圆周运动检测题(WORD版含答案)

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联立得
A错误,B正确;
CD.小球摆到最低点时,图1中的 ,此时速度满足
由牛顿第二定律得
其中
联立解得
C错误,D正确。
故选BD。
5.如图所示,水平转台上有一个质量为m的小物块,用长为L的轻细绳将物块连接在通过转台中心的转轴上,细绳与竖直转轴的夹角为θ,系统静止时细绳绷直但张力为零.物块与转台ห้องสมุดไป่ตู้动摩擦因数为μ( ),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.物块随转台由静止开始缓慢加速转动,在物块离开转台前()
B.从A到B过程,小球的向心力逐渐增大
C.从B到C过程,小球做变加速曲线运动
D.若从A点静止下滑,小球能沿圆轨道滑到地面
【答案】AB
【解析】
【分析】
【详解】
设重力mg与半径的夹角为 ,对圆弧上的小球受力分析,如图所示
A.建立沿径向和切向的直角坐标系,沿切向由牛顿第二定律有
因夹角 逐渐增大, 增大,则小球沿圆切线方向加速度逐渐增大,故A正确;
故选AD。
3.如图所示,质量相等的A、B两个小球悬于同一悬点O,且在O点下方垂直距离h=1m处的同一水平面内做匀速圆周运动,悬线长L1=3m,L2=2m,则A、B两小球()
A.周期之比T1:T2=2:3B.角速度之比ω1:ω2=1:1
C.线速度之比v1:v2= : D.向心加速度之比a1:a2=8:3
T1:T2=1:1
角速度
则角速度之比
ω1:ω2=1:1
故A错误,B正确;
C.根据合力提供向心力得
解得
根据几何关系可知
故线速度之比
故C正确;
D.向心加速度a=vω,则向心加速度之比等于线速度之比为
故D错误。
故选BC。
4.荡秋千是大家喜爱的一项体育活动。某秋千的简化模型如图所示,长度均为L的两根细绳下端拴一质量为m的小球,上端拴在水平横杆上,小球静止时,细绳与竖直方向的夹角均为 。保持两绳处于伸直状态,将小球拉高H后由静止释放,已知重力加速度为g,忽略空气阻力及摩擦,以下判断正确的是( )
一、第六章圆周运动易错题培优(难)
1.如图所示,在水平圆盘上沿半径方向放置用细线相连的质量均为m的A、B两个物块(可视为质点)。A和B距轴心O的距离分别为rA=R,rB=2R,且A、B与转盘之间的最大静摩擦力都是fm,两物块A和B随着圆盘转动时,始终与圆盘保持相对静止。则在圆盘转动的角速度从0缓慢增大的过程中,下列说法正确的是( )
故选C。
11.如图所示为某一传动机构中两个匀速转动的相互咬合的齿轮,a、b、c、d四点均在齿轮上。a、b、c、d四个点中角速度 与其半径r成反比的两个点是( )
A.a、bB.b、c
C.b、dD.a、d
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
a、b同轴转动,c、d同轴转动,角速度相同,b、c紧密咬合的齿轮是同缘传动,边缘点线速度相等,根据v=ωr得b、c两点角速度 与其半径r成反比,选项B正确,ACD错误。
可得

当轻弹簧长度变为2L时,小球A做圆周运动的半径为0.8L,B错误;
C.当长度为3L时,即
可得
此时弹簧的弹力提供A球做圆周运动的向心力,则
整理得
C正确;
D.由于B球的轨道半径总比A球的大,因此B球先接触转台边沿,D错误。
解得b物体滑离圆盘乙的临界角速度为
同理可得,a物块的临界角速度为
由几何知识知,物体a滑离圆盘时,其位移的最小值为
由题意知,其未与圆盘乙相碰,根据平抛运动规律可知
解得
所以A正确;
B.离开圆盘前,a随圆盘一起做匀速圆周运动,由静摩擦力来提供向心力,所以a所受的摩擦力方向一定指向转轴,B正确;
C.由于
所以一定是b物块先离开圆盘,离开圆盘后,物块做平抛运动,对b物体的水平位移为
B.当 时,对物体受力分析,有
解得小球的质量为
B错误;
D.小球经过最高点时,根据牛顿第二定律有
解得
所以图乙图线的斜率为
所以绳长不变,用质量更大的球做实验,得到的图线斜率更大,D正确;
C.当 时,有
所以小球质量不变,换绳长更长的轻绳做实验,图线a点的位置将会发生变化,C错误。
故选D。
10.如图所示,粗糙水平圆盘上,质量相等的A、B两物块叠放在一起,随圆盘一起做匀速圆周运动,则下列说法正确的是()
A.小球释放瞬间处于平衡状态
B.小球释放瞬间,每根细绳的拉力大小均为
C.小球摆到最低点时,每根细绳的拉力大小均为
D.小球摆到最低点时,每根细绳的拉力大小均为
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
AB.设每根绳的拉力大小为T,小球释放瞬间,受力分析如图1,所受合力不为0
由于速度为0,则有
如图2,由几何关系,有
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】
AB.小球做圆周运动所需要的向心力由重力mg和悬线拉力F的合力提供,设悬线与竖直方向的夹角为θ。对任意一球受力分析,由牛顿第二定律有:
在竖直方向有
Fcosθ-mg=0…①
在水平方向有
…②
由①②得
分析题意可知,连接两小球的悬线的悬点距两小球运动平面的距离为h=Lcosθ,相等,所以周期相等
A.小球均静止时,弹簧的长度为L-
B.角速度ω=ω0时,小球A对弹簧的压力为mg
C.角速度ω0=
D.角速度从ω0继续增大的过程中,小球A对弹簧的压力不变
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A.若两球静止时,均受力平衡,对B球分析可知杆的弹力为零,

