第02讲 向心力（分层练习）-【上好课】2024-2025学年高一物理同步精品课堂（人教版2019必修第二册）

第02讲 向心力 1．物体做匀速圆周运动时，下列说法正确的是（　　） A．物体所受合力必须等于零 B．物体所受合力的大小不变，方向不断改变 C．物体所受合力的大小可能变化 D．物体所受合力不变 2．关于向心力，下列说法中正确的是（　　） A．物体由于做圆周运动而产生一个向心力 B．向心力不改变物体做圆周运动的速度大小 C．做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力 D．做一般曲线运动的物体所受的合力即为向心力 3．如图所示，一圆盘可绕过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块（视为质点），它随圆盘一起做匀速圆周运动。关于木块的受力，下列说法正确的是（　　） A．受重力、支持力和向心力 B．所受摩擦力的方向指向圆心 C．所受合力为零 D．所受摩擦力的方向与木块运动的方向相反 4．如图所示，细线上端系在天花板上，下端悬挂小球在水平面内做匀速圆周运动。不计空气阻力，关于小球的受力，下列说法正确的是（　　） A．小球受重力和向心力的作用 B．小球受重力和轻绳拉力的作用 C．小球受轻绳拉力和向心力的作用 D．小球受重力、轻绳拉力和向心力的作用 5．如图所示，在洗衣机竖直圆桶内，有一件衣服贴着内壁随圆桶先以一定的角速度做匀速圆周运动，后以更大的角速度做匀速圆周运动，则角速度增大后（　　） A．衣服受重力、弹力、摩擦力、向心力的作用 B．衣服受到的弹力增大，摩擦力不变 C．衣服受到的弹力和摩擦力均增大 D．衣服受到的弹力和摩擦力均减小 6．某同学用如图所示的向心力演示器探究F与ω的关系。在两小球质量和转动半径相等时，标尺上的等分格显示得出两个小球A、B所受向心力的比值为1∶4，结合圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为（　　） A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1 7．如图所示，在地面上做感受向心力实验时，不可伸长的轻绳一端固定于O点，另一端系一沙袋，使其在水平面内做匀速圆周运动，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。若将此实验放在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室中进行，则下列说法正确的是（　　） A．沙袋圆周运动的轨迹可以处于任意平面 B．手提供的拉力大小时刻发生变化 C．若保持半径不变，减小旋转周期，手提供的拉力增大 D．若保持半径不变，减小沙袋速度，手提供的拉力增大 8．质量为的小球用长为的轻质细线悬挂在点，在点的正下方处有一光滑小钉子，把细线沿水平方向拉直，如图所示，无初速度地释放小球，当细线碰到钉子的瞬间（瞬时速度不变），设细线没有断裂，则下列说法正确的是（    ） A．小球的角速度突然增大 B．小球的角速度突然减小 C．小球对细线的拉力保持不变 D．小球对细线的拉力突然增大 9．杂技表演“飞车走壁”的演员骑着摩托车飞驶在的圆锥形筒壁上，筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，演员和摩托车的总质量为m，先后在A、B两处紧贴着内壁水平面内做匀速圆周运动，其模型可简化为光滑的小球靠初速度在如图的锥桶上分别沿图中虚线所示的A、B水平圆面上做匀速圆周运动，则（    ） A．A处的角速度大于B处的角速度 B．A处的线速度大于B处的线速度 C．A处的向心力大于B处的向心力 D．A处对筒的压力等于B处对筒的压力 10．如图所示，一轻质软杆下端固定在水平地面上，上端连接一质量为的小球（视为质点），小球在水平面内做半径为、线速度大小为的匀速圆周运动。