内容正文:
假期作业5 生活中的圆周运动
(1)图甲中若火车转弯时车轮既不挤压内
轨,也不挤压外轨,则此时火车的行驶
速率为 ghr
L
,这一速率取决于内外轨的
高度差h、内外轨间距L 及铁路弯道的
轨道半径r(其中tanθ=hL
). ( )
(2)图乙中汽车过凹形桥时,速度越大,汽
车对桥面的压力越大. ( )
(3)图丙中洗衣机脱水时利用离心运动把
附着在衣服上的水分甩掉. ( )
(4)图丁演员表演“水流星”节目杯子和杯
中的水在竖直面内的转速越大.水越不
易向外流出. ( )
◆[知识点一] 水平面内的圆周运动
1.(多选)如图所示,一个内
壁光滑的圆锥的轴线垂直
于水平面,圆锥固定不动,
两个质量相同的球 A、B
紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内
做匀速圆周运动,则 ( )
A.球 A的线速度必大于球B 的线速度
B.球 A的角速度必小于球B的角速度
C.球 A 的 运 动 周 期 必 小 于 球 B 的 运
动周期
D.球 A 对筒壁的压力必大于球 B对筒
壁的压力
2.(2025黄山市高一期末)
如图所示,在修筑铁路时,
弯道处的外轨会略高于内
轨.当火车以规定的行驶
速度转弯时,内、外轨均不会受到轮缘的
挤压,设此时火车的速度大小为v,重力
加速度为g,两轨所在平面的倾角为θ,则
下列说法不正确的是 ( )
A.该弯道的半径r= v
2
gtanθ
B.当火车质量改变时,规定的行驶速度
大小不变
C.当火车速率大于v时,内轨将受到轮
缘的挤压
D.当火车以规定的行驶速度转弯时,向
心加速度大小为an=gtanθ
3.飞行中的鸟要改变飞行
方向时,鸟的身体要倾
斜(如图所示).与车辆
不同的是,鸟转弯所需
的向心力由重力和空气对它们的作用力
的合力来提供.质量为m 的飞鸟,以速率
v在水平面内做半径为R 的匀速圆周运
动,则飞鸟受到的合力的大小等于(重力
加速度为g) ( )
A.m g2+ v
2
R
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
B.mv
2
R
C.m v
2
R
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
-g2 D.mg
◆[知识点二] 竖直面内的圆周运动
4.图中杂技演员在表演水
流星节目时,盛水的杯
子在竖直平面内做圆周
运动,当杯子经过最高
点时,里面的水也不会流出来,这是因为
( )
A.水处于失重状态,不受重力的作用
B.水受的合力为零
C.水受的合力提供向心力,使水做圆周
运动
D.杯子特殊,杯底对水有吸引力
11
5.(多选)(2025无锡市高
一期末)如 图,半 径 为 L
的细圆管轨道竖直放置,
管内壁光滑,管内有一个
质量为 m 的小球做完整
的圆周运动,圆管内径远小于轨道半径,
小球直径略小于圆管内径,重力加速度
为g,下列说法正确的是 ( )
A.若小球能在圆管轨道做完整圆周运
动,最高点P 的速度v最小值为 gL
B.经过最低点时小球一定处于超重状态
C.经过最高点P 小球可能处于完全失重
状态
D.若经过最高点P 的速度v 增大,小球
在P 点对管壁压力可能减小
6.(多选)水平 光 滑
直轨道ab与半径
为R 的竖直半圆
形光滑轨道bc 相
切,一小球以初速度v0 沿直轨道向右运
动,如图所示,小球进入圆形轨道后刚好
能通过c点,然后小球做平抛运动落在
直轨道上的d点,则 ( )
A.小球到达c点的速度为 gR
B.小球在c点将向下做自由落体运动
C.小球在直轨道上的落点d与b点距离
为2R
D.小 球 从c 点 落 到d 点 需 要 时 间 为
2 Rg
7.城市中为了解决交通
问题,修建了许多立
交桥,如图所示,桥面为圆弧形的立交桥
AB,横跨在水平路面上,圆弧半径为R=
25m,一辆质量为m=1000kg的小汽车
冲上圆弧形的立交桥,到达桥顶时的速
度为15m/s.试计算:(g取10m/s2)
(1)小汽车在桥顶处对桥面的压力的
大小.
(2)若小汽车在桥顶处的速度为v2=10m/s
时,小汽车将如何运动.