设弹簧的压缩量为x,再对A球分析可得:

故弹簧的长度为:

可知随着角速度增大,细线的拉力T增大,A的摩擦力 将减小到零然后反向增大,当A的摩擦力反向增大到最大,即 时,解得
角速度再继续增大,整体会发生滑动。
由以上分析,可知AB错误,CD正确。
故选CD。
2.如图所示,水平的木板B托着木块A一起在竖直平面内做圆心为O的匀速圆周运动,Oa水平,从最高点b沿顺时针方向运动到a点的过程中( )
故A项正确;
BC.当转动的角速度为ω0时,小球B刚好离开台面,即 ,设杆与转盘的夹角为 ,由牛顿第二定律可知:
而对A球依然处于平衡,有:
而由几何关系:
联立四式解得:

则弹簧对A球的弹力为2mg,由牛顿第三定律可知A球队弹簧的压力为2mg,故B错误,C正确;
D.当角速度从ω0继续增大,B球将飘起来,杆与水平方向的夹角 变小,对A与B的系统,在竖直方向始终处于平衡,有:
故选B。
12.如图所示,转台上固定有一长为4L的水平光滑细杆,两个中心有孔的小球A、B从细杆穿过并用原长为L的轻弹簧连接起来,小球A、B的质量分别为3m、2m。竖直转轴处于转台及细杆的中心轴线上,当转台绕转轴匀速转动时( )
A.小球A、B受到的向心力之比为3:2
B.当轻弹簧长度变为2L时,小球A做圆周运动的半径为1.5L
A.利用该装置可以得出重力加速度
B.利用该装置可以得出小球的质量
C.小球质量不变,换绳长更长的轻绳做实验,图线a点的位置不变
D.绳长不变,用质量更大的球做实验,得到的图线斜率更大
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A.由图乙可知当 时,此时绳子的拉力为零,物体的重力提供向心力,则
解得
所以
则重力加速度
A错误;
故选AB。
8.如图所示,半径分别为R和2R的甲、乙两薄圆盘固定在同一转轴上,距地面的高度分别为2h和h,两物块a、b分别置于圆盘边缘,a、b与圆盘间的动摩擦因数μ相等,转轴从静止开始缓慢加速转动,观察发现,a离开圆盘甲后,未与圆盘乙发生碰撞,重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则( )
A.动摩擦因数μ一定大于
同理可得,a物体的水平位移为
故离开圆盘后a的水平位移等于b的水平位移,所以C错误;
D.当

