2019-2020年高中物理第4章勻速圓周運(yùn)動(dòng)章末檢測含解析魯科版.doc

2019-2020年高中物理第4章勻速圓周運(yùn)動(dòng)章末檢測含解析魯科版一、選擇題(本大題共8小題，每小題6分，共48分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是正確的)1物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)于受力情況，下列說法中正確的是()A必須受到恒力的作用B物體所受合力必須等于零C物體所受合力大小可能變化D物體所受合力大小不變，方向不斷改變解析：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，就一定是變速運(yùn)動(dòng)，合力一定不為零，故B錯(cuò)誤。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力充當(dāng)向心力，合力的大小是恒定的，但方向是時(shí)刻改變的，所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的力一定是一個(gè)變力，故A、C錯(cuò)誤，D正確。答案：D2曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，它的一端有一半徑為r01.0 cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如圖1所示，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，自行車車輪的半徑R135 cm，小齒輪的半徑R24.0 cm，大齒輪的半徑R310.0 cm。要使小輪的角速度為280 rad/s，大齒輪的角速度為()圖1A3.2 rad/sB6.4 rad/sC1.6 rad/s D2.4 rad/s解析：已知0280 rad/s，設(shè)車輪的角速度為輪，由摩擦小輪和車輪邊緣的線速度相等，可得r00R1輪，大齒輪邊緣的線速度和小齒輪邊緣線速度相等，車輪與小齒輪的角速度相等，所以R33R2輪，聯(lián)立以上兩式得33.2 rad/s。答案：A3.如圖2所示，長為l的輕桿，一端固定一個(gè)小球，另一端固定在光滑的水平軸O上，使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。關(guān)于小球在最高點(diǎn)的速度v，下列敘述中不正確的是()Av的最小值為Bv由零逐漸增大，所需向心力逐漸增大 圖2C當(dāng)v由逐漸增大時(shí)，桿對(duì)小球的彈力逐漸增大D當(dāng)v由逐漸減小時(shí)，桿對(duì)小球的彈力逐漸增大解析：由于桿可以對(duì)小球施加拉力，又可以施加支撐力，因此，在最高點(diǎn)v的最小值可以為零，這時(shí)桿對(duì)球的彈力為支持力，大小等于重力，選項(xiàng)A錯(cuò)。球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力大小由公式Fm知，v增大，向心力F也增大，選項(xiàng)B正確。當(dāng)v時(shí)，重力提供向心力，桿對(duì)球無彈力。當(dāng)v>時(shí)，所需向心力增大，桿必須對(duì)球施以豎直向下的拉力F，與重力一起充當(dāng)向心力，由Fmgm可知Fmmg，v增大，F(xiàn)增大，選項(xiàng)C正確。當(dāng)v<時(shí)，所需向心力減小，桿必須對(duì)球施以豎直向上的支持力F，由mgFm可知Fmgm，v減小時(shí)，F(xiàn)增大，選項(xiàng)D正確。答案：A4.如圖3所示，A、B兩個(gè)齒輪的齒數(shù)分別是z1、z2，各自固定在過O1、O2的軸上。其中過O1的軸與電動(dòng)機(jī)相連，此軸的轉(zhuǎn)速為n1，則下列判斷錯(cuò)誤的是()AB齒輪的轉(zhuǎn)速n2n1圖3BA、B兩齒輪的半徑之比r1r2z1z2C在時(shí)間t內(nèi)，A、B兩齒輪轉(zhuǎn)過的角度之比ABz2z1DB齒輪外緣上一點(diǎn)在時(shí)間t內(nèi)通過的路程sB解析：在齒輪傳動(dòng)裝置中，各齒輪的齒數(shù)是不同的，齒輪的齒數(shù)對(duì)應(yīng)齒輪的周長，在齒輪傳動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速變換時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)相等，相當(dāng)于每個(gè)接合的齒輪邊緣處的線速度大小相等，因此齒輪的轉(zhuǎn)速與齒數(shù)成反比，所以B齒輪的轉(zhuǎn)速n2n1，選項(xiàng)A正確；A齒輪邊緣的線速度大小v11r12n1r1，B齒輪邊緣的線速度大小v22r22n2r2，兩齒輪邊緣上各點(diǎn)的線速度大小相等，即v1v2，所以有2n1r12n2r2，則兩齒輪的半徑之比r1r2n1n2z1z2，選項(xiàng)B正確；在時(shí)間t內(nèi)，A、B轉(zhuǎn)過的角度分別為A1t2n1t，B2t2n2t，所以兩齒輪轉(zhuǎn)過的角度之比ABn1n2z2z1，選項(xiàng)C正確；B齒輪外緣上一點(diǎn)在時(shí)間t內(nèi)通過的路程為sBv2t2r2t，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：D5.