第六章 圆周运动 章末测试卷 高中物理人教版（2019）必修二册（含答案）

这是一份第六章 圆周运动 章末测试卷 高中物理人教版（2019）必修二册（含答案），共14页。
第六章 圆周运动 章末测试卷本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。一质点做匀速圆周运动，其线速度为4 m/s，转速为0.5 r/s，下列说法中正确的是（ ）A. 该质点做匀速圆周运动的角速度为2rad/sB. 该质点做匀速圆周运动的半径为4πmC. 该质点做匀速圆周运动的加速度大小为4πm/s2D. 匀速圆周运动是一种加速度不变的运动如图所示，修正带是通过两个齿轮的相互咬合进行工作的。其原理可简化为图中所示的模型。A、B是转动的齿轮边缘的两点，则下列说法中不正确的是( )A，B两点的线速度大小相等B. A，B两点的角速度大小相等C. A点的周期大于B点的周期D. A点的向心加速度小于B点的向心加速度如图，一物体停在匀速转动圆筒的内壁上，如果圆筒的角速度增大，则( )A. 物体所受弹力增大，摩擦力也增大了 B. 物体所受弹力增大，摩擦力减小了C. 物体所受弹力和摩擦力都减小了 D. 物体所受弹力增大，摩擦力不变如图所示，一个水平圆盘绕中心竖直轴匀速转动，角速度是4rad/s，盘面上距圆盘中心0.10m的位置有一个质量为0.10kg的小物体，与圆盘相对静止随圆盘一起转动。小物体与圆盘间的动摩擦因素为0.2，小物体所受摩擦力大小是( )A. 0.04NB. 0.16NC. 0.2ND. 1.0N关于做匀速圆周运动的物体的向心加速度，下列说法正确的是( )A. 向心加速度大小与轨道半径成正比 B. 向心加速度大小与轨道半径成反比C. 向心加速度方向与向心力方向不一致 D. 向心加速度指向圆心在图中，A、B为啮合传动的两齿轮，RA=2RB，则A、B两轮边缘上两点的 ( )A. 角速度之比为2:1B. 向心加速度之比为1:2C. 周期之比为1:2D. 转速之比为2:1下列说法中正确的是( )A. 日常生活中遇到的离心运动都是有危害的，要防止任何离心运动的发生B. 在匀速圆周运动中，向心加速度是恒定的C. 汽车以一定的速率通过拱桥，在最高点汽车对桥的压力小于汽车的重力D. 杂技演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受重力作用二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。如图所示，用细线拴住一个质量为m的小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g，不计空气阻力。下列说法中正确的是( )向心力的大小等于mgtanθB. 向心力是细线对小球的拉力和小球所受重力的合力C. 向心力的大小等于细线对小球的拉力D. 小球受到重力、线的拉力和向心力三个力如图所示，轻绳的一端系一小球，另一端固定于O点，在O点的正下方P点钉一颗钉子，使轻绳拉紧与竖直方向成一角度θ，然后由静止释放小球，当轻绳碰到钉子时( )A. 小球的角速度突然变大B. 小球的瞬时速度突然变大C. 绳上拉力突然变小D. 球的加速度突然变大如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放着用细绳相连的质量均为m的两个物体A和B，它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为RA=r、RB=2r，与盘间的动摩擦因数μ相同，当圆盘转速加快到两物体刚好要发生滑动时，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是( )A. 此时绳子张力为3μmgB. 此时圆盘的角速度为2μgrC. 此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆外D. 此时烧断绳子，A仍相对盘静止，B将做离心运动三、实验题：本题共2小题，每空2分，共10分。用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。(1)本实验采用的科学方法是______A.控制变量法 B.累积法 C.微元法 D.放大法(2)图示情景正在探究的是______A.向心力的大小与半径的关系 B.向心力的大小与线速度大小的关系C.向心力的大小与角速度大小的关系 D.向心力的大小与物体质量的关系(3)通过本实验可以得到的结果是______A.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比。某物理兴趣小组利用电子秤探究小球在竖直面内的圆周运动，他们到物理实验室取来电子秤、铁架台、长度为L的轻质细线和小球等。 (1)将铁架台放在电子秤上，其读数为M；撤去铁架台将小球放在电子秤上，其读数为m。(2)组装好实验装置如图所示。保持细线自然伸长，将小球拉起至使细线处于水平位置，此时电子秤读数为________[填写“M+m”、“M”、“大于(M+m)”或“处于M和(M+m)之间”]。(3)从释放小球至小球向下运动到最低点过程，电子秤读数____________。(填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”)四、计算题：本题共3小题，13题10分，14题14分，15题20分，共44分。做匀速圆周运动的物体，10 s内沿半径是20 m的圆周运动100 m，试求物体做匀速圆周运动时：(1)线速度的大小。(2)角速度的大小。(3)周期的大小。一质量为0.5kg的小球，用长为0.4m细绳拴住，在竖直平面内做圆周运动(g取10m/s2).求(1)当过最低点时的速度为6m/s时，绳的拉力大小F1；(2)当过最高点时的速度为4m/s时，绳的拉力大小F2；(3)小球能通过最高点的速度大小范围。如图所示，一个质量为m的小球(可视为质点)以某一初速度从A点水平抛出，恰好从圆管BCD的B点沿切线方向进入圆弧，经BCD从圆管的最高点D射出，恰好又落到B点。已知圆弧的半径为R且A与D在同一水平线上，BC弧对应的圆心角θ=60°，不计空气阻力。求： (1)小球从A点做平抛运动的初速度v0的大小；(2)小球在D点时的速度大小；(3)在D点处小球对管壁的作用力的大小和方向。答案解析【答案】1. C 2. B 3. D 4. B 5. D 6. B 7. C 8. AB 9. AD 10. ABC 11. (1)A；(2)D；(3)C。 12. (2)M；(3)逐渐增大；13. 解：(1)v=△l△t=10010m/s=10m/s，故物体的线速度大小为10m/s。(2)由v=rω，得：ω=vr=1020rad/s=0.5rad/s，故物体的角速度大小为0.5rad/s。(3)T=2πω=2π0.5s=4πs故物体运动的周期为4πs。 14. 解：(1)当过最低点时的速度为6m/s时，重力和细线拉力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律得：F1−mg=mv12l所以：F1=mg+mv12l=50N(2)当小球在最高点速度为4m/s时，重力和细线拉力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律得：F2+mg=mv22l所以：F2=mv22l−mg=15N(3)过最高点时绳的拉力刚好为零，重力提供圆周运动的向心力．根据牛顿第二定律得：mg=mv02l解得v0=gl=2m/s。所以，小球能通过最高点的速度大小范围是v≥2m/s 15. 解：(1)小球从A到B的过程做平抛运动。如图所示，由几何关系可得 R(1+cosθ)=12gt2tanθ=gtv0联立解得：v0=gR；(2)小球从D到B的过程做平抛运动Rsinθ=vDt解得：vD=12gR ；(3)D处小球做圆周运动，设管壁对小球的支持力为FN，由牛顿第二定律有mg−FN=mvD2R解得：FN=34mg由牛顿第三定律可得，小球在D处对管壁的压力大小为FN​'=34mg，方向竖直向下。 【解析】1. 【分析】根据公式ω=2πn求角速度；根据公式a=vω求加速度；匀速圆周运动的速度方向时刻在变化，是一种变速曲线运动；匀速圆周运动的加速度方向始终指向圆心，是变加速曲线运动。本题关键明确线速度、角速度、向心加速度、转速等物理量的定义公式，能进行简单的计算；同时要知道匀速圆周运动的速度方向时刻在变化，匀速圆周运动的加速度方向始终指向圆心。【解答】A.根据公式ω=2πn，可得该质点做匀速圆周运动的角速度为：ω=2π×0.5rad/s=π rad/s，故A错误；B.根据公式r=vω，可得该质点做做匀速圆周运动的半径大小为：r=4πm，故B错误；C.根据公式a=vω，可得该质点做匀速圆周运动的加速度大小为：a=4×πm/s2=4πm/s2，故C正确； D.物体做匀速圆周运动，是其所受的合外力提供向心力，向心加速度大小不变，但是方向始终指向圆心，时刻在变化，故D错误。故选C。2. 【分析】同缘传动时，边缘点的线速度相等；同轴传动时，角速度相等；然后结合v=ωr，T=   2πω ，an=  v2 r，列式求解。本题关键明确同缘传动同轴传动的特点，关键在于灵活应用向心加速度公式。【解答】A.同缘传动时，边缘点的线速度相等，故：vA=vB；故A正确；B.根据v=ωr，可知半径大的A角速度小。故B错误；C.A的角速度小于B的角速度，根据：T=   2πω 可知，A的周期大于B点的周期，故C正确；D.