《2020版新教材高中物理 課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)十四 離心現(xiàn)象(含解析)魯教版必修2》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020版新教材高中物理 課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)十四 離心現(xiàn)象(含解析)魯教版必修2(9頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 離心現(xiàn)象
(25分鐘·60分)
一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)
1.在人們經(jīng)常見到的以下現(xiàn)象中,不屬于離心現(xiàn)象的是 ( )
A.舞蹈演員在表演旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí),裙子會(huì)張開
B.在雨中轉(zhuǎn)動(dòng)一下傘柄,傘面上的雨水會(huì)很快地沿傘面運(yùn)動(dòng),到達(dá)邊緣后雨水將沿切線方向飛出
C.滿載黃沙或石子的卡車,在急轉(zhuǎn)彎時(shí),部分黃沙或石子會(huì)被甩出
D.守門員把足球踢出后,球在空中沿著弧線運(yùn)動(dòng)
【解析】選D。裙子張開屬于離心現(xiàn)象,傘上的雨水受到的力由于不夠提供向心力導(dǎo)致水滴做離心運(yùn)動(dòng),黃沙或石子也是因?yàn)槭艿降牧Σ粔蛱峁┫蛐牧Χ鲭x心運(yùn)動(dòng),守門員踢出足球,球在空中沿著弧線運(yùn)
2、動(dòng)是因?yàn)樽闱蛟诹Φ淖饔孟逻\(yùn)動(dòng),不是離心現(xiàn)象。
2.如圖所示,某公園里的過山車駛過軌道的最高點(diǎn)時(shí),乘客在座椅里面頭朝下,人體顛倒,若軌道半徑為R,人體重為mg,要使乘客經(jīng)過軌道最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座椅的壓力等于自身的重力,則過山車在最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為 ( )
A.0 B.
C. D.
【解析】選C。由題意知F+mg=2mg=m,故速度大小v=,C正確。
3.如圖所示,一長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿一端固定在轉(zhuǎn)軸O上,另一端固定一小球?,F(xiàn)讓小球在豎直平面內(nèi)繞O做圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)
( )
A.最小速度為
B.最小速度為0
3、C.桿對(duì)小球的作用力只能是向下的拉力
D.小球的速度越大,桿對(duì)小球的作用力也越大
【解析】選B。桿既可以提供拉力也可以提供支持力,故C錯(cuò)誤;小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零,此時(shí)桿的支持力平衡小球的重力,故A錯(cuò)誤,B正確;當(dāng)小球的速度0時(shí),桿提供拉力,隨小球速度的增加,桿的作用力在增加,故D錯(cuò)誤。
4.擺式列車是集電腦、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車,如圖所示。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠在現(xiàn)有線路上運(yùn)行,無(wú)需對(duì)線路等設(shè)施進(jìn)行較大的改造,而是靠擺式車體的先進(jìn)性,實(shí)現(xiàn)高速行車,并能達(dá)到既安全又舒適的要求。運(yùn)行實(shí)踐表明:擺式列
4、車通過曲線速度可提高20%~40%,最高可達(dá)50%,擺式列車不愧為“曲線沖刺能手”。假設(shè)有一超高速列車在水平面內(nèi)行駛,以360 km/h的速度拐彎,拐彎半徑為1 km,則質(zhì)量為50 kg的乘客,在拐彎過程中所受到的向心力為
( )
A.500 N B.1 000 N
C.500 N D.0
【解析】選A。360 km/h=100 m/s,乘客在列車拐彎過程中所受的合外力提供向心力,F=m=50× N=500 N,故A正確。
5.如圖所示為火車在水平路基上拐彎處的截面示意圖,彎道的半徑為R,軌道的外軌略高于內(nèi)軌,軌道平面傾角為θ(θ很小)。當(dāng)火車
5、以大小為v=的速度通過此彎道時(shí),則火車 ( )
A.所受支持力N的豎直分量大于重力G
B.所受支持力N的平行斜面分量提供向心力
C.所受重力G在平行于軌道平面方向上的分量提供向心力
D.所受重力G在垂直于軌道平面方向上的分量與支持力N平衡
【解析】選D?;疖囈阅骋凰俣葀通過某彎道時(shí),若內(nèi)、外軌道均不受側(cè)壓力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力:F合=mgtanθ,合力等于向心力,故得:mgtanθ=m,解得:v=,即若速度為,火車只受重力、支持力,合力為向心力。所受支持力N的豎直分量等于重力G,則A錯(cuò)誤;所受支持力N的水平分量即為合力,提供向心力,則B錯(cuò)誤;重力分解為