不计空气阻力。下列说法正确的是（    ） A．小球所受的合力大小为 B．小球所受杆的弹力大小为 C．小球受到重力和杆对球的弹力两个力的作用 D．小球受到重力、杆对球的弹力和向心力三个力的作用 11．有一个杂技节目叫“笼中飞车”，演员骑着摩托车在一个固定封闭的球形大铁笼中高速骑行，若我们把演员与摩托车看成质点P，其质量为m。演员在虚线水平圆周上以角速度ω做匀速圆周运动，O1为铁笼的球心，O2为虚线轨道的圆心，O1P与竖直方向的夹角为θ，且此时刚好无横向摩擦力（横向即垂直于摩托车前进方向），则正确的是（    ） A．演员与摩托车的向心力指向O1 B．演员与摩托车的向心力指向O2 C．演员与摩托车的向心力大小为mgtanθ D．摩托车受重力，弹力和向心力的作用 12．如图，在水平转台上放置有质量相同的滑块P和Q（可视为质点），它们与转台之间的动摩擦因数相同，P与转轴OO'的距离为r1，Q与转轴OO'的距离为r2，且r1<r2，转台绕转轴OO'以角速度ω匀速转动，转动过程中，两滑块始终相对转台静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（　　） A．滑块P和Q均受到四个力作用 B．P所受到的摩擦力小于Q所受到的摩擦力 C．若角速度ω缓慢增大，P一定比Q先开始滑动 D．若角速度ω缓慢增大，Q一定比P先开始滑动 13．荡秋千可简化为以下物理模型，轻绳固定悬点为O，长为L且不可伸长，轻绳拴连质量为m的小球，小球从左往右摆动，摆动到最低点时速度为v，不计阻力，重力加速度为g。下列选项正确的是（　　） A．小球在最低点时，轻绳的弹力为 B．小球所受重力和弹力的合力提供向心力 C．小球从最低点向右侧摆动的过程中，轻绳的弹力逐渐减小 D．小球从左往右摆动过程中，摆到最低点时轻绳的弹力最大 14．如图所示，竖直放置的光滑圆环、圆心为O，半径为R。轻质细绳一端固定在圆环的最高点，另一端连接一质量为M且套在圆环上的小球，静止时细绳与竖直方向的夹角为30°。现让圆环绕过圆心O的竖直轴以角速度匀速转动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（　　） A．若细绳拉力为零，则 B．若细绳拉力为零，则 C．若圆环对小球的弹力为零，则 D．若圆环对小球的弹力为零，则 15．如图所示，一个大小可忽略、质量为的模型飞机，在距水平地面的高度为的水平面内以速率绕圆心做半径为的匀速圆周运动，为圆心在水平地面上的投影，某时刻该飞机上有一个小螺丝掉离飞机，不计空气对小螺丝的作用力，重力加速度大小为。下列说法正确的是（    ） A．空气对模型飞机的作用力大小为 B．空气对模型飞机的作用力大小为 C．小螺丝落地点与点的距离为 D．小螺丝落地点与点的距离为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第02讲 向心力 1．物体做匀速圆周运动时，下列说法正确的是（　　） A．物体所受合力必须等于零 B．物体所受合力的大小不变，方向不断改变 C．物体所受合力的大小可能变化 D．物体所受合力不变 【答案】B 【详解】A．物体做匀速圆周运动时，需要物体受到的合力提供向心力，因此物体所受合力不等于零，A错误； B．物体所受合力一直与速度方向垂直，速度大小不变，可方向时刻在改变，所以合力方向时刻在改变，B正确； C．因为物体做匀速圆周运动时，所受合力一直与速度方向垂直，合力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以当速度大小不变时，所受合力大小不变，C错误； D．物体所受合力的大小不变，方向时刻改变，物体所受合力是变力，D错误。 故选B。 2．关于向心力，下列说法中正确的是（　　） A．物体由于做圆周运动而产生一个向心力 B．向心力不改变物体做圆周运动的速度大小 C．