高考物理一轮复习 专题46 水平面内的圆周运动问题千题精练.docx
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高考物理一轮复习专题46水平面内的圆周运动问题千题精练
【2019最新】精选高考物理一轮复习专题4-6水平面内的圆周运动问题千题精练
一.选择题
1.(2018·××市十校期末)计算机中的硬磁盘磁道如图4所示,硬磁盘绕磁道的圆心O转动,A、B两点位于不同的磁道上,线速度分别为vA和vB,向心加速度分别为aA和aB,则它们大小关系正确的是( )
图4
A.vA B.vA>vB aA C.vA D.vA>vB aA>aB 【参考答案】A 2.(2018南宁摸底)如图所示,质量相等的AB两物体紧贴在匀速转动的圆筒的竖直内壁上,随圆筒一起做匀速圆周运动,则下列关系中正确的是 A.线速度vA=vB B.角速度ωA=ωB C.它们受到的合力FA合>FB合 D.它们受到的摩擦力FAf>FBf 【参考答案】C 3.[2018·山东烟台一模]两粗细相同内壁光滑的半圆形圆管ab和bc连接在一起,且在b处相切,固定于水平面上。 一小球从a端以某一初速度进入圆管,并从c端离开圆管。 则小球由圆管ab进入圆管bc后( ) A.线速度变小B.角速度变大 C.向心加速度变小D.小球对管壁的压力变大 【参考答案】C 【名师解析】由于管道光滑,小球到达b点后,重力做功为零,速度大小保持不变,根据v=ωR可知角速度ω减小,根据a=可知向心加速度减小,根据F=ma可知小球对管道的压力减小,故C正确。 3.(2018山东大学附中质检)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.物块A、B的运动属于匀变速曲线运动 B.B的向心力是A的向心力的2倍 C.盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍 D.若B先滑动,则B与A之间的动摩擦因数μA小于盘与B之间的动摩擦因数μB 【参考答案】C 4.(2018湖南怀化期中联考)质量为m的小球由轻绳a和b分别系于一轻质细杆的B点和A点,如图所示,绳a与水平方向成θ角,绳b在水平方向且长为l,当轻杆绕轴AB以角速度ω匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,则下列说法正确的是 A.a绳的张力可能为零 B.a绳的张力随角速度的增大而增大 C.当角速度,b绳将出现弹力 D.若b绳突然被剪断,则a绳的弹力一定发生变化 【参考答案】C 【名师解析】由于小球m的重力不为零,a绳的张力不可能为零,b绳的张力可能为零,选项A错误;由于a绳的张力在竖直方向的分力等于重力,所以a绳的张力随角速度的增大不变,b绳的张力随角速度的增大而增大,选项B错误;若b绳中的张力为零,设a绳中的张力为F,对小球m,Fsinθ=mg,Fcosθ=mω2l,联立解得: ω=,即当角速度,b绳将出现弹力,选项C正确;若ω=,b绳突然被剪断,则a绳的弹力不发生变化,选项D错误。 5..(2018·河南洛阳名校联考)在室内自行车比赛中,运动员以速度v在倾角为θ的赛道上做匀速圆周运动。 已知运动员的质量为m,做圆周运动的半径为R,重力加速度为g,则下列说法正确的是( ) A.将运动员和自行车看作一个整体,整体受重力、支持力、摩擦力和向心力的作用 B.运动员受到的合力大小为m,做圆周运动的向心力大小也是m C.运动员做圆周运动的角速度为vR D.如果运动员减速,运动员将做离心运动 【参考答案】B 6.(2018湖北荆州中学质检)在高速公路的拐弯处,通常路面都是外高内低.如图所示,在某路段汽车向左拐弯,司机左侧的路面比右侧的路面低一些.汽车的运动可看做是做半径为R的圆周运动.设内外路面高度差为h,路基的水平宽度为d,路面的宽度为L.已知重力加速度为g.