内容正文:
(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
(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13
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.]
4.B [根据开勒第三定律可知R
3
T2
=k,即R
3
1
T21
=
R32
T22
,月球的周期
约为27天,故可求出T=5天,故B正确.]
5.AD [冬至日前后,地球位于近日点附近,夏至日前后地球
位于远日点附近,由开普勒第二定律可知近日点速率最大,
故 A对,B错.春夏两季平均速率比秋冬两季平均速率小,
又因所走路程基本相等,故春夏两季时间长.春夏两季一般
在186天左右,而秋冬季只有179天左右,C错,D对.]
6.C [如图所示,A、B 分别为远日
点和近日点,由开普勒第二定律,
太阳和行星的连线在相等的时间
里扫过的面积相等,取足够短的
时间 Δt,则有:vaΔta=vb
Δtb,所以vb=
a
bva.
]
7.D [“鹊桥二号”中继星在24小时椭圆轨道运行时,根据开
普勒第三定律a
3
T2
=k,
同理,对地球的同步卫星根据开普勒第三定律r
3
T′2
=k′,
又开普勒常量与中心天体的质量成正比,所以M月
M地 =
k
k′
,
联立可得
M月
M地 =
a3
r3
.]
8.BC [因火星的公转周期约为地球公转周期的2倍,故地球
转一周时,火星转动了半周,火星转动一周时才会再次同时
出现在同一直线上,故约每2年出现一次,故 A 错误,B正
确;据开普勒第三定律有R
3
火
T2火
=
R3地
T2地
,即 R火
R地( )
3
= T火T地( )
2
=22,
故
R火
R地 =
3
4,故 C正确,D错误.]
9.D [由r
3
T2
=k知r3=kT2,D项正确.]
素养培优
解析:飞船沿椭圆轨道返回地面,由题图可知,当飞船由 A
点运动到B 点时所需的时间刚好是半个周期,设飞船沿椭
圆轨道运动的周期为T′,沿圆轨道运动的周期为T,圆轨道
的半径为R,地球半径为r,则椭圆的半长轴为R+r2 .
根据开
普勒第三定律有
R+r
2( )
3
T′2
=R
3
T2
,得T′= T
2 2
1+rR( )
3
2 ,所
以 飞 船 由 A 点 运 动 到 B 点 的 时 间 为 t = T′2 =
T
4 2
1+rR( )
3
2
.
答案:T
4 2
1+rR( )
3
2
假期作业14
情景辨析
(1)× (2)√ (3)× (4)×
技能提升
1.D [牛顿发现了万有引力定律F=GMm
r2
,英国科学家卡文迪
什利用扭秤装置,第一次测出了引力常量G,引力常量G=6.67
×10-11 Nm2/kg2.故D正确,A、B、C错误.]
2.C [运用万有引力定律公式 F=Gm1m2
r2
进行计算时,首先
要明确公式中各物理量的含义,对于质量分布均匀的球体,r
指的是两个球心间的距离,两球心间的距离应为r=r0+r1+r2
=3.0m.两球间的引力为F=Gm1m2
r2
,代入数据可得引力
约为2.96×10-11 N.故选项 C正确.]
3.C [在地球表面附近,物体所受的重力近似等于万有引力,
即重力G′=F万 =GMmR2
;在距地面高度为地球半径的位置,
F′万 =G Mm(2R)2
=G′4
,故选项 C正确.]
4.C [变 化 前,F=km甲
m乙
r2
,变 化 后 F′=km甲
2m乙
1
2r( )
2 =
8F,故 C正确.]
5.BCD
6.B [地球表面的重力加速度在两极处的大小为g0,地球半
径为R,则GMm
R2
=mg0,地球表面的重力加速度在赤道处的
大小为g,地球自转的周期为T,则GMmR2
-mg=mR(2πT
)2,
联立解得T=2π Rg0-g
,故选B.]
7.B [由题意知,该行星表面的重力加速度为g=Fm
,根据一
卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为
v,GMm
R2
=mv
2
R
,又GM=gR2,联立解得;这颗行星的质量
为 M=mv
4
GF
,所以 A、C、D错误;B正确.]
57
假期作业12 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
82
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) ( )
92
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.
03