鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 科学探究:向心力同步练习题

3.2科学探究：向心力基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）必修第二册

一、选择题（共15题）

1．关于向心力的说法正确的是（　　）

A．做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的

B．做匀速圆周运动的物体其向心力一定是其所受的合外力

C．物体由于做圆周运动而产生了一个向心力

D．向心力不但改变物体运动的方向，还改变物体速度大小

2．用图示的向心力演示器可以探究向心力和物体质量、角速度以及半径的关系。实验时，匀速转动手柄使变速塔轮、长槽、短槽和槽内的小球随之匀速转动，使小球做匀速圆周运动的向心力由挡板对小球的弹力提供。球对挡板的反作用力使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，根据标尺上露出的标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。长槽上的挡板到转轴的距离是挡板A的倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板到各自转轴的距离相等。下列说法不正确的是（　　）

A．本实验采用的科学方法是控制变量法

B．将传动皮带套在两塔轮的不同轮盘上，可以改变两个槽内的小球做圆周运动的半径

C．探究向心力和质量的关系时，需将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板处

D．探究向心力和角速度的关系时，需将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板处

3．用细绳拴着质量为m的小球，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．小球通过最高点时，绳子张力一定不为零

B．小球通过最高点时的最小速度是零

C．小球通过最高点时的速度可能是

D．小球通过最高点时，绳子对小球的作用力可以与球所受重力方向相反

4．一个做匀速圆周运动的物体，运动半径不变，而线速度增加为原来的2倍，其向心力增大了24 N，那么在未改变速度时，物体所受的向心力为

A．6 N B．8 N C．12 N D．16 N

5．如图，水平转台上放着一枚硬币，当转台匀速转动时，硬币没有滑动，关于此情况下硬币的受力情况，下列说法正确的是（     ）

A．受重力和台面的持力

B．受重力、台面的支持力和向心力

C．受重力、台面的支持力和静摩擦力

D．受重力、台面的支持力、向心力和静摩擦力

6．物体做半径不同的匀速圆周运动，它的加速度与半径的倒数关系如图所示，则该物体运动中下列哪个物理量保持不变（　　）

A．线速度大小 B．角速度大小 C．转速 D．向心力大小

7．如图所示，杂志演员骑着摩托车在竖直轨道平面内做圆周运动。已知圆轨道的半径为R，重力加速度大小为g，人在最高点的速度大小为，在最低点的速度大小为，则摩托车在最高点和最低点时对轨道的弹力大小之比为（　　）

A．1:3 B．1:6

C．1:8 D．2:7

8．如图所示，一个倾角为θ=30°的光滑斜面固定在水平面上，不可伸长的轻绳一端固定在斜面上的O点，另一端系一个质量为m的小球（可视为质点），绳长为L，在O点沿斜面向下处的P点钉一枚与斜面垂直的钉子。现将小球拉起，使轻绳与斜面平行且在水平方向上伸直，由静止释放，小球绕O点转动90˚时绳与钉子相碰。已知重力加速度大小为g，不计一切摩擦和空气阻力，下列说法中错误的是（ ）

A．绳碰到钉子前瞬间，小球的线速度为，且碰后瞬间线速度大小不变

B．绳碰到钉子前瞬间，小球受到的拉力为，且碰后瞬间绳的拉力突然增大

C．绳碰到钉子后，小球绕P点做圆周运动可恰好到达最高点O点

D．若将钉钉子的位置P点沿斜面向下移动，OP距离越大，绳碰到钉子后瞬间受到的拉力越大

9．如图所示，汽车在炎热的夏天沿不规整的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是（汽车运动速率不变）（　　）

A．a点 B．b点 C．c点 D．d点

10．如图，半径为0.1m的半球形陶罐随水平转台一起绕过球心的竖直轴水平旋转，当旋转角速度为10rad/s时，一质量为m的小物块恰好能随陶罐一起与陶罐保持相对静止做匀速圆周运动，已知小物块与陶罐的球心O的连线跟竖直方向的夹角θ为37°，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。（重力加速度g取10m/s2，sin37°取0.6，cos37°取0.8）。则小物块与陶罐内壁的动摩擦因数μ为（　　）

A． B． C． D．

11．如图所示，一根质量不计的轻杆绕水平固定转轴O顺时针匀速转动，另一端固定有一个质量m的小球，当小球运动到图中位置时，轻杆对小球作用力的方向可能

A．沿F1的方向 B．沿F2的方向

C．沿F3的方向 D．沿F4的方向

12．小明家餐桌的上面一层是半径为的转盘，餐具放在上面可随盘绕盘中心的转轴转动，已知碗和转盘表面的动摩擦因数为0.64，妈妈将一碟菜放在转盘边缘后离开了，调皮的小明转动转盘，结果菜碟子从转盘上滑落，若转盘的转动可认为是匀速转动，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，则小明转动转盘的角速度至少为（　　）

A． B． C． D．

13．下列关于曲线运动的说法中正确的是（）

A．物体做曲线运动时的速度或者加速度可以不变；

B．物体受到恒力F作用时不可能做曲线运动；

C．曲线运动一定是变速运动；

D．物体做圆周运动时，所受到的合力F合的方向一定指向圆心．

14．向心力演示器如图所示。转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可改变两个塔轮的转速比，以探究物体做圆周运动的向心力大小跟哪些因素有关、具体关系怎样。现将小球A和B分别放在两边的槽内，小球A和B的质量分别为mA和mB，做圆周运动的半径分别为rA和rB。皮带套在两塔轮半径相同的两个轮子上，实验现象显示标尺8上左边露出的格子多于右边，则下列说法正确的是（　　）