做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力 D．做一般曲线运动的物体所受的合力即为向心力 【答案】B 【详解】A．物体做圆周运动就需要有向心力，向心力是由外界提供的，不是物体本身产生的，故A错误； B．向心力方向总是与速度方向垂直，不能改变速度的大小，但改变速度的方向，故B正确； C．做匀速圆周运动的物体的向心力是大小不变，方向时刻指向圆心不断改变，所以是变力，故C错误； D．做一般曲线运动的物体的合力通常可分解为切向分力和法向分力，只有做匀速圆周运动的物体才由所受的合外力提供向心力，故D错误。 故选B。 3．如图所示，一圆盘可绕过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块（视为质点），它随圆盘一起做匀速圆周运动。关于木块的受力，下列说法正确的是（　　） A．受重力、支持力和向心力 B．所受摩擦力的方向指向圆心 C．所受合力为零 D．所受摩擦力的方向与木块运动的方向相反 【答案】B 【详解】A．对木块进行受力分析可知，木块受重力、支持力和摩擦力的作用，由于向心力为效果力，需要其它力来提供，不能说物体受到向心力，故A错误； BCD．在竖直方向上，木块受到的重力和支持力为平衡力。在水平方向上，由于木块有沿半径向外滑动的趋势，摩擦力方向指向圆心，由摩擦力提供木块做圆周运动的向心力，因此木块所受合力不为零，故B正确，CD错误。故选B。 4．如图所示，细线上端系在天花板上，下端悬挂小球在水平面内做匀速圆周运动。不计空气阻力，关于小球的受力，下列说法正确的是（　　） A．小球受重力和向心力的作用 B．小球受重力和轻绳拉力的作用 C．小球受轻绳拉力和向心力的作用 D．小球受重力、轻绳拉力和向心力的作用 【答案】B 【详解】由题意可知，小球受到重力和轻绳的拉力作用，因此小球重力与轻绳拉力的合力提供向心力，使小球在水平面内做匀速圆周运动。故选B。 5．如图所示，在洗衣机竖直圆桶内，有一件衣服贴着内壁随圆桶先以一定的角速度做匀速圆周运动，后以更大的角速度做匀速圆周运动，则角速度增大后（　　） A．衣服受重力、弹力、摩擦力、向心力的作用 B．衣服受到的弹力增大，摩擦力不变 C．衣服受到的弹力和摩擦力均增大 D．衣服受到的弹力和摩擦力均减小 【答案】B 【详解】A．向心力是效果力，可以由单个力充当，也可以由其他力的合力提供，或者由某个力的分力提供，不是性质力，因此，衣服受重力、弹力和摩擦力的作用，故A错误； BCD．衣服做匀速圆周运动，合力指向圆心，对衣服（可看成质点）受力分析如图所示 可知衣服的重力与摩擦力平衡，即根据弹力提供向心力有可知当角速度增大后，衣服受到的弹力增大，摩擦力仍与衣服的重力平衡大小不变，故B正确，CD错误。故选B。 6．某同学用如图所示的向心力演示器探究F与ω的关系。在两小球质量和转动半径相等时，标尺上的等分格显示得出两个小球A、B所受向心力的比值为1∶4，结合圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为（　　） A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1 【答案】B 【详解】根据 F＝mω2r 可知，两小球的向心力之比为1∶4，结合题意半径和质量相等，则转动的角速度之比为1∶2，因为靠皮带传动，变速塔轮的线速度大小相等，根据 v＝ωr 可知，与皮带连接的变速塔轮对应的半径之比为2∶1。 故选B。 7．如图所示，在地面上做感受向心力实验时，不可伸长的轻绳一端固定于O点，另一端系一沙袋，使其在水平面内做匀速圆周运动，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。若将此实验放在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室中进行，则下列说法正确的是（　　） A．