◆[知识点三] 生活中的离心运动
8.如图所示的陀螺,是我们很多人小时候
喜欢玩的玩具.从上往下看(俯视),若陀
螺立在某一点顺时针匀速转动,此时滴
一滴墨水到陀螺,则被甩出的墨水的径
迹可能是下列的(忽略空气阻力)( )
21
9.洗衣机的脱水桶采用带动衣
物旋转的方式脱水,下列说
法错误的是 ( )
A.脱水过程中,衣物是紧贴
桶壁的
B.水会从桶中甩出是因为水滴受到的向
心力很大的缘故
C.增大脱水桶转动角速度,脱水效果会
更好
D.靠近中心的衣物脱水效果不如四周的
衣物脱水效果好
1.(2025阳泉市第十一中学校高一期中)
(多选)变重力科学实验柜为科学实验提
供001g~2g(零重力到两倍重力范围)
高精度模拟的重力环境,支持开展微重
力、模拟月球重力、火星重力等不同重力
水平下的科学研究.如图所示,变重力实
验柜的主要装置是两套900毫米直径的
离心机.离心机旋转的过程中,由于惯
性,实验载荷会有一个向外飞出的趋势,
对容器壁产生压力,就像放在水平地面
上的物体受到重力挤压地面一样.因此,
这个压力的大小可以体现“模拟重力”的
大小.根据上面资料结合所学知识,判断
下列说法正确的是 ( )
A.实验样品的质量越大,“模拟重力加速
度”越大
B.离心机的转速变为原来的2倍,同一
位置的“模拟重力加速度”变为原来的
4倍
C.实验样品所受“模拟重力”的方向指向
离心机转轴中心
D.为防止两台离心机转动时对空间站的
影响,两台离心机应按相反方向转动
2.(2025徐州市高一期末)如图甲所示为
一种叫“魔力陀螺”的玩具,其结构可简
化为图乙所示.质量为 M、半径为R 的铁
质圆轨道用支架固定在竖直平面内,陀
螺在轨道内、外两侧均可以旋转.陀螺的
质量为m,其余部分质量不计.陀螺磁芯
对轨道的吸引力始终沿轨道的半径方
向,大小恒为6mg,g为重力加速度.不计
摩擦和空气阻力.
(1)若陀螺在轨道内侧运动到最高点时
的速度为 5gR,求此时轨道对陀螺的弹
力大小;
(2)要使陀螺在轨道外侧运动到最低点
时不脱离轨道,求陀螺通过最低点时的
最大速度大小;
(3)若陀螺在轨道外侧运动到与轨道圆
心等高处时速度为 2gR,求固定支架对
轨道的作用力大小.
31
(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:(1)根据题意可知,雨滴抛出时的速 度 大 小 为v0
=ωR,
竖直方向,根据h=12gt
2,解得t= 2hg
,
雨滴飞行的水平位移大小x=v0t=ωR
2h
g
;
(2)雨滴着地时竖直方向速度vy=gt= 2gh,
则雨滴着地时速度v= v02+vy2= ω2R2+2gh;
(3)雨 滴 在 地 面 上 形 成 圆 的 半 径 为r= R2+x2 =
R 1+2ω
2h
g
,
雨滴在地面上形成圆的周长s=2πr=2πR 1+2ω
2h
g .
答案:(1)ωR 2hg
(2) ω2R2+2gh
(3)2πR 1+2ω
2h
g
假期作业4
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.D [D.由题意可知,球面上P、Q 两点转动时属于同轴
转动,故角速度大小相等,故 D 正确;A.由题图可知,球
面上P、Q 两点做圆周运动的半径的关系为rP<rQ,故 A
错误;B.根据v=rω可知,球面上P、Q 两点做圆周运动
的线速度的关系为vP <vQ,故 B错误;C.根据an=rω2
可知,球面上P、Q 两点做圆周运动的向心加速度的关系
为ap<aQ,故 C错误.]
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= mω
2x0
k-mω2
=0.5×12
2×0.2
360-0.5×122
m=005m=50cm,
选项 C正确.]
7.D [物块在最高点和最低点仅受到重力和支持力的作
用,没有摩擦力,而在a、b两点,摩擦力最大,A、C 错误;
在a、b两点,水平木板对物块的作用力的竖直分量与物
块的重力平 衡,水 平 分 量 提 供 物 块 做 圆 周 运 动 的 向 心
力,B错误;由于物块做匀速圆周运动,因此向心力大小
不变,D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=12gt
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5
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
2π
T( )
2
,A小球对应的半径大,则其周
期较大,选项 C错误.]