如圖4所示，將完全相同的兩小球A、B用長L0.8 m的細(xì)繩懸于以v4 m/s向左勻速運(yùn)動(dòng)的小車頂部，兩球與小車前后壁接觸。由于某種原因，小車突然停止，此時(shí)懸線中張力之比TATB為(g10 m/s2)() 圖4A11 B12C13 D14解析：小車突然停止，B球?qū)⒆鰣A周運(yùn)動(dòng)，所以TBmmg30m；A球：TAmg10m，故此時(shí)懸線中張力之比為TATB13，C選項(xiàng)正確。答案：C6.如圖5所示，小球P用兩根長度相等、不可伸長的細(xì)繩系于豎直桿上，隨桿轉(zhuǎn)動(dòng)。若轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為，則下列說法錯(cuò)誤的是()A只有超過某一值時(shí)，繩子AP才有拉力B繩子BP的拉力隨的增大而增大C繩子BP的張力一定大于繩子AP的張力圖5D當(dāng)增大到一定程度時(shí)，繩子AP的張力大于繩子BP的張力解析：當(dāng)細(xì)繩AP伸直卻無張力時(shí)的臨界條件，設(shè)繩長為l對(duì)P受力分析如圖所示：則水平方向上：Fx合FBPcos 豎直方向上：FBPsinmg 又Fx合mr02 rlcos 由解得0當(dāng)<0時(shí)，小球P的重力和繩BP的張力的合力提供向心力當(dāng)>0時(shí)，繩AP有張力。此時(shí)：FBPcos FAPcos m2rFBPsin FAPsin mg由知：FBPsin >FAPsin 即FBP>FAP，所以C對(duì)D錯(cuò)；當(dāng)>0時(shí)，繩子AP才有拉力，A對(duì)；當(dāng)<0時(shí)，由得FBPm2l當(dāng)增大時(shí)，F(xiàn)BP增大當(dāng)<0時(shí)，由得，F(xiàn)BP(m2l)sin 為定值，F(xiàn)BP隨的增大而增大，故B對(duì)，所以選D。答案：D7.如圖6所示，用兩個(gè)相同材料制成的靠摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)的輪A和B水平放置，兩輪半徑RA2RB。當(dāng)主動(dòng)輪A勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在A輪邊緣上放置的 圖6小木塊恰能相對(duì)靜止于A輪邊緣上，若將小木塊放在B輪上，欲使木塊相對(duì)B輪也靜止，則木塊距B輪轉(zhuǎn)軸的最大距離為()ARB/4 BRB/3CRB/2 DRB解析：當(dāng)主動(dòng)輪A勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A、B兩輪邊緣上的線速度大小相等。由得由于小木塊恰能在A邊緣靜止，則mgmA2RA設(shè)放在B輪上能使木塊相對(duì)靜止時(shí)距B轉(zhuǎn)軸的最大距離為r，則mgmB2r因A、B材料相同，故木塊與A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同。式左邊相等，故mA2RAmB2rr()2RA()2RA。所以選項(xiàng)C正確。答案：C8.如圖7所示，有一質(zhì)量為M的大圓環(huán)，半徑為R，被一輕桿固定后懸掛在O點(diǎn)，有兩個(gè)質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn))，同時(shí)從大環(huán)兩側(cè)的對(duì)稱位置由靜止滑下，兩小環(huán)同時(shí)滑到大環(huán)底部時(shí)，速度都為v，則此時(shí)大環(huán)對(duì)輕桿的拉力大小為()A2(m2M)g BMg2m 圖7C2m(g)Mg Dmg2m(g)Mg解析：設(shè)每個(gè)小環(huán)滑到大環(huán)底部時(shí)，受到大環(huán)的支持力為N，由牛頓第二定律得Nmgm，由牛頓第三定律知，小球?qū)Υ蟓h(huán)向下的壓力大小也為N。對(duì)大環(huán)受力分析，由平衡條件可得輕桿對(duì)大環(huán)的拉力為FMg2N2m(g)Mg，所以大桿對(duì)輕桿的拉力大小為2m(g)Mg，選項(xiàng)C正確。答案：C二、填空題(本題共1題，共12分，把答案填在題中橫線上或按要求作答)9(12分)一物理興趣小組利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力與角速度、半徑的關(guān)系。(1)他們讓一砝碼做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)，數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過測量和計(jì)算得到若干組向心力F和對(duì)應(yīng)的角速度，如下表，請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖8中繪出F的關(guān)系圖像。