當懸線呈豎直狀態(tài)且與釘相碰時 (  ) A.小球的速度突然增大 B.小球的向心加速度突然增大 C.小球的向心加速度不變 D.懸線的拉力突然增大 解析:開始球繞O點做圓周運動,當懸線與釘子相碰后,球繞C點做圓周運動,球的轉動半徑突然變小,而速度大小并沒有發(fā)生突變,由an=得,小球的向心加速度突然變大,懸線的拉力F=mg+man,所以拉力突然變大.故B、D正確. 答案:BD 9.如圖19所示,細桿的一端與小球相連,可繞過O點的水平軸自由轉動.現給小球一初速度,使它做圓周運動,圖中a、b分別表示軌道的最低點和最高點,則桿對小球的作用力可能是 (  ) A.a處拉力,b處拉力 B.a處拉力,b處推力 C.a處推力,b處拉力 D.a處推力,b處推力 解析:小球在豎直平面內做圓周運動,在最低點時,小球受力除重力外,還有桿的作用力,只有桿對小球向上拉時,小球才能繞O點做圓周運動,故桿對小球只能是拉力,小球在最高點的速度大小不能確定,由前面分析可知,桿對小球可能是向下拉,也可能是向上推,故選項A、B正確. 答案:AB 10.如圖20所示,A、B、C三個物塊放在水平的圓盤上,它們的質量關系是mA=2mB=2mC,它們與轉軸的距離的關系是2rA=2rB=rC,三個物塊與圓盤表面的動摩擦因數都為μ,且它們與圓盤間的最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,當圓盤轉動時,A、B、C都沒有滑動,則下列判斷正確的是 (  ) A.C的向心加速度最大 B.B的摩擦力最小 C.當圓盤轉速增大時,B比A先滑動 D.當圓盤轉速增大時,C比B先滑動 解析:三個物塊做圓周運動的角速度ω相同,向心加速度a=ω2r,C離轉軸最遠,向心加速度最大.三個物塊做圓周運動的向心力由靜摩擦力Ff提供,Ff=mω2r,B與A相比,r相同,m小;B與C相比,m相同,r小,所以B的摩擦力最小.當圓盤轉速增大時,物塊將要滑動,靜摩擦力達到最大值,最大靜摩擦力提供向心力,μmg=mω2r,即ω=,與質量無關,由于2rA=2rB=rC,B與A同時開始滑動,C比B先滑動,選項A、B、D正確. 答案:ABD 二、計算題 11.如圖21所示,在電機距軸O為r處固定一質量為m的鐵塊,電機啟動后,鐵塊以角速度ω繞軸O勻速轉動,則電機對地面的最大壓力和最小壓力之差為多少? 解析:鐵塊在豎直面內做勻速圓周運動,其向心力是重力mg與輪對它的作用力F的合力,由圓周運動的規(guī)律可知:當m轉到最低點時F最大,當m轉到最高點時F最?。O鐵塊在最高點和最低點時,電機對其作用力分別為F1和F2,且都指向軸心,根據牛頓第二定律有: 在最高點:mg+F1=mω2r?、? 在最低點:F2-mg=mω2r ② 電機對地面的最大壓力和最小壓力分別出現在鐵塊m位于最低點和最高點時,且壓力差的大小為: ΔFN=F2+F1?、? 由①②③式可解得:ΔFN=2mω2r. 答案:2mω2r 12.有一種叫“飛椅”的游樂項目,示意圖如圖22所示,長為L的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉盤邊緣,轉盤可繞穿過其中心的豎直軸轉動.當轉盤以角速度ω勻速轉動時,鋼繩與轉軸在同一豎直平面內,與豎直方向的夾角為θ,不計鋼繩的重力,求轉 盤轉動的角速度ω與夾角θ的關系. 解析:設轉盤轉動的角速度為ω時,鋼繩與豎直方向的夾角為θ. 座椅到中心軸的距離: R=r+Lsinθ. 對座椅分析有: F向=mgtanθ=mRω2 聯立兩式得ω= 答案:ω=

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