2019_2020学年高中物理第五章6.向心力练习（含解析）新人教版必修2.docx

6.向心力1.如图所示,在光滑水平面上,两个相同的小球A、B固定在同一杆上,以O点为圆心做匀速圆周运动。A、B两球在运动过程中,下列物理量时刻相等的是()A.角速度B.线速度C.向心加速度D.向心力解析A、B两球共轴转动,角速度相等,故A正确;根据v=r可知,角速度相等,半径不等,则线速度不等,故B错误;根据a=2r可知,角速度相等,半径不等,则向心加速度不等,故C错误;根据F=m2r可知,角速度相等,半径不等,则向心力不等,故D错误。答案A2.物体做匀速圆周运动的条件是()A.有一定的初速度,且受到一个始终与初速度垂直的恒力作用B.有一定的初速度,且受到一个大小不变,方向变化的力的作用C.有一定的初速度,且受到一个方向始终指向圆心的力的作用D.有一定的初速度,且受到一个大小不变,方向始终和速度垂直的合力作用解析做匀速圆周运动的物体,必须受到一个大小不变,方向时刻指向圆心的向心力的作用,且其向心力等于合外力,故只有D正确。答案D3.如图所示,在匀速转动的圆筒内壁上有一物体随圆筒一起转动而未滑动。若圆筒和物体以更大的角速度做匀速转动,下列说法正确的是()A.物体所受弹力增大,摩擦力也增大B.物体所受弹力增大,摩擦力减小C.物体所受弹力减小,摩擦力减小D.物体所受弹力增大,摩擦力不变解析物体在竖直方向上受重力G与摩擦力F,是一对平衡力,在向心力方向上受弹力FN,根据向心力公式,可知FN=m2r,当增大时,FN增大,所以应选D。答案D4.未来的星际航行中,宇航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,宇航员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.宇航员质量越大,旋转舱的角速度就应越大D.宇航员质量越大,旋转舱的角速度就应越小解析旋转舱对宇航员的支持力提供宇航员做圆周运动的向心力,即mg=m2r,解得=gr,即旋转舱的半径越大,角速度越小,而且与宇航员的质量无关,选项B正确。答案B5.如图所示,将完全相同的两小球A、B用长L=0.8 m的细绳悬于以v=4 m/s向右匀速运动的小车顶部,两球分别与小车前后壁接触。由于某种原因,小车突然停止运动,此时悬线的拉力之比FBFA为(g取10 m/s2)()A.11B.12C.13D.14解析设两小球A、B的质量均为m。小车突然停止运动时,小球B由于受到小车前壁向左的弹力作用,相对于小车静止,竖直方向上受力平衡,则有FB=mg=10m;小球A绕悬点以速度v做圆周运动,此时有FA-mg=mv2L,得FA=mg+mv2L=10m+20m=30m。故FBFA=13,选项C正确。答案C6.一个做匀速圆周运动的物体质量为2.0 kg,如果物体的转速变为原来的2倍,半径不变,则所受的向心力就比原来的向心力大15 N。试求:(1)物体原来的向心力大小。(2)物体后来的向心加速度的大小。解析(1)设匀速圆周运动的半径为r,物体原来受的向心力的大小F1=mr(2n)2变化后的向心力的大小F2=mr(22n)2且F2=F1+15N解得F1=5N。(2)物体后来的向心加速度a=F2m=15+52.0m/s2=10m/s2。答案(1)5 N(2)10 m/s27.利用如图实验装置可验证做匀速圆周运动的物体所受合外力与所需向心力的“供”“需”关系,启动小电动机带动小球做圆锥摆运动,不计一切阻力,移动水平圆盘,当盘与球恰好相切时关闭电动机,让球停止运动,悬线处于伸直状态。利用弹簧测力计水平径向向外拉小球,使小球恰好离开圆盘且处于静止状态时,测出水平弹力的大小F。(1)为算出小球做匀速圆周运动时所需的向心力,还应该进行的操作有。 A.