94
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 =
mv
2
r
,解得火车的向心加速度大小及该弯道的半径为an=
gtanθ,r= v
2
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=
mv2
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.BCD [由于在最高点圆管能支撑小球,所以小球的速度
最小值为零,故 A错误;小球在最低点,根据牛顿第二定
律有FN-mg=ma,加速度向上,则小球处于超重状态,
故B正确;小球经过最高点P 时,若对轨道的压力为零,
则重力提供向心力,小球处于完全失重状态,故 C正确;
若过最高点的速度小于 gL,则在P 点轨道对小球有向
上的弹力,根据牛顿第二定律可得mg-FN=m
v2
L
,此时
经过最高点P 的速度v 增大,则小球在P 点对管壁的压
力减小,故 D正确.]
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
由牛顿第三定律可知,F′N=1000N
车对桥面压力为1000N.
(2)当 mg=mv
2
R
时,车对桥面压力为零,达到安全行驶
的最大速度,
此时v= gR= 25×10m/s=5 10m/s
而v2=10m/s<5 10m/s,所以车能正常行驶.
答案:(1)1000N (2)小汽车能正常行驶
8.D [墨水所受陀螺的束缚力消失后,在水平面内(俯视)
应沿轨迹的切线飞出,故 AB错误,又因陀螺顺时针匀速
转动,故 C错误,D正确.]
9.B [脱水过程中,衣物做离心运动而被甩向桶壁,故 A
正确.水滴的附着力是一定的,当水滴因做圆周运动所
需的向心力大于该附着力时,水滴被甩掉,故 B错误.F
=mω2R,ω增大,所需向心力F 增大,会有更多水滴被甩
出去,故 C 正确.靠近中心的衣服,R 比较小,角速度ω
一样,所需向心力小,脱水效果较差,故 D正确.]
素养培优
1.BD [根据题意可得m(2πn)2r=mg模 ,可得模拟重力加
速度g模 =4π2n2r,模拟重力加速度与样品的质量无关,
离心机的转速变为原来的2倍,同一位置的“模拟重力加
速度”变为原来的4倍,故 A 错误,B正确;实验载荷因
为有向外飞出的趋势,对容器壁产生的压力向外,所以
模拟重力的方向背离离心机转轴中心,故 C 错误;根据
牛顿第三定律可知,一台离心机从静止开始加速转动,
会给空间站施加相反方向的力,使空间站发生转动,所
以为防止两台离心机转动时对空间站的影响,两台离心
机应按相反方向转动,故 D正确.]
2.解析:(1)当陀螺在轨道内侧最高点时,设轨道对陀螺的
支持力为FN1,陀螺所受的重力为 mg,轨道对陀螺的吸
引力为F1,最高点的速度为v1,受力分析可知:
mg+FN1-F1=m
v12
R
,
解得FN1=10mg;
(2)设陀螺在轨道外侧运动到最低点时,轨道对陀螺的
支持力为FN2,陀螺所受的重力为 mg,轨道对陀螺的吸
引力为F2,最低点的速度为v2,受力分析可知:F2-FN2
-mg=m
v22
R
由题意可知,当FN2=0时,陀螺通过最低点时的速度为
最大值,解得v2= 5gR;
(3)设陀螺在轨道外侧运动到与轨道圆心等高处时,轨
道对陀螺的支持力为FN3,陀螺所受的重力为 mg,轨道
对陀螺的吸引力为F3,
则:Fn=F3-FN3=m
v2
R
,解得FN3=4mg,
由牛顿第三定律可知FN3′=FN3,F3′=F3,
固定支架对轨道的作用力大小为
F= (FN3′-F3′)2+(Mg)2,
解得F=g 4m2+M2.
答案:(1)10mg (2) 5gR (3)g 4m2+M2
假期作业6
情景辨析
(1)√ (2)× (3)√ (4)×
技能提升
1.B [由题图可知,夏至时地球在远日点,公转速度最小,
冬至在近日点,公转速度最大,则冬至到夏至,地球公转
的速度逐渐减小,故 A 错误,B正确;由题图可知,从冬
至到夏至的运动时间为地球公转周期的一半,由于离太
阳越近,地球公转的速度越大,则从冬至到春分的时间
小于地球公转周期的四分之一,从春分到夏至的时间大
于地球公转周期的四分之一,故 C、D错误.]
2.D [所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,但不是同一
轨道,太阳处在椭圆的一个焦点上,故 A、B错;所有行星
的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都
相等,离太 阳 越 近 的 行 星 其 运 动 周 期 越 短,故 C 错,D
对.不同行星的椭圆轨道不同,太阳在各行星椭圆轨道
的公共焦点上.]
3.BD [由开普勒定律R
3
T2
=k可知,R 越大,T 越大,故 B、
D正确,C错误.式中T 是公转周期而不是自转周期,水
星、海王星均为太阳行星,可利用开普勒定律直接求解,
考查开普勒定律的应用.]
05