2019-2020年高中物理第4章勻速圓周運(yùn)動(dòng)章末檢測(cè)含解析魯科版.doc
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2019-2020年高中物理第4章勻速圓周運(yùn)動(dòng)章末檢測(cè)含解析魯科版 一、選擇題(本大題共8小題,每小題6分,共48分,在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是正確的) 1.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),關(guān)于受力情況,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.必須受到恒力的作用 B.物體所受合力必須等于零 C.物體所受合力大小可能變化 D.物體所受合力大小不變,方向不斷改變 解析:勻速圓周運(yùn)動(dòng)是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng),就一定是變速運(yùn)動(dòng),合力一定不為零,故B錯(cuò)誤。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,合力充當(dāng)向心力,合力的大小是恒定的,但方向是時(shí)刻改變的,所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的力一定是一個(gè)變力,故A、C錯(cuò)誤,D正確。 答案:D 2.曾經(jīng)流行過(guò)一種向自行車(chē)車(chē)頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī),它的一端有一半徑為r0=1.0 cm的摩擦小輪,小輪與自行車(chē)車(chē)輪的邊緣相接觸,如圖1所示,當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng),自行車(chē)車(chē)輪的半徑R1=35 cm,小齒輪的半徑R2=4.0 cm,大齒輪的半徑R3=10.0 cm。要使小輪的角速度為280 rad/s,大齒輪的角速度為( ) 圖1 A.3.2 rad/s B.6.4 rad/s C.1.6 rad/s D.2.4 rad/s 解析:已知ω0=280 rad/s,設(shè)車(chē)輪的角速度為ω輪,由摩擦小輪和車(chē)輪邊緣的線(xiàn)速度相等,可得r0ω0=R1ω輪,大齒輪邊緣的線(xiàn)速度和小齒輪邊緣線(xiàn)速度相等,車(chē)輪與小齒輪的角速度相等,所以R3ω3=R2ω輪,聯(lián)立以上兩式得ω3==3.2 rad/s。 答案:A 3.如圖2所示,長(zhǎng)為l的輕桿,一端固定一個(gè)小球,另一端固定在光滑的水平軸O上,使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。關(guān)于小球在最高點(diǎn)的速度v,下列敘述中不正確的是( ) A.v的最小值為 B.v由零逐漸增大,所需向心力逐漸增大 圖2 C.當(dāng)v由逐漸增大時(shí),桿對(duì)小球的彈力逐漸增大 D.當(dāng)v由逐漸減小時(shí),桿對(duì)小球的彈力逐漸增大 解析:由于桿可以對(duì)小球施加拉力,又可以施加支撐力,因此,在最高點(diǎn)v的最小值可以為零,這時(shí)桿對(duì)球的彈力為支持力,大小等于重力,選項(xiàng)A錯(cuò)。球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力大小由公式F=m知,v增大,向心力F也增大,選項(xiàng)B正確。當(dāng)v=時(shí),重力提供向心力,桿對(duì)球無(wú)彈力。當(dāng)v>時(shí),所需向心力增大,桿必須對(duì)球施以豎直向下的拉力F′,與重力一起充當(dāng)向心力,由F′+mg=m可知F′=m-mg,v增大,F(xiàn)′增大,選項(xiàng)C正確。當(dāng)v<時(shí),所需向心力減小,桿必須對(duì)球施以豎直向上的支持力F′,由mg-F′=m可知F′=mg-m,v減小時(shí),F(xiàn)′增大,選項(xiàng)D正確。 答案:A 4.如圖3所示,A、B兩個(gè)齒輪的齒數(shù)分別是z1、z2,各自固定在過(guò)O1、O2的軸上。其中過(guò)O1的軸與電動(dòng)機(jī)相連,此軸的轉(zhuǎn)速為n1,則下列判斷錯(cuò)誤的是( ) A.B齒輪的轉(zhuǎn)速n2=n1 圖3 B.A、B兩齒輪的半徑之比r1∶r2=z1∶z2 C.