沪科版 (2019)必修 第二册3.3 圆周运动的案例分析课后复习题

这是一份沪科版 (2019)必修 第二册3.3 圆周运动的案例分析课后复习题，共13页。试卷主要包含了如图，靠摩擦传动做匀速转动的大等内容，欢迎下载使用。
1．如图所示，半径为R的圆筒绕竖直中心轴以角速度ω匀速转动，质量为m的小物块A靠在圆筒的内壁上不下滑，已知物体与筒壁间的动摩擦因数为μ，则物体受到的摩擦力大小为_________;若该物体恰好不沿筒壁 下滑，则角度为_____________ ;若筒以该角速度匀速转动，把物块换成质量为2m的同种材料制成的物体，则物体____________(填 “会”，或“不会”)沿筒壁下滑。
2．某同学通过实验测量玩具上的小直流电动机转动的角速度大小。如图甲所示，将直径约为3cm的圆盘固定在电动机转动轴上，将纸带的一端穿过打点计时器后，固定在圆盘的侧面，圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧面上，打点计时器所接交流电的频率为50Hz。
(1)实验得到一卷盘绕在圆盘上的纸带，将纸带抽出一小段，测量相邻2个点之间的长度L1，以及此时圆盘的直径d1，再抽出较长的一段纸带后撕掉，然后抽出一小段测量相邻2个点之间的长度L2，以及此时圆盘的直径d2，重复上述步骤，将数据记录在表格中，其中一段纸带如图乙所示，测得打下这些点时，纸带运动的速度大小为______m/s。测得此时圆盘直径为5.60cm，则可求得电动机转动的角速度为______rad/s（均保留2位有效数字）
(2)该同学根据测量数据，作出了纸带运动速度（v）与相应圆O盘直径（d）的关系图像，如图丙所示，分析图线，可知电动机转动的角速度在实验过程中______（选填“增大”．“减小”或“不变”）
3．如图所示，质量为m的小物块放在长直水平面上，用水平细线紧绕在半径为R．质量为2m的薄壁圆筒上。t=0时刻，圆筒在电动机带动下由静止开始绕竖直中心轴转动，转动中角速度满足ω=kt（k为已知常数），物块和地面之间动摩擦因数为μ。则物块做______直线运动（选填：匀速．匀加速．变加速），从开始运动至t=t1时刻，绳子拉力对物块做功为_______。
4．如图，靠摩擦传动做匀速转动的大．小两轮接触面互不打滑，大轮半径是小轮半径的2倍。A．B分别为大．小轮边缘上的点，C为大轮上一条半径的中点。则ABC三点的线速度之比是_____________；角速度之比是_____________。
5．如图所示，质量为的小杯里盛有的水，用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演，转动半径为。则为使小杯经过最高点时水不流出，在最高点时最小速率是___________；当水杯在最高点速率时，取，绳的拉力大小为__________。
6．圆周运动的一些知识将是接下来学习万有引力与宇宙航行的基础。请回答以下问题：
（1）人骑着自行车在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，由于圆周运动的R较大，人和车都可以视为质点，自行车的线速度为v，则自行车的向心加速度可表示为________，若人的质量为，则人所需的向心力大小为__________。
（2）月球绕地球的运动可以近似看作匀速圆周运动，轨道半径为r，周期为T，则月球中心的向心加速度可表示为__________，月球的质量为，则月球做圆周运动的向心力为_________。
7．一物体在水平面上做匀速圆周运动，质量为1kg，物体做圆周运动的角速度为2.0rad/s，半径为0.5m，该物体做圆周运动的线速度为______m/s，向心加速度为______m/s2，受到的向心力为______N。
8．一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示，由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是______处，在C点处于______状态（超重或失重）
9．某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点的速度的实验，所用器材有：玩具小车．压力式托盘秤．凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）。
完成下列填空：
（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg；
（2）将玩具小车放置在凹形桥模拟器最低点时，托盘秤示数如图（b）所示，该示数为_______kg。
（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m，多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：
（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为是_______N。（重力加速度大小取9.8m/s2，计算结果保留两位有效数字）
10．光滑水平面固定一边长为0.3m的正三棱柱abc，俯视如图，长1m的细线一端固定在a点，另一端拴一质量为0.5kg的小球，开始时把细线拉直在ca延长线上，给小球一个2m/s．垂直细线方向的水平速度，细线逐渐缠绕在棱柱上（不计能量损失）。若细线能承受的最大拉力为7N，从开始到细线断裂时，小球运动的总时间为__________s，小球的位移大小为__________m。
11．某同学用频闪摄影的方式拍摄了把手指上的水滴甩掉的过程，如图甲，A．B．C是最后三个拍摄时刻指尖的位置。把图甲简化为图乙的模型，在甩手过程中，上臂以肩关节01为转动轴转动，肘关节O2以O1为圆心做半径为r1的圆周运动，腕关节O3以O2为圆心做半径为r2的圆周运动，到接近B的最后时刻，指尖P以腕关节O3为圆心做半径为r3的圆周运动。
（1）测得A．B之间的距离为26cm，频闪照相机的频率为25Hz，则指尖在A．B间运动的平均速度v为___________m/s，粗略认为这就是甩手动作最后阶段指尖作圆周运动的线速度。
（2）指尖通过B点时的向心加速度大小为________（用字母表示）。
（3）用这种方式可以使指尖的水滴产生巨大的向心加速度，其原因是：_________。
12．汽车质量为，凸形桥．凹形桥半径均为，车速为，车与桥面间的动摩擦因数为0.2，车经过凸形桥顶点时对桥面的压力大小为______N，所受摩擦力大小为_________N；车经过凹形桥顶点时对桥面的压力大小为_______N，所受摩擦力大小为_______N.

