内容正文:
假期作业11 向心加速度 向心力
现在有一种 叫 作“魔
盘”的 娱 乐 设 施,如 图 所
示.当转盘转动很慢时,人
会随着“魔盘”一起转动,当盘的速度逐渐增大
时,盘上的人便逐渐向边缘滑去,离转动中心
越远的人,这种滑动的趋势越明显,当“魔盘”
转动到一定速度时,人会“贴”在“魔盘”竖直壁
上而不会滑下.
(1)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动时,其角
速度是不变的. ( )
(2)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动时,其合
外力是不变的. ( )
(3)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动的向心加
速度与半径成反比. ( )
(4)随“魔盘”一起做匀速圆周运动时,人离“魔
盘”中心越远,人运动得越快. ( )
(5)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动,是因为
人受到了“魔盘”给人的向心力. ( )
(6)当“魔盘”转动到一定速度时,人会“贴”在
“魔盘”竖直壁上而不会滑下,此时的向心
力是由静摩擦力提供. ( )
◆[知识点一] 向心加速的理解
1.下列关于匀速圆周运动的说法,正确的是
( )
A.匀速圆周运动是一种平衡状态
B.匀速圆周运动是一种匀速运动
C.匀速圆周运动是一种匀变速运动
D.匀速圆周运动是一种速度和加速度都不
断改变的运动
2.(2024曲靖市期末)自行车靠一条链子将
两个齿轮连接起来,一辆自行车的齿轮转动
示意图如图所示,O1、O2 是自行车的两个转
动齿轮1和2的中心,A 和B 分别是齿轮1
和齿轮2边缘上一点,其中齿轮1上有一点
C,C点到齿轮1中心O1 的距离为齿轮1半
径的一半,则 ( )
A.A 点和B 点的线速度相同
B.B 点和C 点的向心加速度相等
C.B 点和C 点的向心加速度之比为4∶1
D.B 点和C 点的线速度大小之比为2∶1
3.(多选)如图所示为摩擦传
动装置,B 轮转动时带动A
轮跟着转动,已知转动过
程中轮缘间无打滑现象,
下述说法中正确的是 ( )
A.A、B 两轮转动的方向相同
B.A 与B 转动方向相反
C.A、B 转动的角速度之比为1∶3
D.A、B 轮缘上点的向心加速度之比为3∶1
4.(多选)如图所示,一个球绕中
心轴线OO′以角速度ω 做匀速
圆周运动,则 ( )
A.a、b两点线速度相同
B.a、b两点角速度相同
C.若θ=30°,则a、b两点的线速度之比va∶
vb= 3∶2
D.若θ=30°,则a、b两点的向心加速度之比
aa∶ab=2∶ 3
52
◆[知识点二] 向心力的理解
5.如图所示,一只老鹰在
水平面内盘旋做匀速圆
周运动,则关于老鹰受力的说法正确的是
( )
A.老鹰受重力、空气对它的作用力和向心
力的作用
B.老鹰受重力和空气对它的作用力
C.老鹰受重力和向心力的作用
D.老鹰受空气对它的作用力和向心力的
作用
6.(2024广雅中学期末)如图
所示,把一个原长为20cm,
劲度系数为360N/m 的弹
簧一端固定,作为圆心,弹簧的另一端连接
一个 质 量 为 050kg 的 小 球,当 小 球 以
360
π r
/min的转速在光滑水平面上做匀速圆
周运动时,弹簧的伸长量应为 ( )
A.52cm B.53cm
C.50cm D.54cm
7.有一个惊险的杂技节目
叫“飞车走壁”,杂技演员
骑摩托车先在如图所示
的大型圆筒底部做速度较小、半径较小的圆
周运动,通过逐步加速,圆周运动的半径逐
步增大,最后能以较大的速度在竖直的壁上
做匀速圆周运动,这时使车子和人整体做匀
速圆周运动的向心力是 ( )
A.圆筒壁对车的静摩擦力
B.筒壁对车的弹力
C.摩托车本身的动力
D.重力和摩擦力的合力
8.(2024张家口市高一月考)如图所示,用手
掌平托一苹果,保持这样的姿势在竖直平面
内按顺时针方向做匀速圆周运动,C 为轨迹
最高点,a、b、c、d 为圆轨迹的四等分点.关
于苹果的运动,下列说法正确的是 ( )
A.苹果在最高点c时所受到的支持力大于
对手的压力
B.苹果在b位置和d 位置时受到的弹力
相同
C.苹果在b位置和d 位置时受到的摩擦力
相同
D.苹果在运动过程中所受合外力不变
9.如图所示,圆形玻璃平板半径为r,一质量
为m 的小木块放置在玻璃板的边缘.随玻
璃板一起绕圆心O 在水平面内做匀速圆周
运动,玻璃板转动的周期为T,求:
(1)木块的角速度大小;
(2)木块的线速度大小;
(3)木块所受摩擦力的大小.