A．若rA>rB，mA=mB，说明物体的质量和角速度相同时，半径越大向心力越大

B．若rA>rB，mA=mB，说明物体的质量和线速度相同时，半径越大向心力越大

C．若rA=rB，mA≠mB，说明物体运动的半径和线速度相同时，质量越小向心力越大

D．若rA=rB，mA≠mB，说明物体运动的半径和角速度相同时，质量越大向心力越小

15．高空滑索是勇敢者的运动。如图所示一个人用轻绳通过轻质滑环悬吊在足够长的倾斜钢索上运动（设钢索是直的），下滑过程中到达图中A位置时轻绳与竖直线有夹角，到达图中B位置时轻绳竖直向下。不计空气阻力，下列说法正确的是（     ）

A．在A位置时，人的加速度可能为零

B．在A位置时，钢索对轻绳的作用力大于人的重力

C．在B位置时，钢索对轻环的摩擦力为零

D．若轻环在B位置突然被卡住，则此时轻绳对人的拉力大于人的重力

二、填空题（共4题）

16．在绕竖直轴匀速转动的圆环上有A、B两点，如右图所示，过A、B的半径与竖直轴的夹角分别为30°和60°，则A、B两点的线速度之比为___________；向心加速度之比为___________。

17．如图所示，有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，小强站在距圆心为r处的P点不动。

（1）关于小强的受力，下列说法正确的是________；

A．小强在P点不动，因此不受摩擦力作用

B．小强随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力充当向心力

C．小强随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当向心力

D．若使圆盘以较小的转速转动时，小强在P点受到的摩擦力不变

（2）如果小强随圆盘一起做变速圆周运动，那么其所受摩擦力是否仍指向圆心___________？

18．如图所示，质量为m的小球置于正方体的光滑硬质盒子中，盒子的边长略大于球的直径。某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，已知重力加速度为g，空气阻力不计，要使盒子在最高点A时盒子与小球之间恰好无作用力，则该盒子在B点（与圆心O等高）时的速度大小为____________、盒子对球的作用力大小为_____________。

19．用如图所示的实验装置来探究影响向心力大小的因素。长槽横臂的挡板B到转轴的距离是挡板A的2倍，长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板C到各自转轴的距离相等。转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的相对大小。表中给出了6次实验的结果。

则

（1）两组实验都显示了向心力大小与___________（选填“小球质量”或“小球位置”）有关；应将传动皮带套在两塔轮半径___________（选填“相同”或“不同”）的轮盘上。

（2）若小球1、2质量同时都为2m时，它们分别放在B、C位置，左、右两个标尺露出的格数之比应为___________。

三、综合题（共4题）

20．一水平转盘可绕过圆心O的竖直轴转动，水平转盘中心O有一光滑小孔，用一细线穿过小孔将质量均为m的小物块A、B相连。B放在圆盘上，A在圆盘下方悬挂，且，。如图1所示，A、B与转盘的动摩擦因数均为。（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，）

(1)若B能与圆盘保持相对静止，求水平转盘转动的角速度的范围；

(2)保持B不动，将物块A放在转盘上，且沿转盘直径方向，细线刚好伸直无拉力，如图2所示，令转盘角速度逐渐增大，当水平转盘角速度为多大时，A、B即将开始滑动。

21．水平放置的圆盘绕竖直轴匀速转动，盘转动时边缘挡光片从光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图1，图2所示。A光源射出的光可照射到B的接收器上，若A、B间的光路被遮断，显示器C上可显示出光线被遮住的时间。圆盘直径，距转轴处有一质量为的零件随盘一起运动，已知挡光片的宽度，光电数字计时器所显示的时间为（），求：

(1)圆盘转动的角速度；

(2)零件受到的摩擦力。

22．如图所示，常见的圆形餐桌的中部是一个半径为r＝1.5m的圆玻璃盘，圆玻璃盘是可以绕中心轴转动的。本题近似认为圆玻璃盘与餐桌在同一水平面内，且两者之间的间隙可忽略不计。一只茶杯放置在圆玻璃盘边缘，茶杯与圆玻璃盘间的动摩擦因数为μ1＝0.6，茶杯与餐桌间的动摩擦因数为μ2＝0.225。设茶杯与圆盘、茶杯与餐桌之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。

(1)现转动圆玻璃盘，茶杯不滑到餐桌上时，圆玻璃盘的最大角速度ω为多少？

(2)若茶杯恰好从圆玻璃盘上甩出，为使茶杯不滑落到地面上，餐桌半径R的最小值为多大？

23．如图所示，物体A放在地球表面处，作出它随地球自转做匀速圆周运动时的加速度方向。

参考答案：

1．B

2．B

3．C

4．B

5．C

6．A

7．C

8．C

9．D

10．A

11．C

12．B

13．C

14．A

15．D

16．         

17．     C     不指向圆心

18．         

19．     小球质量     相同     2：1

20．(1)；(2)

21．(1)；(2)，方向指向圆心

22．(1)2rad/s；(2)2.5m

23．