要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向)等于零,则汽车转弯时的车速应等于( ) A.B. C.D. 【参考答案】B 【名师解析】要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向)等于零,重力与支持力的合力等于向心力,mgtanθ=m,tanθ=h/d,联立解得汽车转弯时的车速v=,选项B正确。 7.质量分别为M和m的两个小球,分别用长2l和l的轻绳拴在同一转轴上,当转轴稳定转动时,拴质量为M和m的小球悬线与竖直方向夹角分别为α和β,如图所示,则( ) A.cosα=B.cosα=2cosβ C.tanα=D.tanα=tanβ 【参考答案】A 【名师解析】以M为研究对象受力分析,由牛顿第二定律得Mgtanα=Mω·2lsinα,解得ω=。 同理: 以m为研究对象: ω=。 因ω1=ω2,所以2cosα=cosβ,故A正确。 8.水平转台上有质量相等的A、B两小物块,两小物块间用沿半径方向的细线相连,两物块始终相对转台静止,其位置如图所示(俯视图),两小物块与转台间的最大静摩擦力均为f0,则两小物块所受摩擦力FA、FB随转台角速度的平方(ω2)的变化关系正确的是( ) 【参考答案】B 9.[2017·云南省高三一统]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ω。 线的张力为FT,则FT随ω2变化的图象是下图中的( ) 【参考答案】C 【名师解析】当ω较小时,斜面对小球有支持力,当ω=ω0时,FN=0,当ω<ω0时,受力分析如图甲, FTsinθ+FNcosθ=mg FTcosθ-FNsinθ=mω2r 则FT=mgsinθ+mω2rcosθ FTω2函数为一次函数,斜率为mrcosθ 当ω>ω0时,受力分析如图乙, FTsinα=mω2Lsinα FT=mω2L FTω2的函数为正比例,斜率为mL>mrcosθ,故C正确。 10.(2017·开封质检)如图所示,在匀速转动的水平圆盘上,沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两个物体A和B,它们分居圆心两侧,与圆心距离分别为RA=r,RB=2r,与盘间的动摩擦因数μ相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时,下列说法正确的是( ) A.此时绳子张力为T=3μmg B.此时圆盘的角速度为ω= C.此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆外 D.此时烧断绳子,A仍相对盘静止,B将做离心运动 【参考答案】ABC 11.(2016·西安八校联考)如图所示,两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上,两者用长为L的细绳连接,木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K倍,A放在距离转轴L处,整个装置能绕通过转盘中心的转轴O1O2转动,开始时,绳恰好伸直但无弹力,现让该装置从静止开始转动,使角速度缓慢增大,以下说法正确的是( ) A.当ω>时,A、B相对于转盘会滑动 B.当ω>时,绳子一定有弹力 C.ω在<ω<范围内增大时,B所受摩擦力变大 D.ω在0<ω<范围内增大时,A所受摩擦力一直变大 【参考答案】ABD 12. (2016·福建晋江月考)如图所示,AB为竖直转轴,细绳AC和BC的结点C系一质量为m的小球,两绳能承受的最大拉力均为2mg。 当AC和BC均拉直时∠ABC=90°,∠ACB=53°,BC=1m。 ABC能绕竖直轴AB匀速转动,因而C球在水平面内做匀速圆周运动。 当小球的线速度增大时,两绳均会被拉断,则最先被拉断的那根绳及另一根绳被拉断时的速度分别为(g取10m/s2)( ) A.AC 5m/sB.BC 5m/s C.AC 5.24m/sD.BC 5.24m/s 【参考答案】B 13.