6、沿水平方向與垂直于軌道方向兩個(gè)分量,水平方向分量提供向心力,另一方向與支持力N平衡,則C錯(cuò)誤,D正確。
【補(bǔ)償訓(xùn)練】
雜技演員表演“水流星”,在長(zhǎng)為0.9 m的細(xì)繩的一端,系一個(gè)與水的總質(zhì)量為m=0.5 kg的盛水容器,以繩的另一端為圓心,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示。若“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)的速率為3 m/s,則下列說法正確的是(g取10 m/s2) ( )
A.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),有水從容器中流出
B.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),繩的張力及容器底部受到水的壓力均為零
C.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),處于完全失重狀態(tài),不受力的作用
D.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),繩子的拉力
7、大小為5 N
【解析】選B。當(dāng)繩的張力恰好為零時(shí),對(duì)水和容器整體,根據(jù)牛頓第二定律有mg=m,解得v== m/s=3 m/s。可知,“水流星”通過最高點(diǎn)的最小速度為3 m/s,繩的張力為零,此時(shí)整體的加速度為a=g,重力恰好完全提供向心力,處于完全失重狀態(tài),所以水對(duì)容器底壓力為零,水不會(huì)從容器中流出,故選項(xiàng)B正確。
6.半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上(如圖所示),頂部有一小物體A,今給它一個(gè)水平初速度v0=,則物體將 ( )
A.沿球面下滑至M點(diǎn)
B.沿球面下滑至某一點(diǎn)N,便離開球面做斜下拋運(yùn)動(dòng)
C.沿半徑大于R的新圓弧軌道做圓周運(yùn)動(dòng)
D.立即離開半圓球做平拋運(yùn)動(dòng)
【解
8、析】選D。當(dāng)v0=時(shí),所需向心力Fn=m=mg,此時(shí),物體與半球面頂部接觸但無(wú)彈力作用,物體只受重力作用,故做平拋運(yùn)動(dòng)。
二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)
7.(10分)如圖所示,質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的拱橋。重力加速度為g。
求:
(1)汽車在橋頂時(shí)的角速度大小ω。
(2)汽車在橋頂時(shí)對(duì)橋面的壓力大小F。
【解析】(1)根據(jù)角速度與線速度關(guān)系得:ω=。
(2)根據(jù)牛頓第二定律mg-FN=m得:FN=mg-m
根據(jù)牛頓第三定律,汽車對(duì)橋面壓力為:F=FN=mg-m。
答案:(1) (2)mg-m
9、
8.(14分)質(zhì)量為0.2 kg的小球固定在長(zhǎng)為0.9 m的輕桿一端,桿可繞過另一端O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。(g取10 m/s2)求:
(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為多大時(shí),球?qū)U的作用力為零。
(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度分別為6 m/s和1.5 m/s時(shí),球?qū)U的作用力。
【解析】(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)對(duì)桿的作用力為零時(shí),重力提供向心力,則mg=m,解得v0=3 m/s。
(2)v1>v0,由牛頓第二定律得:mg+F1=m,由牛頓第三定律得:F1′=F1,解得F1′=6 N,方向豎直向上。
v2
10、F2′=1.5 N,方向豎直向下。
答案:(1)3 m/s (2)6 N,方向豎直向上 1.5 N,方向豎直向下
【補(bǔ)償訓(xùn)練】
汽車試車場(chǎng)中有一個(gè)檢測(cè)汽車在極限狀態(tài)下的車速的試車道,試車道呈錐面(漏斗狀),側(cè)面圖如圖所示。測(cè)試的汽車質(zhì)量m=1 t,車道轉(zhuǎn)彎半徑r=150 m,路面傾斜角θ=45°,路面與車胎的動(dòng)摩擦因數(shù)μ為0.25,設(shè)路面與車胎的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,(g取10 m/s2)求:
(1)若汽車恰好不受路面摩擦力,則其速度應(yīng)為多大?
