2020高中物理 第五章 曲线运动 第6节 向心力优练（含解析）新人教版必修2

向心力 基础夯实 一、选择题(13题为单选题，46题为多选题)1关于向心力的说法正确的是(b)a物体由于做圆周运动还受到一个向心力b向心力可以是任何性质的力c做匀速圆周运动的物体其向心力是恒力d做圆周运动的物体所受各力的合力一定提供向心力解析：由向心力的概念易判选项b正确，a、c、d错误。2(2019河北定州中学高一下学期检测)如图所示，某物体沿光滑圆弧轨道由最高点滑到最低点过程中，物体的速率逐渐增大，则(d)a物体的合外力为零b物体的合力大小不变，方向始终指向圆心oc物体的合外力就是向心力d物体的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外)解析：物体做加速曲线运动，合力不为零，a错；物体做速度大小变化的圆周运动，合力不指向圆心，合力沿半径方向的分力提供向心力，合力沿切线方向的分力使物体速度变大，即除在最低点外，物体的速度方向与合力方向间的夹角为锐角，合力方向与速度方向不垂直，b、c错，d对。3(2018重庆十一中高一下学期期中)如图所示，一圆柱形容器绕其轴线匀速转动，内部有a、b两个物体，均与容器的接触面间始终保持相对静止。当转速增大后(a、b与容器接触面间仍相对静止)，下列说法正确的是(d)a两物体受到的摩擦力都增大b两物体受到的摩擦力大小都不变c物体a受到的摩擦力增大，物体b受到的摩擦力大小不变d物体a到的摩擦力大小不变，物体b受到的摩擦力增大解析：容器绕其轴线转动时，两个物体随容器一起转动，以a为研究对象，在水平方向上，容器施加的弹力提供a做圆周运动的向心力；在竖直方向，重力和静摩擦力平衡，所以当转速增大后，物体a受到的摩擦力大小保持不变。以b为研究对象，水平方向的静摩擦力提供向心力，由ffnm2r得其受到的摩擦力随着转速的增大而增大，故d正确。4如图所示，一小球用细绳悬挂于o点，将其拉离竖直位置一个角度后释放，则小球以o点为圆心做圆周运动，运动中小球所需的向心力是(cd)a绳的拉力b重力和绳拉力的合力c重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力d绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力解析：小球在竖直平面内做变速圆周运动，受重力和绳的拉力作用，由于向心力是指向圆心方向的合外力，因此它可以是小球所受合力沿绳方向的分力，也可以是各力沿绳方向的分力的合力，故选c、d。5上海磁悬浮线路的最大转弯处半径达到8 000 m，如图所示，近距离用肉眼看几乎是一条直线，而转弯处最小半径也达到1 300 m，一个质量为50 kg的乘客坐在以360 km/h的不变速率行驶的车里，随车驶过半径为2 500 m的弯道，下列说法正确的是(ad)a乘客受到的向心力大小约为200 nb乘客受到的向心力大小约为539 nc乘客受到的向心力大小约为300 nd弯道半径设计的特别大可以使乘客在转弯时更舒适解析：由fnm，可得fn200 n，选项a正确。设计半径越大，转弯时乘客所需要的向心力越小，转弯时就越舒适，d正确。6如图所示，长为l的悬线固定在o点，在o点正下方处有一钉子c，把悬线另一端质量为m的小球拉到跟悬点在同一水平面上无初速度释放，小球运动到悬点正下方时悬线碰到钉子，则(cd)a小球的线速度突然增大b小球的角速度突然减小c悬线上的拉力突然增大d小球的向心加速度突然增大解析：小球经过最低点前后瞬间线速度大小不变，转动的半径减小，根据vr知，角速度增大，故a、b错误；根据a知，线速度大小不变，半径减小，向心加速度增大，根据牛顿第二定律fmgm得，悬线的拉力增大，故cd正确。二、非选择题7图甲为游乐场的悬空旋转椅，我们把这种情况抽象为图乙的模型：一质量m40 kg的球通过长l12.5 m的轻绳悬于竖直平面内的直角杆上，水平杆长l7.5 m。整个装置绕竖直杆转动，绳子与竖直方向成角。当37时，(取sin370.6，cos370.8，g9.8 m/s2)求：(1)绳子的拉力大小。