(2016·上海金山月考)有一种杂技表演叫“飞车走壁”,由杂技演员驾驶摩托车沿光滑圆台形表演台的侧壁高速行驶,在水平面内做匀速圆周运动。 图中粗线圆表示摩托车的行驶轨迹,轨迹离地面的高度为h。 如果增大高度h,则下列关于摩托车说法正确的是( ) A.对侧壁的压力FN增大 B.做圆周运动的周期T不变 C.做圆周运动的向心力F增大 D.做圆周运动的线速度增大 【参考答案】D 14.如图所示是某课外研究小组设计的可以用来测量转盘转速的装置。 该装置上方是一与转盘固定在一起有横向均匀刻度的标尺,带孔的小球穿在光滑细杆上与一轻弹簧相连,弹簧的另一端固定在转动轴上,小球可沿杆自由滑动并随转盘在水平面内转动。 当转盘不转动时,指针指在O处,当转盘转动的角速度为ω1时,指针指在A处,当转盘转动的角速度为ω2时,指针指在B处,设弹簧均没有超过弹性限度。 则ω1与ω2的比值为( ) A. B. C. D. 【参考答案】B 【名师解析】小球随转盘转动时由弹簧的弹力提供向心力。 设标尺的最小分度的长度为x,弹簧的劲度系数为k,则有kx=m·4x·ω,k·3x=m·6x·ω,故有ω1∶ω2=1∶,B正确。 15.(多选)如图所示,在光滑的横杆上穿着两质量分别为m1、m2的小球,小球用细线连接起来,当转台匀速转动时,下列说法正确的是( ) A.两小球速率必相等 B.两小球角速度必相等 C.两小球加速度必相等 D.两小球到转轴距离与其质量成反比 【参考答案】BD 16.[多选]如图所示,将一质量m=1.0kg的物体P用两根长度均为l=0.5m且不可伸长的细线1、2系于竖直杆上相距也为l=0.5m的A、B两点,现使物体P随杆一起由静止开始转动,取重力加速度g=10m/s2,则在角速度ω由0逐渐增大的过程中,有( ) A.细线1的拉力与角速度ω2成正比 B.当角速度ω=2rad/s,细线2刚好伸直无拉力 C.随着角速度ω的增加,细线2对物体P的拉力将大于细线1对物体P的拉力 D.当细线2刚好伸直时,物体P的机械能增加了6.25J 【参考答案】BD 【名师解析】当细线2还未伸直时,设细线1与竖直杆之间的夹角为θ,则由合力提供向心力可得FTsinθ=mω2lsinθ,细线1的拉力FT=mω2l∝ω2,细线1的拉力随转动角速度ω的增大而增大;但当细线2伸直后,再增大角速度ω,则不再满足该关系,故选项A错误;当细线2刚好伸直无拉力时,有mgtan60°=mω2lsin60°成立,解得ω=2rad/s,选项B正确;当细线2伸直后,设细线2受到的拉力大小为FT′,竖直方向有FTcos60°-mg-FT′cos60°=0,则FT>FT′,选项C错误;当细线2刚好伸直时,有FT′=0,角速度ω=2rad/s,物体P做圆周运动的半径r=lsin60°,由动能定理可得: WT+WG=ΔEk,又因为WG=-mglsin30°,ΔEk=mω2r2,三式联立并代入数据求解可得WT=6.25J,由功能关系知ΔE=WT,所以选项D正确。 17.(2016·江西南昌月考)如图所示,物块P置于水平转盘上随转盘一起运动,图中c方向沿半径指向圆心,a方向与c方向垂直。 当转盘逆时针转动时,下列说法正确的是( ) A.当转盘匀速转动时,P受摩擦力方向为c B.当转盘匀速转动时,P不受转盘的摩擦力 C.当转盘加速转动时,P受摩擦力方向可能为a D.当转盘减速转动时,P受摩擦力方向可能为b 【参考答案】A 18.如图所示,内壁光滑的竖直圆桶,绕中心轴做匀速圆周运动,一物块用细绳系着,绳的另一端系于圆桶上表面圆心,且物块贴着圆桶内表面随圆桶一起转动,则( ) A.绳的张力可能为零 B.桶对物块的弹力不可能为零 C.随着转动的角速度增大,绳的张力保持不变 D.随着转动的角速度增大,绳的张力一定增大 【参考答案】C 19.如图所示,倾角为30°的斜面连接水平面,在水平面上安装半径为R的半圆竖直挡板,质量为m的小球从斜面上高为处静止释放,到达水平面时恰能贴着挡板内侧运动。 