2020版新教材高中物理 課時(shí)素養(yǎng)評價(jià)十四 離心現(xiàn)象（含解析）魯教版必修2

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1、　離心現(xiàn)象 　　　　　　　　 (25分鐘·60分) 一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分) 1.在人們經(jīng)常見到的以下現(xiàn)象中,不屬于離心現(xiàn)象的是 (　　) A.舞蹈演員在表演旋轉(zhuǎn)動作時(shí),裙子會張開 B.在雨中轉(zhuǎn)動一下傘柄,傘面上的雨水會很快地沿傘面運(yùn)動,到達(dá)邊緣后雨水將沿切線方向飛出 C.滿載黃沙或石子的卡車,在急轉(zhuǎn)彎時(shí),部分黃沙或石子會被甩出 D.守門員把足球踢出后,球在空中沿著弧線運(yùn)動 【解析】選D。裙子張開屬于離心現(xiàn)象,傘上的雨水受到的力由于不夠提供向心力導(dǎo)致水滴做離心運(yùn)動,黃沙或石子也是因?yàn)槭艿降牧Σ粔蛱峁┫蛐牧Χ鲭x心運(yùn)動,守門員踢出足球,球在空中沿著弧線運(yùn)

2、動是因?yàn)樽闱蛟诹Φ淖饔孟逻\(yùn)動,不是離心現(xiàn)象。 2.如圖所示,某公園里的過山車駛過軌道的最高點(diǎn)時(shí),乘客在座椅里面頭朝下,人體顛倒,若軌道半徑為R,人體重為mg,要使乘客經(jīng)過軌道最高點(diǎn)時(shí)對座椅的壓力等于自身的重力,則過山車在最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為 (　　) A.0 　　　　　　　　　　 B. C. D. 【解析】選C。由題意知F+mg=2mg=m,故速度大小v=,C正確。 3.如圖所示,一長為L的輕桿一端固定在轉(zhuǎn)軸O上,另一端固定一小球?，F(xiàn)讓小球在豎直平面內(nèi)繞O做圓周運(yùn)動,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,當(dāng)小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí) (　　) A.最小速度為 B.最小速度為0

3、C.桿對小球的作用力只能是向下的拉力 D.小球的速度越大,桿對小球的作用力也越大 【解析】選B。桿既可以提供拉力也可以提供支持力,故C錯誤;小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零,此時(shí)桿的支持力平衡小球的重力,故A錯誤,B正確;當(dāng)小球的速度0時(shí),桿提供拉力,隨小球速度的增加,桿的作用力在增加,故D錯誤。 4.擺式列車是集電腦、自動控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車,如圖所示。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠在現(xiàn)有線路上運(yùn)行,無需對線路等設(shè)施進(jìn)行較大的改造,而是靠擺式車體的先進(jìn)性,實(shí)現(xiàn)高速行車,并能達(dá)到既安全又舒適的要求。運(yùn)行實(shí)踐表明:擺式列

4、車通過曲線速度可提高20%～40%,最高可達(dá)50%,擺式列車不愧為“曲線沖刺能手”。假設(shè)有一超高速列車在水平面內(nèi)行駛,以360 km/h的速度拐彎,拐彎半徑為1 km,則質(zhì)量為50 kg的乘客,在拐彎過程中所受到的向心力為 (　　) A.500 N　　　　　　　　　　 B.1 000 N C.500 N D.0 【解析】選A。360 km/h=100 m/s,乘客在列車拐彎過程中所受的合外力提供向心力,F=m=50× N=500 N,故A正確。 5.如圖所示為火車在水平路基上拐彎處的截面示意圖,彎道的半徑為R,軌道的外軌略高于內(nèi)軌,軌道平面傾角為θ(θ很小)。當(dāng)火車

5、以大小為v=的速度通過此彎道時(shí),則火車 (　　) A.所受支持力N的豎直分量大于重力G B.所受支持力N的平行斜面分量提供向心力 C.所受重力G在平行于軌道平面方向上的分量提供向心力 D.所受重力G在垂直于軌道平面方向上的分量與支持力N平衡 【解析】選D?；疖囈阅骋凰俣葀通過某彎道時(shí),若內(nèi)、外軌道均不受側(cè)壓力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力:F合=mgtanθ,合力等于向心力,故得:mgtanθ=m,解得:v=,即若速度為,火車只受重力、支持力,合力為向心力。所受支持力N的豎直分量等于重力G,則A錯誤;所受支持力N的水平分量即為合力,提供向心力,則B錯誤;重力分解為

