物理3.3 圆周运动的案例分析课时作业

这是一份物理3.3 圆周运动的案例分析课时作业，共13页。试卷主要包含了定义等内容，欢迎下载使用。

1．如图所示，为一在水平面内做匀速圆周运动的圆锥摆，如果忽略空气阻力，则摆球A的受________个力的作用；如果已知该摆的悬点到圆心间的距离为h，重力加速度为g，则该摆运动的周期的平方T2=_______。
2．如图所示为一带传动装置，右轮半径为r，a点在右轮的边缘上。左侧大轮的半径为4r，小轮的半径为2r。b点在小轮上，到小轮中心距离为r，c点和d点分别位于左侧小轮和大轮的边缘上。若在传动过程中传送带不打滑。则图中b．d两点的线速度大小之比为____________，周期之比为____________。
3．如图所示，有一个中心轴线竖直的锥形漏斗，内壁光滑，内壁上有两个完全相同的小球甲和乙，各自在不同水平面内做匀速圆周运动，则它们的运转周期________（选填“大于”“小于”或“等于”）；小球甲．乙运转所需的向心力________（选填“大于”．“小于”或“等于”）。
4．长0.5m的轻杆，一端连着质量0.5kg的小球，另一端绕过O点的水平固定轴在竖直平面内自由转动。当小球以2m/s的速率通过最高点时，受到轻杆的作用力为大小为____N，是______（选填“拉力”或“支持力”）。g=10m/s2。
5．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。

6．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_________________。
7．某同学设计了一个探究向心力的大小与角速度和半径之间关系的实验。选一根圆珠笔杆，取一根长的尼龙细线，一端系一个小钢球；另一端穿过圆珠笔杆，吊上若干质量相同的钩码，如图所示。调节尼龙细线，使小钢球距圆珠笔杆的顶口（笔尖部）的线长为。握住圆珠笔杆，并在该同学头部的上方尽量使小钢球稳定在一个水平面内做匀速圆周运动。
（1）为了让小球匀速圆周运动的向心力大小近似等于悬挂钩码的重力，应该保证圆珠笔杆的顶口尽量光滑，且笔尖上方的尼龙线尽可能水平，此时钩码的质量应该___________小球质量。
A．远小于 B．等于 C．远大于
（2）在满足上述条件的情况下，该同学做了如下实验：
①保持钩码个数不变，调节水平部分尼龙细线的长度为原来的4倍，此时钢球匀速圆周运动的频率应为原来的___________倍。
②保持水平部分尼龙细线的长度不变，改变钩码的个数，发现此时钢球匀速转动的频率为原来的2倍，此时钩码个数为原来的___________倍。
（3）在该实验中我们主要用到了物理学中的___________。
A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．演绎法
8．一根长为1m的细绳，一端固定于光滑水平面上的O点，另一端系一质量为的小球，使小球在水平面上绕O点做匀速圆周运动，运动速度为，则小球的加速度大小为__________，细绳的拉力大小为_________N．
9．一物体做匀速圆周运动的向心力为F，若它的线速度增大为原来的4倍，角速度增大为原来的2倍，则向心力变为_________F，向心力是按照力的_________（选填“效果”或“性质”）命名的．
10．在绝对光滑的水平路面上汽车可以转弯．（____）
11．一辆小车质量为1500 kg，分别以10 m／s的速度经过半径为50 m的拱形桥的最高点（如图甲）和凹形桥的最低点（如图乙）．g=10m／s2．在图甲中车对桥顶部的压力大小为________N，在图乙中车对桥底部的压力大小为_______N．
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.

