高中沪科版 (2019)3.3 圆周运动的案例分析课时作业

这是一份高中沪科版 (2019)3.3 圆周运动的案例分析课时作业，共12页。


2．如图所示， 细绳的一端固定于O点，另一端系一小球，在O点正下方钉一个钉子A，小球从一定高度摆下，当细绳与钉子相碰时，钉子的位置越靠近小球，则小球的向心加速度___________（填“越大”或“越小”），绳子越_________断（填“容易”或“不容易”）。
3．火车转弯速率小于规定的数值时，内轨受到的压力会增大．（____）
4．张华同学用如图所示装置测量玩具电动汽车前轮的转速和前轮边缘的向心加速度的大小，已知永久磁铁每经过传感器一次，传感器就输出一个电压脉冲，计数器显示的数字就增加1.
（1）已有玩具电动汽车．电源．传感器．计数器．永久磁铁等仪器，要完成测量，还需要的测量仪器是___________．___________。
（2）把永久磁铁粘在前轮的边缘让前轮匀速转动，从计数器第一次显示数字开始计时，当计数器上显示的数字为N时，记录的时间为t，测量出前轮的半径为r。玩具电动汽车前轮转速表达式n=___________．前轮边缘向心加速度大小的表达式a=___________。（用字母N．t．r表示）
5．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。
6．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________。
7．如图所示，用细线拴住一个质量为的小球，使小球在水平面内做半径为的匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为，重力加速度为，细线的拉力大小为___________。小球的角速度为___________。
8．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：________。
9．如图所示是上海锦江乐园中的“摩天轮”，它高，直径为，每次可乘坐378人，每转一圈.摩天轮转动时，某一轿厢内坐有一位游客，则该游客随轮一起匀速转动的周期为________s，线速度大小为_______.
10．一个做匀速圆周运动的物体，如果保持半径不变而转速增加到原来的2倍，所需向心力就比原来的大3N，则物体以原来转速转动时的向心力为____________________．