序號(hào)12345678F/N2.421.901.430.970.760.500.230.06/rads128.825.722.018.015.913.08.54.3圖8(2)通過對(duì)圖像的觀察，興趣小組的同學(xué)猜測F與2成正比，你認(rèn)為，可以通過進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，做出_關(guān)系圖像來確定他們的猜測是否正確。(3)如果他們的猜測成立，則你認(rèn)為他們依據(jù)的是_。答案：(1)如圖所示(2)F2(3)由于在F2圖像中，圖線為過原點(diǎn)的直線。三、計(jì)算題(本題包括3小題，共40分，解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)10(12分)如圖9所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓盤上，沿半徑方向放置兩個(gè)和細(xì)線相連的、質(zhì)量均為m的小物體A、B，它們到轉(zhuǎn)軸的距離分別為RA20 cm，RB30 cm，A、B與盤面間的最大靜摩擦力均為其重力的0.4倍，試求：(取g10 m/s2)。(1)當(dāng)細(xì)線上開始出現(xiàn)張力時(shí)，圓盤的角速度0。(2)當(dāng)A開始滑動(dòng)時(shí)，圓盤的角速度。圖9(3)當(dāng)A即將滑動(dòng)時(shí)，燒斷細(xì)線，A、B將如何運(yùn)動(dòng)？解析：(1)由于RB>RA，當(dāng)圓盤以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體B所需向心力大，當(dāng)增大到某一數(shù)值時(shí)，圓盤對(duì)B的最大靜摩擦力不足以提供其所需向心力，細(xì)線開始被拉緊產(chǎn)生拉力，由牛頓第二定律得kmgmRB02即0 rad/s3.65 rad/s；(2)當(dāng)A開始滑動(dòng)時(shí)，設(shè)細(xì)線產(chǎn)生的拉力為F，對(duì)B滿足kmgFmRB2對(duì)A滿足kmgFmRA2即2kmgm(RARB)2，解得 rad/s4 rad/s；(3)燒斷細(xì)線后，細(xì)線上張力消失，A與盤面間靜摩擦力減小，繼續(xù)隨盤做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；B由于所受最大靜摩擦力不足以提供其所需向心力而做離心運(yùn)動(dòng)。答案：(1)3.65 rad/s(2)4 rad/s(3)A隨盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，B做離心運(yùn)動(dòng)11(12分)如圖10所示，質(zhì)量M2 kg的滑塊套在光滑的水平軌道上，質(zhì)量m1 kg的小球通過長L0.5 m的輕質(zhì)細(xì)桿與滑塊上的光滑軸O連接，小球和輕桿可在豎直平面內(nèi)繞O軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，開始輕桿處于水平狀態(tài)?，F(xiàn)給小球一個(gè)豎直向上的初速度v04 m/s，g取10 m/s2。若鎖定滑塊，試求小球 圖10通過最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)輕桿的作用力大小和方向。解析：設(shè)小球能通過最高點(diǎn)，且此時(shí)的速度為v1。在上升過程中，因只有重力作功，小球的機(jī)械能守恒。則mv12mgLmv02v1 m/s設(shè)小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，輕桿對(duì)小球的作用力為F，方向向下，則Fmgm由式，得F2 N由牛頓第三定律可知，小球?qū)p桿的作用力大小為2 N，方向豎直向上。答案：2 N豎直向上12(16分)如圖11所示，半徑為R的內(nèi)徑很小的光滑半圓管豎直放置，兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球，以不同的速度進(jìn)入管內(nèi)。A通過最高點(diǎn)C時(shí)，對(duì)管壁上部的壓力為3mg。B通過最高點(diǎn)C時(shí)，對(duì)管壁下部的壓力為0.75mg。求A、B兩球落地點(diǎn)間的距離。 圖11解析：A球通過最高點(diǎn)C時(shí)，對(duì)管的上部有壓力，則A球在最高點(diǎn)C的受力情況如圖所示，則：FN1mgmFN13mg 聯(lián)立得vA2 此后A球以vA做平拋運(yùn)動(dòng)，落地的水平距離為sAvAt24RB球過最高點(diǎn)C時(shí)對(duì)管的下部有壓力，則B球在C點(diǎn)的受力情況如圖所示mgFN2mFN20.75 mg 聯(lián)立得vB同理，B球平拋的水平位移為sBvBtR故ssAsB3R。答案：3R