在時(shí)間t內(nèi),A、B兩齒輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度之比φA∶φB=z2∶z1 D.B齒輪外緣上一點(diǎn)在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的路程sB= 解析:在齒輪傳動(dòng)裝置中,各齒輪的齒數(shù)是不同的,齒輪的齒數(shù)對(duì)應(yīng)齒輪的周長(zhǎng),在齒輪傳動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速變換時(shí),單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)齒輪轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)相等,相當(dāng)于每個(gè)接合的齒輪邊緣處的線(xiàn)速度大小相等,因此齒輪的轉(zhuǎn)速與齒數(shù)成反比,所以B齒輪的轉(zhuǎn)速n2=n1,選項(xiàng)A正確;A齒輪邊緣的線(xiàn)速度大小v1=ω1r1=2πn1r1,B齒輪邊緣的線(xiàn)速度大小v2=ω2r2=2πn2r2,兩齒輪邊緣上各點(diǎn)的線(xiàn)速度大小相等,即v1=v2,所以有2πn1r1=2πn2r2,則兩齒輪的半徑之比r1∶r2=n1∶n2=z1∶z2,選項(xiàng)B正確;在時(shí)間t內(nèi),A、B轉(zhuǎn)過(guò)的角度分別為φA=ω1t=2πn1t,φB=ω2t=2πn2t,所以?xún)升X輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度之比φA∶φB=n1∶n2=z2∶z1,選項(xiàng)C正確;B齒輪外緣上一點(diǎn)在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的路程為sB=v2t=ω2r2t=,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:D 5.如圖4所示,將完全相同的兩小球A、B用長(zhǎng)L=0.8 m的細(xì)繩懸于以v=4 m/s向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)頂部,兩球與小車(chē)前后壁接觸。由于某種原因,小車(chē)突然停止,此時(shí)懸線(xiàn)中張力之比TA∶TB為(g= 10 m/s2)( ) 圖4 A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 解析:小車(chē)突然停止,B球?qū)⒆鰣A周運(yùn)動(dòng),所以TB=m+mg=30m;A球:TA=mg=10m,故此時(shí)懸線(xiàn)中張力之比為T(mén)A∶TB=1∶3,C選項(xiàng)正確。 答案:C 6.如圖5所示,小球P用兩根長(zhǎng)度相等、不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩系于豎直桿上,隨桿轉(zhuǎn)動(dòng)。若轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω,則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) A.ω只有超過(guò)某一值時(shí),繩子AP才有拉力 B.繩子BP的拉力隨ω的增大而增大 C.繩子BP的張力一定大于繩子AP的張力 圖5 D.當(dāng)ω增大到一定程度時(shí),繩子AP的張力大于繩子BP的張力 解析:當(dāng)細(xì)繩AP伸直卻無(wú)張力時(shí)的臨界條件,設(shè)繩長(zhǎng)為l 對(duì)P受力分析如圖所示: 則水平方向上:Fx合=FBPcos θ ① 豎直方向上:FBPsinθ=mg ② 又Fx合=mrω02 ③ r=lcos θ ④ 由①②③④解得ω0= 當(dāng)ω<ω0時(shí),小球P的重力和繩BP的張力的合力提供向心力 當(dāng)ω>ω0時(shí),繩AP有張力。此時(shí): FBPcos θ+FAPcos θ=mω2r ⑤ FBPsin θ=FAPsin θ+mg ⑥ 由⑥知:FBPsin θ>FAPsin θ 即FBP>FAP,所以C對(duì)D錯(cuò); 當(dāng)ω>ω0時(shí),繩子AP才有拉力,A對(duì); 當(dāng)ω<ω0時(shí),由①③④得FBP=mω2l 當(dāng)ω增大時(shí),F(xiàn)BP增大 當(dāng)ω<ω0時(shí), 由④⑤⑥得,F(xiàn)BP=(mω2l+) sin θ為定值,F(xiàn)BP隨ω的增大而增大,故B對(duì),所以選D。 答案:D 7.