13．一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）
14．一汽车以速度通过凸形桥的最高点，若车对桥的压力为车重的，则桥的半径为___________米，此时汽车处于___________（选填“超重”或“失重”）状态；当车速为___________时，车对桥面的压力恰好为零（g取）。
15．小杨做《用圆锥摆粗略验证向心力的表达式》的实验，细线下面悬挂一个钢球（可被视为质点），细线上端固定在铁架台上。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时正好位于圆心。用手带动钢球，设法使它沿纸上的某个圆周运动，如图。用秒表或手表记录钢球运动n周共用时t，用直尺测出钢球做匀速圆周运动的半径r，悬点O距桌面的高度h，用天平测出钢球的质量m。用g表示重力加速度。
(1)根据向心力公式，小球做匀速圆周运动所受向心力为Fn=_____。（用m．r．t．n表示）
(2)根据受力分析，小球所受合力F=_____。（用m．g．r．h表示）
(3)多次改变θ（不必测出），得到不同的h，重复以上测量，验证Fn=F。根据测出的数据发现，即，其比例系数k=_____。
16．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）
17．随着航天技术的发展，许多实验可以搬到太空中进行。飞船绕地球做匀速圆周运动时，无法用天平称量物体的质量。假设某宇航员在这种环境下设计了如图所示装置（图中为光滑的小孔）来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动，物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计。实验时测得的物理量有弹簧秤示数．圆周运动的周期和圆周运动的半径，则待测物体质量的表达式为________。
18．某物理小组的同学设计了一个测量当地重力加速度的方法。使小球自半圆形凹形桥侧面最高点由静止释放，测量小球通过最低点时测力计示数，进而进一步计算重力加速度。所用器材有：小球，压力式测力计，凹形桥模拟器（内壁较光滑）。
完成下列填空：
（1）为完成上述实验，还必须测量__________（填标号）。
A．小球质量 B．凹形桥半径 C．小球自释放至最低点时间
（2）根据实验和（1）问测量物理量，写出重力加速度的表达式___________；
（3）若测量的重力加速度总是偏小，请写出一条原因：________。
参考答案与试题解析
1．【答案】2
【解析】【来源】湖南省邵阳市隆回县2019-2020学年高一（下）期末物理试题
【分析】
【详解】
[1]小球只受重力和绳的拉力作用，二者合力提供向心力；
[2]根据牛顿第二定律可得
解得
2．【答案】
【解析】【来源】上海市黄浦区敬业中学2018-2019学年高一下学期期中考试物理试题
【详解】
[1][2]．因b．d两点是同轴转动，则角速度和周期相同，Tb :Td =1:1。根据v=ωr，因rd=4rb，则vb :vd =1:4。
3．【答案】大于 等于
【解析】【来源】山东省烟台市2020-2021学年高一（下）期中物理试题（等级考）
[1][2]设椎体顶角为2θ，则小球甲．乙运转所需的向心力
根据
可知甲的半径较大，则周期较大，大于。
4．【答案】1 支持力
【解析】【来源】四川省江油中学2019-2020学年高一（下）开学考试物理试题
【分析】
【详解】
当杆子在最高达作用力为零时，有
解得
知杆子表现为支持力，根据牛顿第二定律得
解得
5．【答案】圆心 圆心
【解析】
略
6．【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
7．【答案】C 0.5 4 C
【解析】【来源】安徽省卓越县中联盟 2020-2021 学年高一（下）期中联考物理试题
解：(1)[1]小球做匀速圆周运动的向心力大小近似等于悬挂钩码的重力，细绳的拉力与小球的重力的合力等于向心力，此时钩码的质量应该远大于小球的质量，尼龙绳容易处于水平，也便于小球的角速度增大，AB错误，C正确。
故选C。
(2)①[2]由题意可知
Mg=mω2r
圆周的半径r变成原来的4倍，其它条件不变，ω变成原来的0.5倍，由ω=2πf，解得频率f变成原来的0.5倍。
②[3]由ω=2πf可知，频率变成原来的2倍，角速度ω变成原来的2倍，小球的质量和小球的圆周半径都不变，由F向=mω2r可知，向心力变成原来的4倍，由平衡条件可得，钩码的个数变成原来的4倍。
(3)[4]实验中主要用到了物理学中的控制变量法，ABD错误，C正确。
故选C。
8．【答案】25 50
【解析】【来源】高中物理学业水平合格性考试复习测试卷四（匀速圆周运动)
【详解】
[1]．小球的加速度大小为
[2]．细绳的拉力大小为
．
9．【答案】8 效果
【解析】【来源】高中物理学业水平合格性考试复习测试卷四（匀速圆周运动)
【详解】
[1][2]．一物体做匀速圆周运动的向心力为F，根据可知，若它的线速度增大为原来的4倍，角速度增大为原来的2倍，则向心力变为8F；向心力是按照力的效果命名的．
10．【答案】×
【解析】【来源】衡水中学2020届高考一轮专题复习：第4章曲线运动与万有引力航天
【详解】
在绝对光滑的水平路面上汽车不受摩擦力作用，则没有力提供做圆周运动的向心力，则汽车不可以转弯，此说法错误．
11．【答案】1.2×1041.8×104
【解析】【来源】甘肃省庆阳市孟坝中学2017-2018学年高一下学期期末考试物理试题
【详解】
在图甲中，根据牛顿第二定律得：
解得支持力为：
根据牛顿第三定律知，图甲中车对桥顶部的压力大小为12000N．
在图乙中，根据牛顿第二定律得：
解得：
根据牛顿第三定律知，图乙中车对桥底部的压力大小为18000N．
【点睛】
解决本题的关键知道小车在最高点和最低点向心力的来源，结合牛顿第二定律进行求解.
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】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。
14．【答案】40 失重 20
【解析】【来源】山东省烟台市2019-2020学年高一（下)期中物理（合格考)试题
【分析】
【详解】
[1][2][3]汽车在凸桥最高点时，所受重力和桥面的支持力提供汽车圆周运动的向心力，由此可得
由牛顿第三定律知
代入解得
又
代入解得
因为是最高点，圆周运动的圆心在下方，即汽车所受合外力的方向竖直向下，加速度向下，此时汽车处于失重状态。当汽车对桥面压力为0时，即
代入解得
15．【答案】
【解析】
(1)[1]向心加的大小为
而运动周期
联立可得
(2)[2]合力指向匀速圆周运动的圆心，大小为
(3)[3]由于这两个力是一个力，因此
整理得
因此
16．【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）
17．【答案】
【解析】【来源】四川省绵阳南山中学2019-2020学年高一（下)期中物理试题
【分析】
【详解】
[1]弹簧秤的拉力等于物体做圆周运动的向心力，则
解得
18．【答案】A 小球滚动．空气阻力．轨道阻力等均可
【解析】【来源】2021届辽宁省高三（下）二轮复习联考物理试题（二）
(1)[1]若凹形桥内壁光滑，小球自释放到最低点机械能守恒
到达最低点
解得
因此不必测量半径．时间，需要测小球质量m。
(2)[2]计算得
(3)[3]产生误差的原因可能为凹形桥内壁不光滑，存在空气阻力，小球自身滚动等原因。
序号
1
2
3
4
5
M（kg）
1.80
1.75
1.85
1.75
1.90