a的落地点距转轴的距离为
同理,b的落地点距转轴的距离为

所以D正确。
故选ABD。
9.如图甲,一长为R且不可伸长的轻绳一端固定在O点,另一端系住一小球,使小球在竖直面内圆周运动,小球经过最高点的速度大小为v,此时绳子拉力大小为F,拉力F与速度的平方r2的关系如图乙所示,以下说法正确的是( )
A.B对A的支持力越来越大
B.B对A的支持力越来越小
C.B对A的摩擦力越来越小
D.B对A的摩擦力越来越大
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
由于始终做匀速圆周运动,合力指向圆心,合力大小不变,从最高点b沿顺时针方向运动到a点的过程中,合力的水平分量越来越大,竖直向下的分量越来越小,而合力由重力,支持力和摩擦力提供,因此对A进行受力分析可知,A受到的摩擦力越来越大,B对A的支持力越来越大,因此AD正确,BC错误。
A.B所受合力一直等于A所受合力
B.A受到的摩擦力一直指向圆心
C.B受到的摩擦力先增大后不变
D.A、B两物块与圆盘保持相对静止的最大角速度ωm=
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
当圆盘角速度比较小时,由静摩擦力提供向心力。两个物块的角速度相等,由 可知半径大的物块B所受的合力大,需要的向心力增加快,最先达到最大静摩擦力,之后保持不变。当B的摩擦力达到最大静摩擦力之后,细线开始提供拉力,根据
B.从A到B过程小球加速运动,线速度逐渐增大,由向心力 可知,小球的向心力逐渐增大,故B正确;
C.从B到C过程已离开圆弧,在空中只受重力,则加速度恒为g,做匀变速曲线运动(斜下抛运动),故C错误;
D.若从A点静止下滑,当下滑到某一位置时斜面的支持力等于零,此时小球会离开圆弧做斜下抛运动而不会沿圆轨道滑到地面,故D错误。
B.两物体随圆盘转动,角速度相同为 ,运动半径为 ,则两物体转动所需的向心力均为 ,即B运动所需的向心力等于A运动所需的向心力,故B错误;
C.对整体由牛顿第二定律可知
对A由牛顿第二定律得
则盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍,故C正确;
D.在增大圆盘转速的瞬间,两物体有沿半径向外的趋势和沿切线向后的趋势,则此时静摩擦力方向在径向和切向之间,与线速度成锐角,径向分力继续提供向心力,切向分力提供切向加速度使线速度增大,从而保证滑块继续跟着圆盘转动,而物体随转盘一起转时静摩擦力又恢复成沿半径方向提供向心力,故增大圆盘转速,盘对B的摩擦力大小不断增大,但方向不是始终指向圆心,故D错误。
B.离开圆盘前,a所受的摩擦力方向一定指向转轴
C.离开圆盘后,a运动的水平位移大于b运动的水平位移
D.若 ,落地后a、b到转轴的距离之比为
【答案】ABD
【解析】
【详解】
A.由题意可知,两物块随圆盘转动的角速度相同,当最大静摩擦力提供物体向心力时,此时的角速度为物体随圆盘做圆周运动的最大角速度,为临界角速度,根据牛顿第二定律得
C.当绳中刚好要出现拉力时,
故 ,C正确;
D.当物块和转台之间摩擦力为0时,物块开始离开转台,故
角速度为 ,故D正确;
故选CD。
6.如图所示,足够大的水平圆台中央固定一光滑竖直细杆,原长为L的轻质弹簧套在竖直杆上,质量均为m的光滑小球A、B用长为L的轻杆及光滑铰链相连,小球A穿过竖直杆置于弹簧上。让小球B以不同的角速度ω绕竖直杆匀速转动,当转动的角速度为ω0时,小球B刚好离开台面。弹簧始终在弹性限度内,劲度系数为k,重力加速度为g,则
C.当轻弹簧长度变为3L时,转台转动的角速度为ω,则弹簧的劲度系数为1.8mω²
D.如果角速度逐渐增大,小球A先接触转台边沿
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.由于弹簧的拉力提供小球做圆周运动的向心力,弹簧对两个小球的拉力相等,因此两个小球的向心力相等,A错误;
B.由于向心力相等,因此
而轻弹簧长度变为2L时
则弹簧对A球的弹力是2mg,由牛顿第三定律可知A球队弹簧的压力依然为2mg,故D正确;
故选ACD。
7.如图,在竖直平面内固定半径为r的光滑半圆轨道,小球以水平速度v0从轨道外侧面的A点出发沿圆轨道运动,至B点时脱离轨道,最终落在水平面上的C点,不计空气阻力、下列说法正确的是()
A.从A到B过程,小球沿圆切线方向加速度逐渐增大
A.物块对转台的压力大小等于物块的重力
B.转台加速转动的过程中物块受转台的静摩擦力方向始终指向转轴
C.绳中刚出现拉力时,转台的角速度为
D.物块能在转台上随转台一起转动的最大角速度为
【答案】CD
【解析】
【详解】
A.当转台达到一定转速后,物块竖直方向受到绳的拉力,重力和支持力,故A错误;
B.转台加速转动的过程中,物块做非匀速圆周运动,故摩擦力不指向圆心,B错误;
A.A对B的摩擦力指向圆心
B.B运动所需的向心力大于A运动所需的向心力
C.盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍
D.若逐渐增大圆盘的转速(A、B两物块仍相对盘静止),盘对B的摩擦力始终指向圆心且不断增大
【答案】C
【解析】
【详解】
A.两物体随圆盘转动,都有沿半径向外的滑动趋势,受力分析如图
则所受静摩擦力均沿半径指向圆心,由牛顿第三定理可知A对B的静摩擦力沿半径向外,故A错误;
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