如圖6所示,用兩個(gè)相同材料制成的靠摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)的輪A和B水平放置,兩輪半徑RA=2RB。當(dāng)主動(dòng)輪A勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在A輪邊緣上放置的 圖6 小木塊恰能相對(duì)靜止于A輪邊緣上,若將小木塊放在B輪上,欲使木塊相對(duì)B輪也靜止,則木塊距B輪轉(zhuǎn)軸的最大距離為( ) A.RB/4 B.RB/3 C.RB/2 D.RB 解析:當(dāng)主動(dòng)輪A勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),A、B兩輪邊緣上的線(xiàn)速度大小相等。 由ω=得=== 由于小木塊恰能在A邊緣靜止,則 μmg=mωA2RA ① 設(shè)放在B輪上能使木塊相對(duì)靜止時(shí)距B轉(zhuǎn)軸的最大距離為r,則 μmg=mωB2r ② 因A、B材料相同,故木塊與A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同。 ①②式左邊相等,故mωA2RA=mωB2r r=()2RA=()2RA==。 所以選項(xiàng)C正確。 答案:C 8.如圖7所示,有一質(zhì)量為M的大圓環(huán),半徑為R,被一輕桿固定后懸掛在O點(diǎn),有兩個(gè)質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn)),同時(shí)從大環(huán)兩側(cè)的對(duì)稱(chēng)位置由靜止滑下,兩小環(huán)同時(shí)滑到大環(huán)底部時(shí),速度都為v,則此時(shí)大環(huán)對(duì)輕桿的拉力大小為( ) A.2(m+2M)g B.Mg-2m 圖7 C.2m(g+)+Mg D.mg+2m(-g)+Mg 解析:設(shè)每個(gè)小環(huán)滑到大環(huán)底部時(shí),受到大環(huán)的支持力為N,由牛頓第二定律得N-mg=m,由牛頓第三定律知,小球?qū)Υ蟓h(huán)向下的壓力大小也為N。對(duì)大環(huán)受力分析,由平衡條件可得輕桿對(duì)大環(huán)的拉力為F=Mg+2N=2m(g+)+Mg,所以大桿對(duì)輕桿的拉力大小為2m(g+)+Mg,選項(xiàng)C正確。 答案:C 二、填空題(本題共1題,共12分,把答案填在題中橫線(xiàn)上或按要求作答) 9.(12分)一物理興趣小組利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力與角速度、半徑的關(guān)系。 (1)他們讓一砝碼做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng),數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量和計(jì)算得到若干組向心力F和對(duì)應(yīng)的角速度ω,如下表,請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖8中繪出F-ω的關(guān)系圖像。 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 F/N 2.42 1.90 1.43 0.97 0.76 0.50 0.23 0.06 ω/rads-1 28.8 25.7 22.0 18.0 15.9 13.0 8.5 4.3 圖8 (2)通過(guò)對(duì)圖像的觀察,興趣小組的同學(xué)猜測(cè)F與ω2成正比,你認(rèn)為,可以通過(guò)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換,做出________關(guān)系圖像來(lái)確定他們的猜測(cè)是否正確。 (3)如果他們的猜測(cè)成立,則你認(rèn)為他們依據(jù)的是________________________。 答案:(1)如圖所示 (2)F-ω2 (3)由于在F-ω2圖像中,圖線(xiàn)為過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。 三、計(jì)算題(本題包括3小題,共40分,解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟。只寫(xiě)出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位) 10.