6、沿水平方向與垂直于軌道方向兩個(gè)分量,水平方向分量提供向心力,另一方向與支持力N平衡,則C錯誤,D正確。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 　　雜技演員表演“水流星”,在長為0.9 m的細(xì)繩的一端,系一個(gè)與水的總質(zhì)量為m=0.5 kg的盛水容器,以繩的另一端為圓心,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動,如圖所示。若“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)的速率為3 m/s,則下列說法正確的是(g取10 m/s2) (　　) A.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),有水從容器中流出 B.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),繩的張力及容器底部受到水的壓力均為零 C.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),處于完全失重狀態(tài),不受力的作用 D.“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí),繩子的拉力

7、大小為5 N 【解析】選B。當(dāng)繩的張力恰好為零時(shí),對水和容器整體,根據(jù)牛頓第二定律有mg=m,解得v== m/s=3 m/s。可知,“水流星”通過最高點(diǎn)的最小速度為3 m/s,繩的張力為零,此時(shí)整體的加速度為a=g,重力恰好完全提供向心力,處于完全失重狀態(tài),所以水對容器底壓力為零,水不會從容器中流出,故選項(xiàng)B正確。 6.半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上(如圖所示),頂部有一小物體A,今給它一個(gè)水平初速度v0=,則物體將 (　　) A.沿球面下滑至M點(diǎn) B.沿球面下滑至某一點(diǎn)N,便離開球面做斜下拋運(yùn)動 C.沿半徑大于R的新圓弧軌道做圓周運(yùn)動 D.立即離開半圓球做平拋運(yùn)動 【解

8、析】選D。當(dāng)v0=時(shí),所需向心力Fn=m=mg,此時(shí),物體與半球面頂部接觸但無彈力作用,物體只受重力作用,故做平拋運(yùn)動。 二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位) 7.(10分)如圖所示,質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的拱橋。重力加速度為g。 求: (1)汽車在橋頂時(shí)的角速度大小ω。 (2)汽車在橋頂時(shí)對橋面的壓力大小F。 【解析】(1)根據(jù)角速度與線速度關(guān)系得:ω=。 (2)根據(jù)牛頓第二定律mg-FN=m得:FN=mg-m 根據(jù)牛頓第三定律,汽車對橋面壓力為:F=FN=mg-m。 答案:(1)　(2)mg-m

9、 8.(14分)質(zhì)量為0.2 kg的小球固定在長為0.9 m的輕桿一端,桿可繞過另一端O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。(g取10 m/s2)求: (1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為多大時(shí),球?qū)U的作用力為零。 (2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度分別為6 m/s和1.5 m/s時(shí),球?qū)U的作用力。 【解析】(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)對桿的作用力為零時(shí),重力提供向心力,則mg=m,解得v0=3 m/s。 (2)v1>v0,由牛頓第二定律得:mg+F1=m,由牛頓第三定律得:F1′=F1,解得F1′=6 N,方向豎直向上。 v2

10、F2′=1.5 N,方向豎直向下。 答案:(1)3 m/s　(2)6 N,方向豎直向上　1.5 N,方向豎直向下 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 　　汽車試車場中有一個(gè)檢測汽車在極限狀態(tài)下的車速的試車道,試車道呈錐面(漏斗狀),側(cè)面圖如圖所示。測試的汽車質(zhì)量m=1 t,車道轉(zhuǎn)彎半徑r=150 m,路面傾斜角θ=45°,路面與車胎的動摩擦因數(shù)μ為0.25,設(shè)路面與車胎的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,(g取10 m/s2)求: (1)若汽車恰好不受路面摩擦力,則其速度應(yīng)為多大? (2)汽車在該車道上所能允許的最小車速。 【解析】(1)汽車恰好不受路面摩擦力時(shí),由重力和支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第