(2)汽車在該車道上所能允許的最小車速。
【解析】(1)汽車恰好不受路面摩擦力時(shí),由重力和支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第
11、二定律得:mgtan θ=m
解得:v≈38.7 m/s。
(2)當(dāng)車道對(duì)車的摩擦力沿車道向上且等于最大靜摩擦力時(shí),車速最小,受力如圖,根據(jù)牛頓第二定律得:
Nsin θ-fcos θ=m
Ncos θ+fsin θ-mg=0
f=μN(yùn)
解得:vmin=30 m/s。
答案:(1)38.7 m/s (2)30 m/s
(15分鐘·40分)
9.(6分)(多選) 如圖所示,光滑水平面上,質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí),拉力F發(fā)生變化,下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)情況的說法中正確的是 ( )
A.若拉力突然變大,小球?qū)⒀剀壽EP
12、b做離心運(yùn)動(dòng)
B.若拉力突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng)
C.若拉力突然消失,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)
D.若拉力突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動(dòng)
【解析】選B、C。若拉力突然變大,則小球?qū)⒆鼋倪\(yùn)動(dòng),不會(huì)沿軌跡Pb做離心運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。若拉力突然變小,則小球?qū)⒆鲭x心運(yùn)動(dòng),但由于力與速度有一定的夾角,故小球?qū)⒆銮€運(yùn)動(dòng),B正確,D錯(cuò)誤。若拉力突然消失,則小球?qū)⒀刂鳳點(diǎn)處的切線運(yùn)動(dòng),C正確。
10.(6分)質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓管軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng),小球的直徑略小于圓管的直徑,如圖所示。已知小球以速度v通過最高點(diǎn)時(shí)對(duì)圓管的外壁的壓力恰好為mg,則小球以速度通過圓管的最高點(diǎn)時(shí) (
13、 )
A.小球?qū)A管的內(nèi)、外壁均無(wú)壓力
B.小球?qū)A管的外壁的壓力等于
C.小球?qū)A管的內(nèi)壁的壓力等于
D.小球?qū)A管的內(nèi)壁的壓力等于mg
【解析】選C。依題意,小球以速度v通過最高點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律得2mg=m①
令小球以速度通過圓管的最高點(diǎn)時(shí)小球受向下的壓力N,有
mg+N=m②
由①②式解得N=-
上式表明,小球受到向上的壓力,由牛頓第三定律知小球?qū)A管內(nèi)壁有向下的壓力,大小為。選項(xiàng)C正確。
11.(6分)如圖所示,汽車車廂頂部懸掛一個(gè)輕質(zhì)彈簧,彈簧下端拴一個(gè)質(zhì)量為m的小球。當(dāng)汽車以某一速率在水平地面上勻速行駛時(shí),彈簧長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,當(dāng)汽車以大小相同的速度勻速通過
14、一個(gè)橋面為圓弧形的凸形橋的最高點(diǎn)時(shí),彈簧長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,下列選項(xiàng)中正確的是 ( )
A.L1=L2 B.L1>L2
C.L1L2,B正確。
12.(22分)如圖所示,水平長(zhǎng)桿AB繞過B端的豎直軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在桿上套有一個(gè)質(zhì)量m=1 kg的圓環(huán),若圓環(huán)與水平桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,且假設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等(g取10 m/s2),求
15、:
(1)當(dāng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=2 rad/s時(shí),圓環(huán)隨桿轉(zhuǎn)動(dòng)的最大半徑為多大。
(2)如果水平桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度降為ω′=1.5 rad/s,圓環(huán)能否相對(duì)于桿靜止在原位置,此時(shí)它所受的摩擦力有多大?
【解析】(1)圓環(huán)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是桿施加給它的靜摩擦力提供的,則最大向心力F向=μmg,代入公式F向=mRmaxω2,得Rmax=,代入數(shù)據(jù)可得Rmax=1.25 m。
(2)當(dāng)水平桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度降為1.5 rad/s時(shí),圓環(huán)所需的向心力減小,則圓環(huán)所受的靜摩擦力隨之減小,不會(huì)相對(duì)于桿滑動(dòng),故圓環(huán)相對(duì)于桿仍靜止在原來(lái)的位置,此時(shí)的靜摩擦力f=mRmaxω′2≈2.81 N。
答案:(1)1.25 m (2)能 2.81 N
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