62
1.(2024怀化市湖天中学高二学业考试)某
人站在一平台上,用长L=06m 的轻细线
拴一个质量为m=06kg的小球,让它在竖
直平面内以O 点为圆心做圆周运动,最高
点A 距地面高度为32m,当小球转到最高
点A 时,人突然松手,小球被水平抛出,落
地点B 与A 点的水平距离BC=48m,不
计空气阻力,g=10m/s2.求:
(1)小球从A 到B 的时间;
(2)小球离开最高点时的速度大小;
(3)人松手前小球运动到A 点时,绳对小球
的拉力大小.
2.如图所示,杆OO′是竖直放置
的转轴,水平轻杆BC 的长为
L,B 端通过铰链与轴相连(它
们之间无摩擦),C 端固定小
球P,细线AC 的一端固定在
轴上的A 点、另一端连在小球P 上.已知小
球的质量为m,细线AC与轴的夹角为θ,重
力加速度为g.求:
(1)当系统处于静止状态时,杆BC 对小球
的弹力F1 的大小.
(2)当轻杆BC 对小球的弹力为零时,系统
转动角速度ω的大小和细线上的弹力F2 的
大小;并据此判断当ω变化时细线上的弹力
大小是否变化.
72
=L=gT2,得T= Lg =
0.009
10 s=0.03s
;(3)平抛运动的
初速度v0=
2L
T =
2×0.009
0.03 m
/s=0.6m/s;(4)设b点竖直
方向的分速度vy,则vy=
L+2L
2T =
3×0.009
0.06 m
/s=0.45m/s,
则从抛出点到b点所经历的时间是t=vyg =0.045s.
答案:(1)相等 (2)0.03 (3)0.6 (4)0.045
素养培优
1.解析:石子做平抛运动,落到水面时竖直方向有vy2=2gh,
解得vy= 2gh,又由题意可知
vy
v0
≤tanθ,则初 速 度v0≥
2gh
tanθ
,即抛出时的最小速度为 2gh
tanθ.
答案: 2gh
tanθ
2.解析:(1)设小球从P 点运动到木桶左上沿的时间为t1、运
动到桶的底角的总时间为t2,由平抛运动的规律有:从P 点
运动到木桶上沿过程中有:
h1-h0=
1
2gt
2
1 ①
x=v0t1 ②
从P 点运动到桶的底角过程中有
h1=
1
2gt
2
2 ③
由几何知识有x+d=v0t2 ④
由①~④式并代入数据可得
h1=1.25m,v0=2.0m/s.
(2)设小球运动到桶的左侧上沿时速度大小为v1,与水平方
向的夹角为θ,如图所示,由平抛运动的规律有:竖直方向的
速度
vy=gt1 ⑤
此时小球的速度
v1= v2y+v20 ⑥
tanθ=vyv0
⑦
由⑤⑥⑦式及(1)中的计算结果可得
v1=2 5m/s,tanθ=2
答案:(1)1.25m 2.0m/s (2)2 5m/s 2
假期作业10
情景辨析
(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
技能提升
1.BCD [速度是矢量,匀速圆周运动的速度方向不断改变;速
率、转速都是标量,匀速圆周运动的速率、转速不变;角速度
也是矢量,在中学阶段不讨论角速度的方向,角速度方向不
变.综上B、C、D正确.]
2.A [两位运动员过弯道时,同时进入弯道同时出弯道,故两
位运动员绕弯道运动的角速度相同,由于外道的运动员的轨
道半径较大,由v=ωr知外道运动员的线速度较大,即ω1=
ω2,v1<v2,A正确,B、C、D错误.]
3.B [由题意知甲、乙两物体的角速度之比ω1∶ω2=60°∶45°
=4∶3,故两物体的线速度之比v1∶v2=ω1r∶ω22r=2∶3,
B项正确.]
4.AD [大轮与小轮靠摩擦传动,且两轮没有相对滑动,则可
知A、B 两点的线速度大小相等,根据v=ωr,可知它们的角
速度跟半径成反比,故 A正确,B错误;A、C 两点同轴转动,
它们的角速度相同,根据v=ωr,可知它们的线速度大小跟
半径成正比,故 C错误,D正确.]
5.AD [A、B 分别是同一转轴上两个轮子边缘上的点,它们
的角速度相同,A 对;由v=ωr得,vA∶vB=r∶R=1∶2,B
错;B、C为与皮带相连的两轮子边缘上的点,它们的线速度
大小相 等,故 D 对;由v=ωr得,ωB ∶ωC =r′∶R=2∶3,
C错.]
