6.2向心力（练习）（原卷版+解析版）

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册向心力精品课后作业题，文件包含62向心力练习原卷版docx、62向心力练习解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共17页， 欢迎下载使用。
A．向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各力的合力，也可以是某个力的分力
B．向心力一定是由做圆周运动的物体所受的合力提供，它是根据力的作用效果命名的
C．对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力
D．向心力只能改变物体的运动方向，不能改变物体运动的快慢
【答案】AD
【详解】AB．向心力是由指向圆心方向的合外力提供，它是根据力的作用效果命名的，向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各力的合力来提供，也可以是某个力的分力来提供，故A正确，B错误；
C．物体做圆周运动就需要向心力，向心力是根据力的作用效果命名的，需由外界提供，而不是物体受到了向心力，故C错误；
D．向心力的方向与速度方向垂直，因此不改变速度的大小，只改变速度的方向，故D正确。
故选AD。
2．（多选）如图所示，一辆汽车正通过一段弯道公路，视汽车做匀速圆周运动，则（ ）
A．该汽车向心力恒定不变
B．汽车左右两车灯的角速度大小相等
C．若速率不变，则跟公路外道相比，汽车在内道行驶时所受的向心力较大
D．若速率不变，则跟晴天相比，雨天路滑时汽车在同车道上行驶时所受的向心力较小
【答案】BC
【详解】A．向心力是矢量，方向时刻变化，A错误；
B．汽车整体的角速度相等，左右两个灯的角速度相同，B正确；
C．若汽车以恒定的线速度大小转弯，根据
Fn=mv2r
在内轨道时转弯半径小，故在内轨道时向心力大，C正确；
D．根据
Fn=mv2r
知向心力不会因为天气而变化，只是雨天路面较滑，最大静摩擦力减小，D错误。
故选BC。
3．狗拉雪橇，雪橇在位于水平冰面的圆弧形道路上匀速率滑行。如图为关于雪橇运动到某位置时受到的合外力F及速度v方向的示意图（O为圆心），其中正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】雪橇做匀速圆周运动，合外力提供向心力，指向圆心；雪橇的在某点的线速度方向沿该点的切线方向，综上所述可知C正确。
故选C。
4．旋转篮球是每个篮球爱好者都会努力提升的一种技能。如图，半径约为13cm的篮球在某同学的手指上旋转，测得篮球上的一个小泥点在1min内随篮球旋转的圈数为60，由此可估算的物理量是（ ）
A．小泥点的线速度大小B．篮球旋转的角速度大小
C．小泥点的向心加速度大小D．小泥点做圆周运动的向心力大小
【答案】B
【详解】B．篮球旋转的角速度为
ω=2π×6060rad/s=2πrad/s
所以B正确；
ACD．小泥点随篮球旋转，其圆周运动的轨道半径等于泥点到转轴的距离，由于题目中没有该数据，所以小泥点的线速度大小、向心加速度大小和向心力大小均无法估算，ACD错误。
故选B。
5．如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动，这个过程简化为下图的情景，水平板上放一个物体，使水平板和物体一起在竖直平面内做匀速圆周运动，ab为水平直径，cd为竖直直径，在运动过程中木板始终保持水平，物块相对木板始终静止，下列说法正确的是（ ）
A．在最低点时，物块所受支持力等于物块的重力
B．物块所受合外力不变
C．除c、d两点外，物块都要受摩擦力
D．c、d两点，物块所受支持力相同
【答案】C
【详解】AD．物块做匀速圆周运动，向心力大小始终不变，根据牛顿第二定律，在c点有
mg−FNc=F向
解得
FNc=mg−F向≠mg
在d点有
FNd−mg=F向
解得
FNd=F向+mg≠FNc
故AD错误；
B．物块所受合外力提供向心力，大小不变，但方向始终变化，故B错误；
C．物体所受重力和支持力始终在竖直方向，而向心力方向始终指向圆心，只有在c、d两点，仅靠重力和支持力的合力就可以提供向心力，而在c、d两点外，物块都要受摩擦力，才能使合外力满足指向圆心，故C正确。
故选C。
6．如图所示，游乐园有一种游戏设施叫做“魔盘”，当“魔盘”转动时，游客随“魔盘”一起做匀速圆周运动。分析游客的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A．游客受重力、支持力、摩擦力和向心力
B．游客受到摩擦力方向与运动方向相反
C．游客受到摩擦力方向与运动方向相同
D．游客受到摩擦力方向指向圆心
【答案】D
【详解】游客受重力、支持力和摩擦力，其中重力和支持力的合力为零，摩擦力提供向心力，指向圆心，故ABC错误，D正确。
故选D。
7．如图所示，半径为r的圆筒，绕竖直中心轴OO'转动，小物块a靠在圆筒的内壁上，它与圆筒的动摩擦因数为μ，现要使小物块a不下滑，则圆筒转动的角速度ω至少为（ ）
A．μgrB．μgC．grD．gμr
【答案】D
【详解】要使A不下落，则小物块在竖直方向上受力平衡，有
f=mg
当摩擦力正好等于最大摩擦力时，圆筒转动的角速度ω取最小值，筒壁对物体的支持力提供向心力，根据向心力公式得
N=mω2r
而
f=μN
联立以上三式解得
ω=gμr
故选D。