沙袋圆周运动的轨迹可以处于任意平面 B．手提供的拉力大小时刻发生变化 C．若保持半径不变，减小旋转周期，手提供的拉力增大 D．若保持半径不变，减小沙袋速度，手提供的拉力增大 【答案】AC 【详解】AB．将此实验放在绕地球做匀速圆周运动的太空实验室中进行，由于沙袋在太空实验室中处于完全失重状态，则沙袋受到的绳子拉力完全提供向心力，且绳子拉力总是与速度方向垂直，所以沙袋圆周运动的轨迹可以处于任意平面内，手提供的拉力大小保持不变，故A正确，B错误； C．根据若保持半径不变，减小旋转周期，则手提供的拉力增大，故C正确； D．根据若保持半径不变，减小沙袋速度，手提供的拉力减小，故D错误。故选AC。 8．质量为的小球用长为的轻质细线悬挂在点，在点的正下方处有一光滑小钉子，把细线沿水平方向拉直，如图所示，无初速度地释放小球，当细线碰到钉子的瞬间（瞬时速度不变），设细线没有断裂，则下列说法正确的是（    ） A．小球的角速度突然增大 B．小球的角速度突然减小 C．小球对细线的拉力保持不变 D．小球对细线的拉力突然增大 【答案】AD 【详解】AB．根据题意，细线碰到钉子的瞬间，小球的瞬时速度不变，但其做圆周运动的半径从突变为，由可知小球的角速度突然增大，故A正确，B错误； CD．根据可知小球受到的拉力增大，由牛顿第三定律知，小球对细线的拉力增大，故C错误，D正确。故选AD。 9．杂技表演“飞车走壁”的演员骑着摩托车飞驶在的圆锥形筒壁上，筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，演员和摩托车的总质量为m，先后在A、B两处紧贴着内壁水平面内做匀速圆周运动，其模型可简化为光滑的小球靠初速度在如图的锥桶上分别沿图中虚线所示的A、B水平圆面上做匀速圆周运动，则（    ） A．A处的角速度大于B处的角速度 B．A处的线速度大于B处的线速度 C．A处的向心力大于B处的向心力 D．A处对筒的压力等于B处对筒的压力 【答案】BD 【详解】AB．小球受力如图所示 小球做圆周运动，根据合力提供向心力，可得解得，可知半径越大，角速度越小，线速度越大，故A错误，B正确； C．由可知两处受到的向心力是相等的，故C错误； D．在竖直方向上根据平衡条件故筒对小球的支持力是相等的，故A处对筒的压力等于B处对筒的压力，故D正确。故选BD。 10．如图所示，一轻质软杆下端固定在水平地面上，上端连接一质量为的小球（视为质点），小球在水平面内做半径为、线速度大小为的匀速圆周运动。不计空气阻力。下列说法正确的是（    ） A．小球所受的合力大小为 B．小球所受杆的弹力大小为 C．小球受到重力和杆对球的弹力两个力的作用 D．小球受到重力、杆对球的弹力和向心力三个力的作用 【答案】AC 【详解】ACD．小球受到重力和杆对球的弹力两个力的作用，小球所受的合力提供向心力，可知小球所受的合力大小故AC正确； B．根据力的合成可知小球所受杆的弹力大小故B错误。故选AC。 11．有一个杂技节目叫“笼中飞车”，演员骑着摩托车在一个固定封闭的球形大铁笼中高速骑行，若我们把演员与摩托车看成质点P，其质量为m。演员在虚线水平圆周上以角速度ω做匀速圆周运动，O1为铁笼的球心，O2为虚线轨道的圆心，O1P与竖直方向的夹角为θ，且此时刚好无横向摩擦力（横向即垂直于摩托车前进方向），则正确的是（    ） A．演员与摩托车的向心力指向O1 B．演员与摩托车的向心力指向O2 C．演员与摩托车的向心力大小为mgtanθ D．摩托车受重力，弹力和向心力的作用 【答案】BC 【详解】AB．演员与摩托车的向心力应指向轨迹圆的圆心，即O2，故A错误，B正确； C．由于此时刚好无横向摩擦力，则可知由重力和铁笼的弹力组成的合力给演员与摩托车提供向心力，受力如图 则演员与摩托车的向心力大小为故C正确； D．摩托车受到自身的重力、演员对摩托车的作用力、铁笼的弹力，合力提供向心力，故D错误。 故选BC。 12．