11、二定律得:mgtan θ=m 解得:v≈38.7 m/s。 (2)當(dāng)車道對車的摩擦力沿車道向上且等于最大靜摩擦力時(shí),車速最小,受力如圖,根據(jù)牛頓第二定律得: Nsin θ-fcos θ=m Ncos θ+fsin θ-mg=0 f=μN(yùn) 解得:vmin=30 m/s。 答案:(1)38.7 m/s　(2)30 m/s 　　　　　　　　 (15分鐘·40分) 9.(6分)(多選) 如圖所示,光滑水平面上,質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動。若小球運(yùn)動到P點(diǎn)時(shí),拉力F發(fā)生變化,下列關(guān)于小球運(yùn)動情況的說法中正確的是 (　　) A.若拉力突然變大,小球?qū)⒀剀壽EP

12、b做離心運(yùn)動 B.若拉力突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動 C.若拉力突然消失,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動 D.若拉力突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動 【解析】選B、C。若拉力突然變大,則小球?qū)⒆鼋倪\(yùn)動,不會沿軌跡Pb做離心運(yùn)動,A錯誤。若拉力突然變小,則小球?qū)⒆鲭x心運(yùn)動,但由于力與速度有一定的夾角,故小球?qū)⒆銮€運(yùn)動,B正確,D錯誤。若拉力突然消失,則小球?qū)⒀刂鳳點(diǎn)處的切線運(yùn)動,C正確。 10.(6分)質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓管軌道內(nèi)運(yùn)動,小球的直徑略小于圓管的直徑,如圖所示。已知小球以速度v通過最高點(diǎn)時(shí)對圓管的外壁的壓力恰好為mg,則小球以速度通過圓管的最高點(diǎn)時(shí) (

13、　　) A.小球?qū)A管的內(nèi)、外壁均無壓力 B.小球?qū)A管的外壁的壓力等于 C.小球?qū)A管的內(nèi)壁的壓力等于 D.小球?qū)A管的內(nèi)壁的壓力等于mg 【解析】選C。依題意,小球以速度v通過最高點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律得2mg=m① 令小球以速度通過圓管的最高點(diǎn)時(shí)小球受向下的壓力N,有 mg+N=m② 由①②式解得N=- 上式表明,小球受到向上的壓力,由牛頓第三定律知小球?qū)A管內(nèi)壁有向下的壓力,大小為。選項(xiàng)C正確。 11.(6分)如圖所示,汽車車廂頂部懸掛一個(gè)輕質(zhì)彈簧,彈簧下端拴一個(gè)質(zhì)量為m的小球。當(dāng)汽車以某一速率在水平地面上勻速行駛時(shí),彈簧長度為L1,當(dāng)汽車以大小相同的速度勻速通過

14、一個(gè)橋面為圓弧形的凸形橋的最高點(diǎn)時(shí),彈簧長度為L2,下列選項(xiàng)中正確的是 (　　) A.L1=L2　　　　　　 B.L1>L2 C.L1L2,B正確。 12.(22分)如圖所示,水平長桿AB繞過B端的豎直軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,在桿上套有一個(gè)質(zhì)量m=1 kg的圓環(huán),若圓環(huán)與水平桿間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,且假設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等(g取10 m/s2),求

15、: (1)當(dāng)桿轉(zhuǎn)動的角速度ω=2 rad/s時(shí),圓環(huán)隨桿轉(zhuǎn)動的最大半徑為多大。 (2)如果水平桿轉(zhuǎn)動的角速度降為ω′=1.5 rad/s,圓環(huán)能否相對于桿靜止在原位置,此時(shí)它所受的摩擦力有多大? 【解析】(1)圓環(huán)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動的向心力是桿施加給它的靜摩擦力提供的,則最大向心力F向=μmg,代入公式F向=mRmaxω2,得Rmax=,代入數(shù)據(jù)可得Rmax=1.25 m。 (2)當(dāng)水平桿轉(zhuǎn)動的角速度降為1.5 rad/s時(shí),圓環(huán)所需的向心力減小,則圓環(huán)所受的靜摩擦力隨之減小,不會相對于桿滑動,故圓環(huán)相對于桿仍靜止在原來的位置,此時(shí)的靜摩擦力f=mRmaxω′2≈2.81 N。 答案:(1)1.25 m　(2)能　2.81 N - 9 -