11．图甲是利用激光测转速的原理示意图，图甲圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。当圆盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来（如图乙所示），取。
（1）若图乙中示波器显示屏横向的每大格（含有5等分小格）对应的时间为，则圆盘的转动周期______，转速______；
（2）若测得圆盘半径为，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为______。
12．汽车顶棚上拴着一根细绳，细绳下端悬挂一小物体，当汽车在水平地面上以10 m/s的速度匀速向右转弯时，细绳偏离竖直方向30°，则汽车转弯半径为__________。（g取10 m/s2）
13．人造卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，所以在这种环境中已无法用天平称量物体的质量。为了在这种环境测量物体的质量，某科学小组设计了如图所示的装置（图中O为光滑的小孔）：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动。设卫星中具有基本测量工具。
(1)实验时物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计，原因是___________；
(2)实验时需要测量的物理量有：圆周运动周期T．___________及___________；
(3)待测质量的表达式为m=___________。（用上小题中的物理量表示）
14．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____________。
15．运用纳米技术可以制造出超微电机。一家英国超微研究所宣称其制造的超微电机转子的直径只有30μm，转速却高达每分钟2000转，由此可估算位于转子边缘的一个质量为1.0×10-26kg的原子的向心加速度大小为________m/s2，受到的向心力大小为________N。结果保留两位有效数字
16．电动平衡车，又叫体感车．思维车．摄位车等，是现代人用来作为代步工具．休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物，两轮电动平衡车采用两个轮子支撑，蓄电池供电，无刷电机驱动，加上单片机控制，姿态传感器采集角速度和角度信号，共同协调控制车体的平衡，仅仅依靠人体重心的改变便可以实现车辆的启动．加速．减速．停止等动作。
某学校物理兴趣小组的同学学习了圆周运动知识后，想到可以使用学到的知识测量平衡车的速度并进行相关实验，他们带着一辆车轮半径为的平衡车和一辆车轮半径为的自行车到了学校操场上，在平衡车车轮和自行车车轮上固定可测量圈数的传感器。
第一次实验，A同学驾驶平衡车在操场跑道上做匀速直线运动，其他同学测出了在T的时间内平衡车车轮转过的圈数为N，则平衡车车轮的角速度为__________；
第二次实验，A同学驾驶平衡车，B同学骑自行车，都匀速骑行，在相同时间内平衡车转过的圈数是自行车转过的圈数的三倍，则平衡车与自行车前进速度大小之比为_______；
第三次实验，A同学驾驶平衡车，B同学骑自行车，两同学同时从百米跑道起点出发，又同时到达百米终点，则平衡车与自行车车轮边缘上平均向心加速度大小之比为_______。
17．一个被细绳拉住的小球，在光滑水平面上做匀速圆周运动，圆心为。在运动过程中，细绳被固定在光滑平面上的一枚铁钉挡住，如图所示这时小球的线速度________，角速度________，加速度________，细绳的拉力________。（填变大．变小．不变）
18．飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧，如图所示，飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近做半径为的圆周运动，如果飞行员质量，飞机经过最低点时的速度。（取）则这时飞行员对座椅的压力是___________。方向___________。
参考答案与试题解析
1．【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.
2．【答案】越大 容易
【解析】
[1][2]细绳与钉子相碰前后线速度大小不变，根据牛顿第二定律得
解得
钉子越靠近小球，半径越小，则小球的向心加速度越大，细绳拉力越大，绳越容易断。
3．【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】
火车转弯速率小于规定的数值时，向心力减小，则内轨受到的压力会增大，此说法正确．
4．【答案】秒表 刻度尺
【解析】【来源】辽宁省本溪市本溪县高级中学2020-2021学年高一（下）4月物理试题
（1）[1][2]本实验的测量步骤是：把永久磁铁粘在玩具电动汽车前轮的边缘，让前轮匀速转动，用秒表记下所用时间t，从计数器上读出所记录的数字N，则前轮转过的圈数为N-1，最后用刻度尺测量出前轮的半径r。因此还需要的仪器是秒表和刻度尺。
（2）[3]转速是指单位时间内物体做圆周运动的次数，则玩具电动汽车前轮转速表达式为
[4]前轮边缘向加速度大小的表达式为
5．【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
6．【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
7．【答案】
【解析】【来源】吉林省长春市希望高中2020-2021学年高一（下）第一学程质量测试物理试题
[1]对小球受力分析可知细线的拉力大小为
[2]由牛顿第二定律
解得
8．【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。
9．【答案】1500 0.21
【解析】【来源】第四部分期中期末卷高一年级第二学期期中基础测试卷
【详解】
[1]．根据题意可知，周期
T=25×60=1500s
[2]．线速度为
10．【答案】1N
【解析】
【分析】
【详解】
转速以转每秒为单位时与频率以赫兹为单位时的数值相等．由于ω=2πf，即ω∝f，则ω∝n，则每秒钟转数变为原来的2倍时角速度增加为原来的2倍，即ω1=2ω2．根据向心力公式得：F1=mω12r，当角速度为原来的2倍时有：F2=mω22r．F2-F1=3N联立解得：F1=1N．
11．【答案】
【解析】【来源】重庆市万州区外国语学校2020-2021学年高一（下）3月考物理试题
(1)[1][2]显示屏横向的每大格（含有5等分小格）对应的时间为，则1格对应的时间为，由图可知，圆盘转动一周在横轴上显示20小格，所以圆盘转动的周期为
圆盘转动的转速为
(2)[3]圆盘侧面反光涂层的长度约为圆盘周长的，则有
12．【答案】17.3 m
【解析】
[1]此题为火车转弯模型，因此有公式
mgtanθ＝m
解得
R＝＝＝10＝17.3 m
13．【答案】 (1). 物体处于完全失重状态，物体与桌面之间没有弹力，没弹力必无摩擦力。 (2). 弹簧秤的示数F (3). 圆周运动的半径R (4).
【解析】
【分析】
【详解】(1)[1]物体处于完全失重状态，物体与桌面之间没有弹力，没弹力必无摩擦力。
(2)[2][3]弹簧的弹力提供物体做圆周运动的向心力，有
可得物体的质量为
从最终的表达式能看出需要测量的物理量：弹簧秤的示数F．圆周运动的半径R．圆周运动的周期T（或n周的时间t）。
(3)[4]待测质量的表达式为

14．【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。
15．【答案】1.0m/s2 1.0×10-26N
【解析】
[1]根据向心加速度公式可得
[2]向心力为
F=ma=1.0×10-26×1=1.0×10-26N
16．【答案】
【解析】【来源】山东省新高考2020-2021年高一（下）4月测评物理试题
[1]第一次平衡车的角速度

[2]第二次在相同时间内平衡车转过的圈数是自行车转过的圈数的三倍，则平衡车车轮的角速度是自行车车轮角速度的3倍，根据v=ωr可知，平衡车与自行车前进速度大小之比为

[3]第3次平衡车和自行车车轮边缘的线速度相同，根据
可知，平衡车与自行车车轮边缘上平均向心加速度大小之比为
17．【答案】不变 变大 变大 变大
【解析】【来源】上海市黄浦区敬业中学2020-2021学年高一（下）期中物理试题
[1]细线被钉子挡住后，小球的线速度不变；
[2]根据
v=ωr
可知，转动半径减小，则角速度变大；
[3][4]根据
a=ωv
可知，加速度变大，细绳的拉力
T=ma
变大。
18．【答案】 竖直向下
【解析】【来源】江西省吉安市吉安县三校2020-2021学年高一（下）期中物理试题
[1][2]飞机经过最低点时对飞行员受力分析得
FN－mg＝m
解得
FN＝mg＋m＝5400 N
由牛顿第三定律得飞行员对座椅的压力为5400N，方向竖直向下。