如图，在水平转台上放置有质量相同的滑块P和Q（可视为质点），它们与转台之间的动摩擦因数相同，P与转轴OO'的距离为r1，Q与转轴OO'的距离为r2，且r1<r2，转台绕转轴OO'以角速度ω匀速转动，转动过程中，两滑块始终相对转台静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（　　） A．滑块P和Q均受到四个力作用 B．P所受到的摩擦力小于Q所受到的摩擦力 C．若角速度ω缓慢增大，P一定比Q先开始滑动 D．若角速度ω缓慢增大，Q一定比P先开始滑动 【答案】BD 【详解】A．转动过程中，两滑块相对转台静止，滑块P和Q均受到重力、支持力和摩擦力三个力作用，A错误； B．转动过程中，两滑块相对转台静止，两滑块有相同的角速度，都由静摩擦力提供向心力，则有 因两滑块的质量相同，而r1<r2，故，即P需要的向心力小于Q需要的向心力，故B正确； CD．设两滑块与转台的动摩擦因数为，则最大静摩擦力为 则两滑块的最大静摩擦力相同；根据B项分析可知，在没有滑动前，Q所需要的向心力总是大于P所需要的向心力，则Q所受的静摩擦力总是大于P所受的静摩擦力，当角速度ω缓慢增大时，Q先达到最大静摩擦力，则Q一定比P先开始滑动，故D正确，C错误。 故选BD。 13．荡秋千可简化为以下物理模型，轻绳固定悬点为O，长为L且不可伸长，轻绳拴连质量为m的小球，小球从左往右摆动，摆动到最低点时速度为v，不计阻力，重力加速度为g。下列选项正确的是（　　） A．小球在最低点时，轻绳的弹力为 B．小球所受重力和弹力的合力提供向心力 C．小球从最低点向右侧摆动的过程中，轻绳的弹力逐渐减小 D．小球从左往右摆动过程中，摆到最低点时轻绳的弹力最大 【答案】CD 【详解】A．小球在最低点时，对小球进行受力分析可知轻绳的弹力和小球的重力的合力提供小球的向心力，即整理可得轻绳的弹力为故A错误； B．向心力的方向一定是指向圆周运动的圆心的，所以小球运动中所受重力和弹力的合力在指向圆心方向的分力提供向心力。故B错误； CD．设绳与竖直方向夹角为，则有即弹力为在小球从最低点向右侧摆动的过程中，小球速度越来越小，越来越大，则弹力逐渐减小。在小球从左往右摆动过程中，摆到最低点时速度最大，且最小，此时弹力最大。故CD正确。故选CD。 14．如图所示，竖直放置的光滑圆环、圆心为O，半径为R。轻质细绳一端固定在圆环的最高点，另一端连接一质量为M且套在圆环上的小球，静止时细绳与竖直方向的夹角为30°。现让圆环绕过圆心O的竖直轴以角速度匀速转动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（　　） A．若细绳拉力为零，则 B．若细绳拉力为零，则 C．若圆环对小球的弹力为零，则 D．若圆环对小球的弹力为零，则 【答案】AD 【详解】AB．对小球进行受力分析，受力分析如图所示 ，随着的增大，拉力T和支持力N都会变小，其中T一直减小，而N会先减小到0再反向增大，若细绳拉力T=0此时N已经反向，，解得故A正确，B错误； CD．若圆环对小球的弹力N=0圆周运动的半径代入上式，解得故C错误，D正确。故选AD。 15．如图所示，一个大小可忽略、质量为的模型飞机，在距水平地面的高度为的水平面内以速率绕圆心做半径为的匀速圆周运动，为圆心在水平地面上的投影，某时刻该飞机上有一个小螺丝掉离飞机，不计空气对小螺丝的作用力，重力加速度大小为。下列说法正确的是（    ） A．空气对模型飞机的作用力大小为 B．空气对模型飞机的作用力大小为 C．小螺丝落地点与点的距离为 D．小螺丝落地点与点的距离为 【答案】BC 【详解】AB．对飞机，受到重力和空气对飞机的作用力，如图所示 空气对模型飞机的作用力大小为故A错误，B正确； CD．小螺丝钉掉离飞机后做平抛运动，投影如下图所示 由得水平位移根据几何关系，小螺丝钉第一次落地点与的距离故C正确，D错误。故选BC。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$