6.AC [齿轮的转速与齿数成反比,所以B 齿轮的转速:n2=
z1
z2
n1,故 A 项正确,B项错误;齿轮 A 边缘的线速度:v1=
ω1r1=2πn1r1,齿轮B 边缘的线速度:v2=ω2r2=2πn2r2,因
两齿 轮 边 缘 上 点 的 线 速 度 大 小 相 等,即:v1 =v2,所 以:
2πn1r1=2πn2r2,即 两 齿 轮 半 径 之 比:r1 ∶r2 =n2 ∶n1 =
z1∶z2,故 C项正确,D项错误.]
7.A [自行车的链条不打滑,链轮A 边缘的线速度与飞轮C
边缘的线速度大小相等,根据公式v=ωr,半径关系为rA:rC
=ωC∶ωA =3∶1,故 A 项正确;飞轮C 的角速度与后轮B
的角速度相同,根据公式v=ωr,rB∶rC=vB∶vC=12∶1,故
B项错误;飞轮C角速度与后轮B 角速度相同,所以ωA∶ωB
=ωA∶ωC=1∶3,故 C项错误;链轮A 边缘的线速度与飞轮
C 边缘的线速度大小相等,所以vA∶vB=vC∶vB=1∶12,故
D项错误.]
8.C [A、B 通过链条传动,A 的线速度等于B 的线速度,故 A
错误;飞轮与后车轮共轴,B 的角速度等于C 的角速度,故 B
错误;由v=ωr及rA=2rB 可得2ωA=ωB=ωC,则A 转动一
圈,C转动2圈,故 C 正确;由vA =ωArA =vB =ωBrB,vC =
ωBrC,仅将链条从飞轮2挡调 到1挡,飞 轮 半 径 变 大,ω 变
小,则vC 变小,即后轮速度变小,故 D错误.]
9.C [根据齿轮传动的特点可知,A、B 两点的线速度大小相
等,方向不同,B错误;由v=rω知,线速度大小相等时,角速
度和半径成反比,A、B 两点的转动半径不同,因此角速度不
同,A错 误;B 点 和C 点 的 线 速 度 大 小 相 等,由v=rω=
2πnr可知,B 点和C 点的转速之比 为nB ∶nC =rC ∶rB,
rB=R2,rC=1.5R2+2R2=3.5R2,故nB ∶nC =7∶2,C 正
确;根据 v=rω=2πrT
可 知,TA ∶TC =rA∶rC =3∶7,
D错误.]
素养培优
1.解析:(1)从题图可知滚轮的转动方向为逆时针.
(2)开始缠绕时速度最小vmin=ωr1
其中ω=2πn=2π×3060rad
/s=πrad/s
vmin=ωr1=π×0.2m/s=0.2πm/s
缠满时速度最大vmax=ωr2=π×0.8m/s=0.8πm/s.
(3)由于电缆线的缠绕速度逐渐增大,因此从开始缠绕到缠
绕长度为电缆线长度一半时所用时间要大于t
2.
答案:(1)逆时针 (2)0.8πm/s 0.2πm/s (3)见解析
2.解析:小球在竖直方向做自由落体运动,所以小球在桶内的
运动时间为t= 2hg
,在水平方向,由圆周运动的规律,得到t
=n×2πRv0
(n=1,2,3),所以v0=
2nπR
t =nπR
2g
h
(n=1,
2,3).
答案:nπR 2gh
(n=1,2,3)
假期作业11
情景辨析
(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
技能提升
1.D [匀速圆周运动的加速度大小不变,方向时刻改变,是变
量,故匀速圆周运动是变加速运动.匀速圆周运动的速度时
27
刻改变,这里“匀速”的含义是“匀速率”,并非匀速运动,做匀
速圆周运动的物体的运动状态也在时刻改变并非处于平衡
状态.]
2.D [A 点和B 点是链条传动,线速度大小相等,方向不同,
故 A错误;A 点 和C 点 是 同 轴 转 动,角 速 度 相 同,即ωA =
ωC,根据v=ωr,可得
vA
vC
= rω1
2rω
=21
,因为vA=vB,所以vB
∶vC=2∶1,故 D 正确;因为两齿轮的半径关系未知,无法
比较B、C两点向心加速度的大小,故B、C错误.]
3.BC [A、B 两轮属齿轮传动,A、B 两轮的转动方向相反,A
错,B对.A、B 两轮边缘的线速度大小相等,由ω=vr
知,
ω1
ω2
=
r2
r1
=13
,C对.根据a=vr
得,a1
a2
=
r2
r1
=13
,D错.]
4.BC [a、b两点绕同轴转动,角速度相同,由于半径不同,线
速度不同,v=ωr,va∶vb=ra∶rb=
3
2R∶R= 3∶2
,
a=ω2r,aa ∶ab =ra ∶rb = 3∶2.所 以 A、D 错 误,B、C
正确.]
5.B [老鹰在空中做圆周运动,受重力和空气对它的作用力
两个力的作用,两个力的合力充当它做圆周运动的向心力.