由向心加速度公式an=v2 r，A的半径大于B的半径，可知，A的向心加速度小于B的向心加速度，故D正确。本题选不正确的，故选B。3. 解：物体做匀速圆周运动，合力指向圆心，提供向心力。对物体受力分析，受重力、向上的静摩擦力、指向圆心的支持力，如图，其中重力G与静摩擦力f平衡，与物体的角速度无关，支持力N提供向心力，由N=mω2r知，当圆筒的角速度ω增大以后，向心力变大，物体所受弹力N增大，故D正确，A、B、C错误。故选：D。本题中物体做匀速圆周运动，合力指向圆心，对物体受力分析，受重力、向上的静摩擦力、指向圆心的支持力，合力等于支持力，提供向心力。本题中要使静摩擦力与重力平衡，角速度要大于某一个临界值，即重力不能小于最大静摩擦力！4. 【分析】小物体随圆盘一起做圆周运动，靠静摩擦力提供向心力，结合牛顿第二定律求出小物体所受的摩擦力大小。解决本题的关键知道物体做圆周运动向心力的来源，结合牛顿第二定律进行求解，注意不能通过滑动摩擦力公式求解摩擦力。【解答】根据牛顿第二定律得，f=mrω2=0.1×0.1×16N=0.16N，故B正确，A、C、D错误。故选：B。5. 解：AB、公式a=v2r可知，当线速度一定时，加速度的大小与轨道半径成反比；由公式a=rω2可知，当角速度一定时，加速度的大小与轨道半径成正比。故AB没有控制变量；故AB均错误；C、由牛顿第二定律可知，向心加速度与向心力的方向一致；故C错误；D、向心力始终指向圆心；故D正确；故选：D。公式a=v2r及公式a=rω2均可求解加速度，根据控制变量法分析加速度与半径的关系；匀速圆周运动物体其合外力指向圆心，大小不变，方向时刻变化；而向心加速度方向与合力方向相同。本题重点掌握匀速圆周运动的定义，知道它的运动特征，明确向心加速度的方向始终指向圆心。同时明确圆周运动的性质，注意在分析向心加速度时应注意控制变量。6. 【分析】啮合后的两齿轮有两轮边缘上线速度大小相等，根据线速度大小相等和各物理量的关系求解即可。抓住齿轮啮合传动时，两轮边缘上线速度大小相等展开讨论，熟练掌握描述圆周运动的各物理量之间的关系是解决本题的关键。【解答】解：根据题意有两轮边缘上的线速度大小相等，即有vA=vB，A.根据角速度ω和线速度v的关系v=rω得角速度与半径成反比：即ωAωB=RBRA=12，故A错误；B.根据向心加速度a与线速度v的关系a=v2R得，因为vA=vB，所以：aAaB=RBRA=12，故B正确；C.根据周期T和线速度v的关系T=2πRv得，因为vA=vB，所以：TATB=RARB=21，故C错误；D.根据转速n和线速度v的关系v=n2πR得：因为vA=vB，所以：nAnB=RBRA=12，故D错误．故选B。7. 解：A.日常生活中遇到的离心运动并不都是有危害的，如洗衣机的脱水，无缝钢管的铸造等都是利用的离心运动，故A错误；B.在匀速圆周运动中，向心加速度的方向是不断变化的，所以不是恒定的，故B错误。C.汽车以一定的速率通过拱桥时，汽车受到的重力与支持力的合力提供向心力，由于向心力的方向向下，所以在最高点汽车对桥的压力小于汽车的重力，故C正确；D.所有物体都要受到重力作用，所以当“水流星”通过最高点时，也要受重力作用，故D错误；故选：C。洗衣机甩水即为离心运动，加速度是矢量，必须大小和方向都不变才是恒定的，汽车运动到最高点，需要向下的向心力，据此分析受力情况；任何物体都要受到重力作用；该题考查了物理学中的一些基本现象，要求会通过物理知识来解释这些现象；8. 【分析】先对小球进行运动分析，做匀速圆周运动，再找出合力的方向，进一步对小球受力分析！向心力是效果力，匀速圆周运动中由合外力提供，是合力，与分力是等效替代关系，不是重复受力。【解答】小球在水平面内做匀速圆周运动，对小球受力分析，如图A.由图中平行四边形可知向心力的大小等于mgtanθ， A正确。B.C.D.小球受重力、和绳子的拉力，由于它们的合力总是指向圆心并使得小球在水平面内做圆周运动，故在物理学上，将这个合力就叫做向心力，即向心力是按照力的效果命名的，这里是重力和拉力的合力，故C、D错误，B正确；故选AB。9. 【分析】由机械能守恒可知小球到达最低点的速度，小球碰到钉子后仍做圆周运动，由向心力公式可得出绳子的拉力与小球转动半径的关系；由圆周运动的性质可知其线速度、角速度及向心加速度的大小关系．本题中要注意细绳碰到钉子前后转动半径的变化，再由向心力公式分析绳子上的拉力变化．【解答】B.小球摆下后由机械能守恒可知，mgh=12mv2，因小球下降的高度相同，故小球到达最低点时的速度相同，故小球的线速度不变，故B错误；A.根据ω=vr，v不变，r变小，故ω变大，故A正确；C.设钉子到球的距离为R，则F−mg=mv2R，故绳子的拉力F=mg+mv2R因R小于L，故有钉子时，绳子上的拉力变大，故C错误；D.小球的向心加速度a=v2R，R