13．方向：始终沿着______指向______。

14．某研究性学习小组在学习了圆周运动知识以后，设计了一个研究玩具小车通过凹形桥最低点和凸形桥最高点时对轨道压力大小的实验。所用器材有玩具小车．压力式托盘秤．凹形桥和凸形桥模拟器（圆弧部分的半径均为R，重力加速度为g）。
(1)如图所示，将模拟器静置于托盘秤上，托盘秤的示数为。
(2)将玩具小车静置于模拟器最低点时，托盘秤的示数为M，则玩具小车的质量为______________。
(3)将玩具小车从模拟器右侧某一位置由静止释放，小车经过点后滑向左侧的过程中，在这五个点观察到托盘秤的示数变化情况依次是增大，减小，增大，减小，增大，从而说明玩具小车通过凹形桥最低点时对桥的压力__________（填“大于”或“小于”）玩具小车通过凸形桥最高点时对桥的压力。
(4)若玩具小车通过A的速度是，则托盘秤的示数为____________；若玩具小车通过B的速度是，则托盘秤的示数为_________________。
15．如图所示，为测试子弹的发射速度，让子弹水平射向绕水平轴旋转的纸筒，纸筒的直径为d，角速度为ω，子弹沿直径水平穿过圆纸筒，只留下一个弹孔，则子弹的速度可能为___________。
16．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向______，这个指向______的力叫作向心力。

17．有一辆质量为的小汽车驶上圆弧半径为的拱桥。汽车到达桥顶时速度为，汽车对桥的压力是________N；汽车速度________m/s时恰好对桥没有压力而腾空。（）
18．如图所示，半径为R的薄圆板质量不计，可绕过圆心O的水平轴在竖直面内无摩擦自由转动，在距离圆心处，固定一个质量为m的小球A。现将圆板由图中情形（A在O的上方）从静止释放，则球A的最大速度大小为______；球A与O等高时，球受到的合力大小为______。
参考答案与试题解析
1．【答案】 不会下滑
【解析】【来源】上海市松江二中2018-2019学年高一下学期期中考试物理试题
【详解】
[1]质量为m的小物块A靠在圆筒的内壁上不下滑，竖直方向上平衡，有： .
[2]质量为m的物体恰好不沿筒壁下滑，
解得：
[3]换成质量为2m的同种材料制成的物体，则弹力变为原来的2倍，则最大摩擦力变为原来的2倍，重力和静摩擦力仍然可以平衡，所以物体不会沿筒壁下滑.
2．【答案】1.8 64 不变
【解析】
(1)[1]纸带的运动速度为
[2]圆盘的角速度为
(2)[3]根据，因图像是过原点的直线，可知不变。
3．【答案】匀加速
【解析】【来源】2020届上海市青浦区高三（下)二模物理试题
【分析】
【详解】
[1]由圆周运动公式 可知绳端速度即物块速度为
则物块做匀加速运动，加速度为；
[2] t1时刻的物块速度为
t1时间内物块位移为
物块和地面之间摩擦力为
从开始运动至t=t1时间内，对物块由动能定理可知
解得绳子拉力对物块做功为
4．【答案】2:2:1 1:2:1
【解析】【来源】福建省福州市格致中学2020-2021学年高一（下）期中物理试题
两轮接触面互不打滑，知A．B两点具有相同的线速度，所以
根据

