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.(2025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.(2024辽宁卷)“指尖转球”是花
式篮球表演中常见的技巧.如图,
当篮球在指尖上绕轴转动时,球面
上P、Q 两点做圆周运动的( )
A.半径相等
B.线速度大小相等
C.向心加速度大小相等
D.角速度大小相等
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.(2025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.(2025盐城市高一期末)如
图所示,在粗糙水平木板上
放一个物块,使水平木板和
物块一起在竖直平面内做完整匀速圆周运
动,ab为水平直径,cd 为竖直直径,在运动
过程中木板始终保持水平,物块相对木板始
终静止,则 ( )
A.物块始终受到三个力作用
B.在a、b两点,水平木板对物块的作用力指
向圆心
C.物块全程所受的摩擦力大小不变
D.物块全程向心力大小不变
8.(2025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.(2025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
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.B [拖把杆向下运动的速度v2=
l
t =
0.3
1 m
/s=03m/s,
故 A错误;拖把杆上段1s内匀速下压了30cm,则螺杆转动
6圈,即拖把头的转速为n=6r/s,则拖把头转动的角速度ω
=2πn=12πrad/s,拖把头边缘的线速度v1=ωR=12πm/s,
故B正确,C、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:(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
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=
mω2x0
k-mω2
=0.5×12
2×0.2
360-0.5×122
m=005 m=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=
1
2gt
2,解得t=08s.
37
(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.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=
mv2
2
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;
47