6.4 生活中的圆周运动（分层作业）【教学无忧】2021-2022学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）

6.4 生活中的圆周运动 【基础题组】 题组一 火车转弯 1. 近年来我国高速铁路发展迅速，现已知两轨间宽度为，内外轨高度差是，重力加速度为，如果机车要进入半径为的弯道，该弯道的设计速度最为适宜的是 A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 转弯中，当内外轨对车轮均没有侧向压力时，火车的受力如图， 由牛顿第二定律得：， ， 解得：故A正确，、、D错误。   2. 如图所示，铁路弯道处，铁轨的外轨要比内轨略高一些。火车按规定速率匀速通过弯道时，内，外轨对车轮皆无侧向压力。关于火车运动的向心力，下列说法正确的是 A. 火车运动速率不变，火车的向心力为零 B. 火车重力沿路基平面向下的分力，提供火车转弯的向心力 C. 内，外轨对火车支持力沿路基平面向下的分力，提供火车转弯的向心力 D. 火车所受重力与铁轨支持力的合力，提供火车转弯的向心力 【答案】D 【解析】 解：火车拐弯时，当内、外两侧铁轨所受轮缘对它们的压力均恰好为零，火车所受重力与铁轨支持力的合力，提供火车转弯的向心力，方向水平指向圆心，故ABC错误，D正确。 故选D。   3. 铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的，已知内外轨道对水平面倾角为如图，弯道处的圆弧半径为。若火车转弯速度为时，对内、外轨道侧向均没有挤压作用。下列正确的是 A. B. C. 若火车转弯时速度大于，则内轨对内侧车轮的轮缘有挤压 D. 若火车转弯时速度小于，则外轨对外侧车轮的轮缘有挤压 【答案】A 【解析】 火车的重力和轨道对火车的支持力的合力恰好等于需要的向心力时，内外轨内外侧车轮轮缘都没有挤压，有，此时火车的速度正好是，故A正确，B错误； C.当转弯的实际速度大于时，火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力，火车有离心趋势，故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，故C错误； D.若质量为的火车转弯时速度小于，重力和支持力的合力大于向心力，内轨就要对火车产生一个向外的力来抵消多余的力，所以此时内轨对内侧车轮轮缘有挤压，故D错误。 故选A。   题组二 汽车过桥 4. 如图，一辆装满货物的汽车在丘陵地匀速行驶，由于轮胎太旧，途中放了炮，你认为在图中、、、四处，放炮的可能性最大处是 A. 处 B. 处 C. 处 D. 处 【答案】D 【解析】 汽车经过丘陵的高处时，向心加速度向下，汽车处于失重状态，地面对汽车的支持力小于重力，而当汽车经过丘陵的低处时，向心加速度向上，汽车处于超重状态，地面对汽车的支持力大于重力，所以汽车经过图中、两处受到的支持力大于、两处受到的支持力，、两处容易放炮。 对于、两处，设汽车的质量为，凹陷处半径为，汽车速度大小为，则由牛顿第二定律得     得到地面的支持力，在汽车的速率不变时，半径越小，越大，越容易放炮。图中处半径比处半径小，则汽车在处最容易放炮。 故选D。   5. 有一河道的通车桥梁，桥面建筑成一定的圆弧形而非水平面，如图所示。若某一汽车行驶在桥面上，下列关于汽车过桥的说法正确的是 A. 若车辆安全通过圆弧形桥，在桥顶时处于超重状态 B. 若车辆安全通过圆弧形桥，车辆通过圆弧形桥顶时速度越大，对桥面的压力越小 C. 若车辆匀速率通过该桥桥顶，对桥面的压力大小等于车辆所受重力大小 D. 若圆弧形桥面的半径为，则车辆通过该桥顶的安全行驶速度可超过 【答案】B 【解析】 、小汽车做圆周运动，在最高点合力提供向心力，方向指向圆心，所以加速度方向竖直向下，汽车处于失重状态，故A错误，C错误； B、在最高点，根据向心力公式得：解得：，故车辆通过圆弧形桥顶时速度越大，对桥面的压力越小，故B正确； D、在最高点，根据向心力公式得：，当时，速度最大，，故D错误。 故选：。   6. 如图所示，当汽车通过拱桥顶点时速度为时，车对桥顶的压力为车重的，如果要使汽车在粗糙的桥面行驶至桥顶时不受摩擦力作用，则汽车通过桥顶的速度至少应为取    A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 根据牛顿第二定律得，，即 解得：。 当摩擦力为零时，支持力为零，有： ，解得故B正确，、、D错误。 故选B。   题组三 离心运动 7. 如图甲，滚筒洗衣机脱水时，衣物紧贴着滚筒壁在竖直平面内做顺时针的匀速圆周运动。如图乙一件小衣物随着滚筒经过、、、四个位置，小衣物中的水滴最容易被甩出的位置是 A. 位置 B. 位置 C. 位置 D. 位置 【答案】C 【解析】 衣物随滚筒一起做匀速圆周运动，它们的角速度是相等的， 在点：，解得 在点：其中为与圆心连线与竖直方向的夹角，解得 在点：，解得， 在点：其中为与圆心连线与竖直方向的夹角，解得， 可知衣物在位置与滚筒壁的挤压作用最大，脱水效果最好， C正确。   8. 家住公路拐弯处的李先生家在三个月内连续遭遇了七次大卡车侧翻在自家门口的