所以

AC两点同轴转动，则角速度相同，则
根据

所以
则
5．【答案】2 30
【解析】【来源】山东省烟台招远市第二中学2020-2021学年高一（下）第一次月考物理试题（合格考）
[1]为使小杯经过最高点时水不流出，则在最高点水需要的向心力应大于等于重力，即
解得，即最小速率为2 m/s。
[2] 当水杯在最高点速率为4 m/s时，有
解得
6．【答案】
【解析】【来源】云南省保山市隆阳区2020-2021学年高一（下）期中教学质量监测物理试题
(1)[1]根据向心加速度公式得
[2]向心力为
(2)[3] 根据向心加速度公式得
[4]向心力为
7．【答案】1.0 2.0 2.0
【解析】【来源】北京市西城区第四十三中学2020-2021学年高一（下）第一次月考物理试题
[1]根据匀速圆周运动规律有
[2]匀速圆周运动的向心加速度为
[3]匀速圆周运动的向心力为
8．【答案】d 失重
【解析】
[1]在bd处，根据圆周运动可知
可知，半径越小，FN越大，越容易爆胎，故在d处爆胎可能性最大
[2]在C处，卡车做圆周运动，加速度方向竖直向下，根据牛顿运动定律得知，卡车处于失重状态，地面对卡车的作用力小于其重力。
9．【答案】1.40（1.35~1.45） 7.9（7.8~8.0）
【解析】【来源】宁夏银川市银川一中2020-2021学年高一（下）期中物理试题
（2）[1]根据秤盘指针可知量程是10kg，指针所指示数是1.40kg（1.35~1.45都正确）；
（4）[2]记录的托盘示数各次并不相同，而多次测量求平均值可以减少误差，即
而模拟器的质量为1.00kg，所以小车经过凹形桥最低点时小车对桥的压力
（7.8~8.0都正确）
10．【答案】 0.9m
【解析】【来源】上海鲁迅中学2019-2020学年高三上学期期中等级考试物理试题
【详解】
[1] 细线断裂之前，绳子拉力与速度垂直，不做功，故小球的速度大小保持不变，绳子刚断裂时，拉力大小为7N，由得，此时的半径为：
由于小球每转120°半径减小0.3m，则知小球刚好转过一周，细线断裂，则小球运动的总时间为：
由题知r1=1m，r2=0.7m，r3=0.4m，v=2m/s，代入数据解得：
[2] 球每转120°半径减小0.3m，细线断裂之前，小球运动的位移大小为：
11．【答案】6.5 线速度很大，半径很小
【解析】【来源】2021届安徽省蚌埠市高三（下）第三次教学质量检测理综物理试题
（1）[1]频闪照相机的频率为25Hz，则周期
指尖在A．B间运动的平均速度
（2）[2]到接近B的最后时刻，指尖P以腕关节O3为圆心做半径为r3的圆周运动，所以指尖通过B点时的向心加速度大小为
（3）[3]到达B点前指尖有较大的转动半径，由
知，这样可以使指尖获得很大的速度，到B点时，速度不变，半径突然变得很小，由
知，向心加速度很大，所以用这种方式可以使指尖的水滴产生巨大的向心加速度的原因归结为：线速度很大，半径很小。
12．【答案】16000 3200 24000 4800
【解析】
【详解】
[1][2]．经过凸形桥面时：
解得
所受摩擦力大小为
[3][4]．经过凹形桥面时：
解得
所受摩擦力大小为
13．【答案】半径 圆心
【解析】
略
14．【答案】 大于
【解析】
(2)[1]依题意有，所以
(3)[2]玩具小车向凹形桥底端运动时，对桥的压力大于重力，向凸形桥顶部运动时，对桥的压力小于重力，所以玩具小车通过凹形桥最低点时对桥的压力大于玩具小车通过凸形桥最高点时对桥的压力；
(4)[3]若玩具小车通过A的速度是，有
托盘秤的示数为
若玩具小车通过B的速度是，有
托盘秤的示数为
15．【答案】(n=0．1．2．3…)
【解析】【来源】山东省滨州市博兴县．阳信县联合2020-2021学年高一（下）期中物理试题
[1]子弹穿过纸筒的时间内纸筒转动(n+)圈，每圈的时间为
故满足
解得
(n=0．1．2．3…)
16．【答案】圆心 圆心
【解析】
略
17．【答案】7600 (22.36)
【解析】
【详解】
[1]汽车到达桥顶时，竖直方向受到重力G和桥对它的支持力N的作用，汽车对桥顶的压力大小等于桥顶对汽车的支持力N，汽车过桥时做圆周运动，重力和支持力的合力提供向心力，即
根据向心力公式有，即有
[2]汽车经过桥顶恰好对桥没有压力而腾空，则N=0，即汽车做圆周运动的向心力完全由其自身重力来提供，所以有
得
18．【答案】
【解析】
[1]当小球A降低到O点正下方时，小球A的速度最大。从开始到小球A降低到O点正下方过程中，薄圆板和小球组成的系统，只有重力做功，故系统机械能守恒，取圆盘最低处的水平面势能为零，则
解得
故小球A的最大速度大小为；
[2]当小球从开始到与O等高过程中，机械能守恒

解得
在小球A与O等高时，由牛顿第二定律可知小球所受水平方向的合力提供向心力，即
解得薄圆板对小球A的作用力
Fn=2mg
则小球A与O等高时，受到的合力为
序号
1
2
3
4
5
M（kg）
1.80
1.75
1.85
1.75
1.90