但不能说老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力三个力的
作用.选项B正确.]
6.C [小球转动的角速度ω=2πn=12rad/s,弹簧的弹力为小
球做圆周运动提供向心力,即kx=mω2(x0+x),解得x=
mω2x0
k-mω2
=0.5×12
2×0.2
360-0.5×122
m=005 m=50cm,选 项 C
正确.]
7.B [竖直的壁上的摩托车只受三个力作用,其中竖直方向
上重力与摩擦力是一对平衡力,水平方向上的筒壁对车的弹
力提供了车子和人整体做匀速圆周运动的向心力,B正确.]
8.B [苹果在最高点c时所受到的支持力和苹果对手的压力
是作用力和反作用力,大小相等,A 错误;苹果在b位置和d
位置时受到的弹力大小相等,方向均竖直向上;受到的摩擦
力大小相等,方向相反,B正确,C错误;苹果做匀速圆周运
动,合力大小不变,方向一直在变化,D错误.]
9.解析:(1)木块的角速度ω=2πT.
(2)木块的线速度为v=ωr=2πrT .
(3)摩 擦 力 提 供 木 块 做 圆 周 运 动 所 需 的 向 心 力,
则f=4π
2mr
T2
.
答案:(1)2πT
(2)2πrT
(3)4π
2mr
T2
素养培优
1.解析:(1)小球从A 点飞出后做平抛运动,竖直方向满足h=
1
2gt
2,解得t=08s.
(2)小球离开最高点时的速度大小为v0=
BC
t =6m
/s.
(3)人松手前小球运动到A点时,对小球由牛顿第二定律得FT
+mg=m
v20
L
,代入数据解得绳对球的拉力大小为FT=30N.
答案:(1)08s (2)6m/s (3)30N
2.解析:(1)当系统处于静止状态时,小球受重力、拉力和BC
杆的弹力处于平衡,根据平衡知
F1=mgtanθ
(2)当 轻 杆 BC 对 小 球 的 弹 力 为 零
时,小球靠重力和拉力的合力提供向
心力,根据牛顿第二定律得 mgtanθ
=mω2L
解得:ω= gtanθL
在 竖 直 方 向 上 小 球 合 力 为 零,有
F2cosθ=mg
解得:F2=
mg
cosθ
当角速度增大时,由于小球竖直方向上的合力为零,则细线
上的弹力不变.
答案:(1)mgtanθ (2) gtanθL
mg
cosθ ω
变化时细线上
的弹力大小不变
假期作业12
情景辨析
(1)√ (2)√ (3)√ (4)√
技能提升
1.AB [分析两球的受力,可知重力、弹力相等,向心力也相
等,选项 D错误.向心力Fn=m
v2
r
,A 小球对应的半径大,
则其线速度也较大,选项 A 正确.向心力Fn=mrω2,A 小球
对应的半径大,则其角速度较小,选项 B正确.向心力Fn=
mr 2πT( )
2
,A 小 球 对 应 的 半 径 大,则 其 周 期 较 大,选 项 C
错误.]
2.C [依题意,当内、外轨均不会受到轮缘的挤压时,由重力
和支持力的合力提供向心力,有mgtanθ=man=m
v2
r
,解得
火车的向心加速度大小及该弯道的半径为an=gtanθ,r=
v2
gtanθ
,即v= grtanθ,显然规定的行驶速度与火车质量无
关,故 A、B、D正确;当火车速率大于v时,重力与支持力的
合力不足以提供火车所需向心力,则外轨将受到轮缘的挤
压,故 C错误.]
3.B [飞鸟做圆周运动,受到的合力提供向心力,则F=mv
2
R
,
故合力为mv
2
R
,故B项正确.]
4.C [水处于失重状态,仍然受到重力作用,这时水受的合力
提供向心力,使水做圆周运动.]
5.C [由分析知,小球在运动过程中合力不可能一直指向圆
心,所以不可能做匀速圆周运动,故 A 错误;因为在最高点
圆形管道内壁能提供支持力,所以通过最高点时的最小速度
为0,故B错误;小球通过最低点时由重力和弹力的合力提
供向心力,向心力方向向上,则小球受到的弹力方向也向上,
故 C正确;在 下 半 圆 运 动 时,只 受 到 外 侧 管 壁 弹 力,故 D
错误.]
6.ACD [小球在c点时由牛顿第二定律得:mg=
mv2c
R
,vc=
gR,A项正确;小球在c点具有速度,它将做平抛运动,并
非做自由落体运动,B错误.小球由c点平抛,在平抛运动过
程中由运动学公式得:x=vct,2R=
1
2gt
2.解得t=2 Rg
,D
项正确;x=2R,C项正确.]
7.解析:(1)小汽车在最高点
mg-FN=m
v2
R
37