(12分)如圖9所示,在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓盤(pán)上,沿半徑方向放置兩個(gè)和細(xì)線(xiàn)相連的、質(zhì)量均為m的小物體A、B,它們到轉(zhuǎn)軸的距離分別為RA=20 cm,RB=30 cm,A、B與盤(pán)面間的最大靜摩擦力均為其重力的0.4倍,試求:(取g=10 m/s2)。 (1)當(dāng)細(xì)線(xiàn)上開(kāi)始出現(xiàn)張力時(shí),圓盤(pán)的角速度ω0。 (2)當(dāng)A開(kāi)始滑動(dòng)時(shí),圓盤(pán)的角速度ω。 圖9 (3)當(dāng)A即將滑動(dòng)時(shí),燒斷細(xì)線(xiàn),A、B將如何運(yùn)動(dòng)? 解析:(1)由于RB>RA,當(dāng)圓盤(pán)以ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物體B所需向心力大,當(dāng)ω增大到某一數(shù)值時(shí),圓盤(pán)對(duì)B的最大靜摩擦力不足以提供其所需向心力,細(xì)線(xiàn)開(kāi)始被拉緊產(chǎn)生拉力,由牛頓第二定律得kmg=mRBω02 即ω0== rad/s≈3.65 rad/s; (2)當(dāng)A開(kāi)始滑動(dòng)時(shí),設(shè)細(xì)線(xiàn)產(chǎn)生的拉力為F, 對(duì)B滿(mǎn)足kmg+F=mRBω2 對(duì)A滿(mǎn)足kmg-F=mRAω2 即2kmg=m(RA+RB)ω2,解得ω== rad/s=4 rad/s; (3)燒斷細(xì)線(xiàn)后,細(xì)線(xiàn)上張力消失,A與盤(pán)面間靜摩擦力減小,繼續(xù)隨盤(pán)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng);B由于所受最大靜摩擦力不足以提供其所需向心力而做離心運(yùn)動(dòng)。 答案:(1)3.65 rad/s (2)4 rad/s (3)A隨盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),B做離心運(yùn)動(dòng) 11.(12分)如圖10所示,質(zhì)量M=2 kg的滑塊套在光滑的水平軌道上,質(zhì)量m=1 kg的小球通過(guò)長(zhǎng)L=0.5 m的輕質(zhì)細(xì)桿與滑塊上的光滑軸O連接,小球和輕桿可在豎直平面內(nèi) 繞O軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),開(kāi)始輕桿處于水平狀態(tài)?,F(xiàn)給小球一個(gè)豎直向上的初速度v0=4 m/s,g取10 m/s2。若鎖定滑塊,試求小球 圖10 通過(guò)最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)輕桿的作用力大小和方向。 解析:設(shè)小球能通過(guò)最高點(diǎn),且此時(shí)的速度為v1。在上升過(guò)程中,因只有重力作功,小球的機(jī)械能守恒。則mv12+mgL=mv02 ① v1= m/s ② 設(shè)小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),輕桿對(duì)小球的作用力為F,方向向下,則F+mg=m ③ 由②③式,得 F=2 N ④ 由牛頓第三定律可知,小球?qū)p桿的作用力大小為2 N,方向豎直向上。 答案:2 N 豎直向上 12.(16分)如圖11所示,半徑為R的內(nèi)徑很小的光滑半圓管豎直放置,兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球,以不同的速度進(jìn)入管內(nèi)。A通過(guò)最高點(diǎn)C時(shí),對(duì)管壁上部的壓力為3mg。B通過(guò)最高點(diǎn)C時(shí),對(duì)管壁下部的壓力為0.75mg。求A、B兩球落地點(diǎn)間的距離。 圖11 解析:A球通過(guò)最高點(diǎn)C時(shí),對(duì)管的上部有壓力,則A球在最高點(diǎn)C的受力情況如圖所示,則: FN1+mg=m ① FN1=3mg ② 聯(lián)立①②得vA=2 ③ 此后A球以vA做平拋運(yùn)動(dòng),落地的水平距離為sA=vAt=2=4R B球過(guò)最高點(diǎn)C時(shí)對(duì)管的下部有壓力,則B球在C點(diǎn)的受力情況如圖所示 mg-FN2=m ④ FN2=0.75 mg ⑤ 聯(lián)立④⑤得vB= 同理,B球平拋的水平位移為 sB=vBt==R 故Δs=sA-sB=3R。 答案:3R- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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