(2)该装置转动的角速度。答案：(1)490 n(2)0.7 rad/s解析：(1)对球受力分析如图所示，则ft490 n。(2)球做圆周运动的向心力由重力和绳子的拉力的合力提供，即mgtan37m2(lsin37l)，得0.7 rad/s。 能力提升 一、选择题(14题为单选题，5题为多选题)1(2019河北省承德一中高一下学期检测)如图所示，将完全相同的两小球a、b用长l0.8 m的细绳悬于v4m/s向右匀速运动的小车顶部，两球与小车前后壁接触，由于某种原因，小车突然停止，此时两悬线的拉力之比fbfa为(g10 m/s2)(c)a11b12c13d14解析：fbmg，famgm3mgfbfa13。2(2019四川省资阳中学高一下学期期中)质量不计的轻质弹性杆p插在桌面上，杆端套有一个质量为m的小球，今使小球沿水平方向做半径为r的匀速圆周运动，角速度为，如图所示，则杆的上端受到的作用力大小为(c)am2rbcd不能确定解析：小球在重力和杆的作用力下做匀速圆周运动。这两个力的合力充当向心力必指向圆心，如图所示。用力的合成法可得杆的作用力：f，根据牛顿第三定律，小球对杆的上端的反作用力ff，c正确。3两根长度不同的细线下面分别悬挂着小球，细线上端固定在同一点，若两个小球以相同的角速度，绕共同的竖直轴在水平面内做匀速圆周运动，则两个小球在运动过程中的相对位置关系示意图正确的是(c)解析：对其中一个小球受力分析，受重力，绳子的拉力，由于小球做匀速圆周运动，故合力提供向心力；将重力与拉力合成，合力指向圆心，由几何关系得，合力：fmgtan由向心力公式得到，fm2r设球与悬挂点间的高度差为h，由几何关系，得：rhtan由三式得，h，与绳子的长度和转动半径无关，选项c正确。4(2017江西省南昌八一中学、洪都中学、麻丘中学、十七中、桑海中学高一下学期联考)用一根细线一端系一可视为质点的小球，另一端固定在一光滑锥顶上，如图所示，设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为，线的张力为t，则t随2变化的图像是(c) 解析：设绳长为l，锥面与竖直方向夹角为，当0时，小球静止，受重力mg、支持力n和绳的拉力t而平衡，tmgcos0，所以a项、b项都不正确；增大时，t增大，n减小，当n0时，角速度为0。当0时，由牛顿第二定律得，tsinncosm2lsin，tcosnsinmg，解得tm2lsin2mgcos；当0时，小球离开锥面，绳与竖直方向夹角变大，设为，由牛顿第二定律得tsinm2lsin，所以tml2，可知t2图线的斜率变大，所以c项正确，d错误。故选c。5球a和球b可在光滑杆上无摩擦滑动，两球用一根细绳连接如右图所示，球a的质量是球b的两倍，当杆以角速度匀速转动时，两球刚好保持与杆无相对滑动，那么(bc)a球a受到的向心力大于球b受到的向心力b球a转动的半径是球b转动半径的一半c当a球质量增大时，球a向外运动d当增大时，球b向外运动解析：因为杆光滑，两球的相互拉力提供向心力，所以fafb，a错误；由fm2r，ma2mb，得rb2ra，b正确；当a球质量增大时，球a向外运动，c正确；当增大时，球b不动，d错误。二、非选择题6如图所示，水平转盘上放有质量为m的物体(可视为质点)，连接物体和转轴的绳子长为r，物体与转盘间的最大静摩擦力是其压力的倍，转盘的角速度由零逐渐增大，求：(1)绳子对物体的拉力为零时的最大角速度；(2)当角速度为时，绳子对物体拉力的大小。答案：(1)(2)mg解析：(1)当恰由最大静摩擦力提供向心力时，绳子拉力为零且转速达到最大，设转盘转动的角速度为0，则mgmr，得0(2)当时，0，所以绳子的拉力f和最大静摩擦力共同提供向心力，此时，fmgm2r即fmgmr，得fmg7如图所示是一游乐转筒的模型图，它是一个半径约为3 m的直圆筒，可绕中间的轴转动，里面的乘客背靠圆筒壁站立。当转筒转速达到至少每分钟30圈时，乘客脚下的踏板突然脱落，要保证乘客的安全，使人随转筒一起转动而不掉下来，则乘客与转筒之间的动摩擦因数至少多大？(g取10 m/s