6.4 生活中的圆周运动 同步练-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

6.4　生活中的圆周运动 一、单选题 1.如图所示,光滑水平面上,小球在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时,拉力F发生变化,关于小球运动情况的说法不正确的是(　　) A.若拉力突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动 B.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动 C.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pb做离心运动 D.若拉力突然变大,小球将沿轨迹Pc做近心运动 2.洗衣机是现代家庭常见的用电器,它是采用转筒带动衣物旋转的方式进行脱水的,下列有关说法错误的是(　　) A.脱水过程中,衣物是紧贴筒壁的 B.加快脱水筒转动的角速度,脱水效果会更好 C.水能从桶中甩出是水滴需要的向心力太大的缘故 D.靠近中心的衣物脱水效果比四周的衣物脱水效果好 3.未来的星际航行中,航天员长期处于零重力状态,为缓解这种状态带来的不适,有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱”,如图所示。当旋转舱绕其轴线匀速旋转时,航天员(示意图)站在旋转舱内圆柱形侧壁上,可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。为达到上述目的,下列说法正确的是(　　) A.旋转舱的半径越大,转动的角速度就应越大 B.旋转舱的半径越大,转动的角速度就应越小 C.航天员质量越大,旋转舱的角速度就应越大 D.航天员质量越大,旋转舱的角速度就应越小 4.下图是一种娱乐设施“魔盘”,画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中人的情景。甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论,甲说:“图画错了,做圆周运动的物体受到向心力的作用,魔盘上的人应该向中心靠拢。”乙说:“图画得对,因为旋转的魔盘给人离心力,所以人向盘边缘靠拢。”丙说:“图画得对,当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时,人会逐渐远离圆心。”这三位同学的说法正确的是(　　) A.甲 B.乙 C.丙 D.都有道理 5.如图所示,质量相等的A、B两物块放在匀速转动的水平圆盘上,随圆盘一起做匀速圆周运动,则下列关系中正确的是(　　) A.它们所受的摩擦力FfA>FfB B.它们的线速度vA<vB C.它们的运动周期TA<TB D.它们的角速度ωA>ωB 6.飞机俯冲拉起时,飞行员处于超重状态,此时座位对飞行员的支持力大于所受的重力,这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员大脑贫血,四肢沉重,暂时失明,甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力的支持力影响。g取10 m/s2,则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲速度为100 m/s时,圆弧轨道的最小半径为(　　) A.100 m B.111 m C.125 m D.250 m 7.如图所示,一硬币(可视为质点)置于水平圆盘上,硬币与竖直转轴OO'的距离为r,已知硬币与圆盘之间的动摩擦因数为μ(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),重力加速度大小为g。若硬币与圆盘一起绕OO'轴匀速转动,则圆盘转动的最大角速度为(　　) A. B. C. D.2 8.如图所示,飞机在竖直平面内俯冲又拉起,在最低点时,座椅对飞行员的支持力为FN,飞行员所受重力为G。则(　　) A.F=G B.F>G C.F=0 D.F<G 二、多选题 9.山崖边一段较为危险的公路照片及示意简图如图所示。一辆汽车欲安全通过此弯道公路,下列说法正确的是(　　) A.若汽车以恒定的角速度转弯,选择内圈较为安全 B.若汽车以大小恒定的线速度转弯,选择外圈较为安全 C.汽车在转弯时受到重力、支持力和摩擦力作用 D.汽车在转弯时受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用 10.有一种大型游戏器械,它是一个圆筒形大容器,筒壁竖直,游客(示意图)进入容器后靠筒壁站立。当圆筒开始转动,转速加快到一定程度时,突然地板塌落,游客发现自己没有落下去,这是因为(　　) A.游客受到筒壁的弹力垂直于筒壁 B.游客处于失重状态 C.游客受到的摩擦力等于重力 D.游客随着转速的增大有沿壁向上滑动的趋势 11.如图所示,光滑水平面上,小球m在拉力FT作用下做匀速圆周运动,若小球运动到P点时,拉力FT发生变化,关于小球运动情况的说法正确的是(　　) A.若拉力突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动 B.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动 C.若拉力突然变小,小球将可能沿轨迹Pb做离心运动 D.若拉力突然变大,小球将可能沿轨迹Pc做近心运动 三、非选择题 12.如图所示,质量为m=2.0×104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和拱形桥面,两桥面的圆弧半径均为60 m,桥面承受的压力不超过3.0×105 N,g取10 m/s2。 (1)汽车允许的最大速率是多少? (2)若以所求速度行驶,汽车对桥面的最小压力是多少? 