8．如图所示，完全相同的三个小球A、B、C均用长为L=0.8m的细绳悬于小车顶部，小车以v=2m/s的速度匀速向右运动，A、C两球与小车左、右侧壁接触，由于某种原因，小车的速度突然减为0，此时悬线张力之比FA:FB:FC为（重力加速度g取10m/s2）（ ）
A．3∶3∶2B．2∶3∶3C．1∶1∶1D．1∶2∶2
【答案】A
【详解】设三个小球的质量均为m，小车突然停止运动， C受到小车右侧壁的作用停止运动，则此时悬线张力与C的重力大小相等，即
FC=mg
A和B由于惯性，会向右摆动，将做圆周运动，根据牛顿第二定律可得此时悬挂A、B的悬线张力大小为
FA=FB=mg+mv2L
代入数据解得
FA:FB:FC=3:3:2
故选A。
9．A、B两物体都做匀速圆周运动，mAmB=12，rArB=12，经过1秒钟，A转过π3圆心角，B转过了π4圆心角，则A物体的向心力与B的向心力之比为（ ）
A．1︰4B．4︰9C．9︰16D．16︰9
【答案】B
【详解】根据角速度的定义式ω=θt可知
ωAωB=43
根据向心力公式F=mω2r，可得A物体的向心力与B物体的向心力之比为
FAFB=mAmB⋅(ωAωB)2⋅rArB=12×(43)2×12=49
故ACD错误，B正确。
故选B。
10．（多选）在地球上空的空间站中，宇航员长期处于失重状态。为缓解这种状态带来的不适，科学家设想建造一种环形空间站，如图所示，圆环绕中心轴匀速旋转，宇航员站在旋转舱内的侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。已知地球表面的重力加速度大小为g，圆环中心轴到旋转舱内侧壁的距离为圆环的半径r，宇航员可视为质点，那么在实验过程中，下列分析正确的是（ ）
A．宇航员在旋转舱内的侧壁上随着旋转舱做匀速圆周运动
B．旋转舱绕其轴线转动的角速度大小为gr
C．旋转舱绕其轴线转动的周期大小为2πgr
D．航天员在旋转舱内的惯性消失，惯性大小与在地球上明显不同了
【答案】AB
【详解】A．由题意可知宇航员在旋转舱内的侧壁上随着旋转舱做匀速圆周运动，故A正确；
B．为了使航天员受到与他站在地球表面时相同大小的支持力，设旋转舱绕其轴线转动的角速度大小为ω，根据牛顿第二定律有
mg=mω2r
解得
ω=gr
故B正确；
C．旋转舱绕其轴线转动的周期大小为
T=2πω=2πrg
故C错误；
D．航天员的惯性与航天员的质量有关，与所处位置和运动状态无关，所以航天员在空间站内的惯性大小与他在地球上相同，故D错误。
故选AB。
11．为“探究向心力大小与角速度的关系”，某实验小组通过如图甲所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上，可随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过细绳连接滑块，可测绳上拉力大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测出滑块中心到竖直杆的距离为l。实验过程中细绳始终被拉直。
（1）滑块随杆转动做匀速圆周运动时，每经过光电门一次。力传感器和光电门就同时获得一组拉力F和遮光时间t，则滑块的角速度ω= （用t、l、d表示）。
（2）为探究向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F与 （填“t”、“1t”、“t2”或“1t2”）的关系图像。若作出图像是一条过原点的倾斜直线，表明此实验过程中向心力与 成正比（选填“角速度”、“角速度平方”或“角速度二次方根”）。
（3）若作出图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因是 。
【答案】 dtl 1t2 角速度平方 滑块与水平杆之间有摩擦力
【详解】（1）[1]滑块的角速度为
ω=vl=dtl
（2）[2]根据
F=mω2l=md2l⋅1t2
可知为探究向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F与1t2的关系图像。
[3]若作出图像是一条过原点的倾斜直线，表明此实验过程中向心力与角速度平方成正比。
（3）[4]装置转速较小时，滑块与水平杆之间的摩擦力提供滑块做圆周运动的向心力。若作出图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因是：滑块与水平杆之间有摩擦力。
12．某同学利用如图所示的向心力演示器“探究小球做匀速圆周运动向心力F的大小与小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系”。匀速转动手柄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，槽内的小球也随之做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的弹力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。实验过程如下：
（1）把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽上，使它们的运动半径相同，调整塔轮上的皮带的位置，探究向心力的大小与 的关系，将实验数据记录在表格中；
（2）保持两个小球质量不变，调整塔轮上皮带的位置，使与皮带相连的左、右两轮半径r左 r右（选填“>”“=”或“