用秒表测出小球运动周期TB.用刻度尺测出小球做匀速圆周运动半径rC.用刻度尺测出小球到绳的悬点的竖直高度hD.用天平测出小球质量m(2)小球做匀速圆周运动时,所受重力与绳拉力的合力大小(选填“大于”“等于”或“小于”)弹簧测力计测出F大小。 (3)当所测物理量满足关系式时,则做匀速圆周运动的物体所受合外力与所需向心力的“供”“需”平衡。 解析(1)根据向心力公式Fn=m42T2r分析知,为算出小球做匀速圆周运动时所需的向心力,需要测出小球的运动周期T、小球做匀速圆周运动的半径r和小球的质量m,故A、B、D项正确,C项错误。(2)根据题意,小球静止时,F等于绳拉力的水平分力,即有F=mgtan,是小球做匀速圆周运动时绳与竖直方向的夹角,由重力与绳拉力的合力提供向心力,重力与绳拉力的合力大小 F合=mgtan,则 F合=F。(3)当Fn=F合,即m42T2r=F时,做匀速圆周运动的物体所受合外力与所需向心力的“供”“需”平衡。答案(1)ABD(2)等于(3)m42T2r=F能力提升1.在水平冰面上,狗拉着雪橇做匀速圆周运动,O点为圆心。能正确地表示雪橇受到的牵引力F及摩擦力Ff的图是()解析由于雪橇在冰面上滑动,故滑动摩擦力方向必与运动方向相反,即方向应为圆的切线方向,因做匀速圆周运动,合外力一定指向圆心,由此可知选项C正确。答案C2.如图所示,有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,小强站在距圆心为r处的P点不动。关于小强的受力,下列说法正确的是()A.小强在P点不动,因此不受摩擦力作用B.若使圆盘以较小的转速转动时,小强在P点受到的摩擦力为零C.小强随圆盘做匀速圆周运动,圆盘对他的摩擦力充当向心力D.如果小强随圆盘一起做变速圆周运动,那么其所受摩擦力仍指向圆心解析由于小强随圆盘做匀速圆周运动,一定需要向心力,该力一定指向圆心方向,而重力和支持力在竖直方向上,它们不能充当向心力,因此他会受到摩擦力作用,且充当向心力,A、B错误,C正确;当小强随圆盘一起做变速圆周运动时,合力不再指向圆心,则其所受的摩擦力不再指向圆心,D错。答案C3.(多选)甲、乙两名溜冰运动员,m甲=80 kg,m乙=40 kg,面对面拉着弹簧测力计做圆周运动的溜冰表演,如图所示,两人相距0.9 m,弹簧测力计的示数为9.2 N,下列判断正确的是()A.两人的线速度相同,约为40 m/sB.两人的角速度相同,为2360 rad/sC.两人的运动半径相同,都是0.45 mD.两人的运动半径不同,甲为0.3 m,乙为0.6 m解析甲、乙两人绕共同的圆心做匀速圆周运动,他们间的拉力互为向心力,他们的角速度相同,半径之和为两人的距离。设甲、乙两人所需向心力为F向,角速度为,半径分别为r甲、r乙,则F向=m甲2r甲=m乙2r乙=9.2N,r甲+r乙=0.9m,选项B、D正确。答案BD4.(多选)一小球质量为m,用长为L的悬绳(不可伸长,质量不计)固定于O点,在O点正下方L2处钉有一颗钉子。如图所示,将悬线沿水平方向拉直无初速度释放后,当悬线碰到钉子后的瞬间,则()A.小球的角速度突然增大B.小球的线速度突然减小到零C.小球的向心加速度突然增大D.小球的向心加速度不变解析由于悬线与钉子接触时小球在水平方向上不受力,故小球的线速度不能发生突变,由于做圆周运动的半径变为原来的一半,由v=r知,角速度变为原来的2倍,A正确,B错误;由a=v2r知,小球的向心加速度变为原来的2倍,C正确,D错误。答案AC5.如图所示,在水平转台上放一个质量m0=2 kg的木块,它与转台间最大静摩擦力Ffmax=6.0 N,绳的一端系在木块上,穿过转台的中心孔O(孔光滑,忽略小滑轮的影响),另一端悬挂一个质量m=1.0 kg 的物体,当转台以角速度=5 rad/s匀速转动