13.一辆质量为800 kg的汽车在圆弧半径为50 m的拱形桥上行驶,g取10 m/s2。 (1)若汽车到达桥顶时速度为v1=5 m/s,汽车对桥面的压力是多大? (2)汽车以多大速度经过桥顶时,恰好对桥面没有压力? (3)汽车对桥面的压力过小是不安全的,因此汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速,拱形桥圆弧的半径大些比较安全,还是小些比较安全? (4)如果拱形桥的半径增大到与地球半径一样大,汽车要在桥面上腾空,速度至少为多大?(已知地球半径为6 400 km) 14.如图所示,一杂技运动员骑摩托车沿一竖直圆轨道做特技表演。若摩托车运动的速率恒为v=20 m/s,人和车的总质量为m=200 kg,摩托车受到的摩擦力是摩托车对轨道压力的,摩托车通过与圆心O在同一水平面上的B点向下运动时牵引力恰好为零,摩托车车身的长度不计,重力加速度g取10 m/s2,试求: (1)运动员完成一次圆周运动所需的时间;(π取3.14) (2)摩托车通过最低点A时牵引力的大小。 标准答案 一、单选题 1.答案:B 解析:若拉力突然消失,小球做离心运动,因为不受力,将沿轨迹Pa运动,故选项A正确,不符合题意;若拉力变小,则拉力不够提供向心力,小球做半径变大的离心运动,即沿Pb运动,故选项B错误,符合题意,C正确,不符合题意;若拉力变大,则拉力大于向心力,小球沿轨迹Pc做近心运动,故选项D正确,不符合题意。 2.答案:D 解析:衣物在转动中的向心力是由筒壁对它的弹力提供的,所以脱水过程中,衣物是紧贴筒壁的,选项A正确,不符合题意;由F=mω2r可知,角速度越大,需要的向心力也越大,脱水效果会更好;而靠近中心的衣物转动半径小,向心力也小,脱水效果就差,选项B、C正确,不符合题意,D错误,符合题意。 3.答案:B 解析:由题意知mg=F=mω2r,即g=ω2r,因此r越大,ω越小,且与m无关,选项B正确。 4.答案:C 解析:当向心力不足时,物体会做离心运动,选项A错误,C正确;离心力是不存在的,选项B、D错误。 5.答案:A 解析:对两物块进行受力分析知,水平方向只受静摩擦力,故由静摩擦力提供向心力,则Ff=mω2r,由于A、B在同一转盘上无相对运动,因此它们的角速度相等,又因为rA>rB,故FfA>FfB,选项A正确,D错误;由v=ωr,ωA=ωB,rA>rB,可知vA>vB,选项B错误;根据T=,ωA=ωB,可知TA=TB,选项C错误。 6.答案:C 解析:由题意知,在飞机经过最低点时,对飞行员进行受力分析,飞行员受重力mg和支持力FN作用,两者的合力提供向心力,根据题意,FN=9mg时,圆弧轨道半径最小,由牛顿第二定律得FN-mg=m,得8mg=m,代入数据得Rmin=125 m,选项C正确。 7.答案:B 解析:摩擦力提供向心力,角速度最大时μmg=mrω2,解得角速度ω=,选项B正确。 8.答案:B 解析:飞机在竖直平面内做圆周运动,在最低点由牛顿第二定律有F-G=ma,可知F>G,故选项B正确。 二、多选题 9.答案:ABC 解析:汽车在转弯时受到重力、支持力和摩擦力作用,摩擦力提供向心力;若汽车以恒定的角速度转弯,由Ff=mω2r可知,半径越小,所需摩擦力越小,所以选择内圈较为安全;若汽车以大小恒定的线速度转弯,由Ff=m可知,半径越大,所需摩擦力越小,所以选择外圈较为安全,故选项A、B、C正确,D错误。 10.答案:AC 解析:游客随圆筒做圆周运动,当地板塌落后,游客仍能紧贴筒壁而不落下去,是因为筒壁对游客的弹力指向圆心并提供向心力,方向垂直于筒壁。由于筒壁对游客的弹力足够大,在竖直方向上,游客受到的静摩擦力与重力平衡,选项A、C正确。 11.答案:ACD 解析:由FT=知,拉力变小,FT提供的向心力不足,R变大,小球做离心运动,故选项C正确、B错误;反之,拉力变大,小球做近心运动,选项D正确;当拉力突然消失时,小球将沿直线运动,选项A正确。 三、非选择题 12.解:汽车在两桥上运动时,对凹形桥的压力大于其重力,而对拱形桥的压力小于重力。由此可知,对凹形桥存在一个允许的最大速率,对拱形桥则有最小压力。因此根据圆周运动知识,由牛顿第二定律,在最低点和最高点列方程便可求解。汽车先后经凹形桥面和拱形桥面的受力分析如图所示。 (1)汽车在凹形桥面的底部时,由牛顿第三定律可知,桥面对汽车的最大支持力FN1=3.0×105 N,根据牛顿第二定律得FN1-mg=m,得v= m/s=10 m/s<=10 m/s 故以此速度在凸形桥最高点上不会脱离桥面, 所以最大速率为10 m/s=17.3 m/s。 (2)汽车在拱形桥面顶部时,由牛顿第二定律得mg-FN2= 得FN2=m=2.0×104× N=1.0×105 N 由牛顿第三定律得,在拱形桥顶汽车对桥面的压力最小,为1.0×105 N。 13.解:汽车到达拱形桥桥顶时,受到重力mg和桥面对它的支持力FN的作用,如图所示。 (1)汽车过拱形桥时做圆周运动,重力和支持力的合力提供向心力, 根据牛顿第二定律有 mg-FN=m 所以FN=mg-m=7 600 N 由牛顿第三定律知汽车对桥面的压力为7 600 N。 (2)当汽车做圆周运动的向心力完全由自身重力来提供时,汽车经过拱形桥桥顶时恰好对桥面没有压力,则FN=0,所以有mg=m,解得v==22.4 m/s。 (3)由(2)问可知,当FN=0时,汽车会离开桥面,这是不安全的,所以对于同样的车速,拱形桥圆弧的半径大些比较安全。 (4)由(2)问可知,若拱形桥的半径增大到与地球半径一样大,汽车要在桥面上腾空,速度至少为v'= m/s=8 000 m/s。 14.解:(1)根据题意可知摩托车通过B点时牵引力恰好为零, 此时摩托车所受摩擦力Ff与重力平衡,有mg=Ff=kFN, 根据牛顿第二定律有FN=m, 解得R= m=20 m, 运动员完成一次圆周运动所需的时间为t= s=6.28 s。 (2)摩托车经过A点时,根据牛顿第二定律得FNA-mg=m, 又FfA=kFNA, 水平方向有FA=FfA, 联立解得FA=3.0×103 N。 学科网（北京）股份有限公司 $