不计小球体积,不计摩擦和机械能损失。 则小球沿挡板运动时对挡板的压力是( ) A.0.5mg B.mg C.1.5mg D.2mg 【参考答案】B 【名师解析】设小球运动至斜面最低点(即进入水平面上的半圆形挡板)时的速度为v,由机械能守恒定律得mg·=mv2,解得v=;依题意可知,小球贴着挡板内侧做匀速圆周运动,所需要的向心力由挡板对它的弹力提供,设该弹力为FN,则FN=m,将v=代入解得FN=mg;由牛顿第三定律可知,小球沿挡板运动时对挡板的压力大小等于mg,故选项B正确。 20.如图所示,“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上。 不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时,下列说法正确的是( ) A.A的速度比B的大 B.A与B的向心加速度大小相等 C.悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等 D.悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小 【参考答案】D 21.如图所示,一光滑轻杆沿水平方向放置,左端O处连接在竖直的转动轴上,a、b为两个可视为质点的小球,穿在杆上,并用细线分别连接Oa和ab,且Oa=ab,已知b球质量为a球质量的3倍。 当轻杆绕O轴在水平面内匀速转动时,Oa和ab两线的拉力之比为( ) A.1∶3 B.1∶6 C.4∶3 D.7∶6 【参考答案】D 【名师解析】设a球质量为m,则b球质量为3m,由牛顿第二定律得, 对a球: FOa-Fab=mω2xOa 对b球: Fab=3mω2(xOa+xab) 由以上两式得,Oa和ab两线的拉力之比为FOa∶Fab=7∶6,D正确。 22.(多选)如图所示,在水平转台上放一个质量M=2.0kg的木块,它与台面间的最大静摩擦力Ffm=6.0N,绳的一端系住木块,另一端穿过转台的中心孔O(为光滑的)悬吊一质量m=1.0kg的小球,当转台以ω=5.0rad/s的角速度转动时,欲使木块相对转台静止,则它到O孔的距离可能是( ) A.6cmB.15cm C.30cmD.34cm 【参考答案】BC 23.如图所示,在光滑水平面上,钉有两个钉子A和B,一根长细绳的一端系一个小球,另一端固定在钉子A上,开始时小球与钉子A、B均在一条直线上(图示位置),且细绳的一大部分沿俯视顺时针方向缠绕在两钉子上,现使小球以初速度v0在水平面上沿俯视逆时针方向做圆周运动,使两钉子之间缠绕的绳子逐渐释放,在绳子完全被释放后与释放前相比,下列说法正确的是( ) A.小球的线速度变大 B.小球的角速度变大 C.小球的加速度变大 D.细绳对小球的拉力变小 【参考答案】D 24.质量为m的小球由轻绳a、b分别系于一轻质木架上的A和C点,绳长分别为la、lb,如图所示,当木架绕轴BC以角速度ω匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,绳a在竖直方向,绳b在水平方向,当小球运动到图示位置时,绳b被烧断,同时木架停止转动,则( ) A.小球仍在水平面内做匀速圆周运动 B.在绳b被烧断瞬间,绳a中张力突然增大 C.若角速度ω较小,小球可能在垂直于平面ABC的竖直平面内摆动 D.绳b未被烧断时,绳a的拉力大于mg,绳b的拉力为mω2lb 【参考答案】BC 【名师解析】根据题意,在绳b被烧断之前,小球绕BC轴做匀速圆周运动,竖直方向上受力平衡,绳a的拉力等于mg,D错误;绳b被烧断的同时木架停止转动,此时小球具有垂直平面ABC向外的速度,小球将在垂直于平面ABC的平面内运动,若ω较大,则在该平面内做圆周运动,若ω较小,则在该平面内来回摆动,C正确,A错误;绳b被烧断瞬间,绳a的拉力与重力的合力提供向心力,所以拉力大于小球的重力,绳a中的张力突然变大了,故B正确。 25.(2015·河北唐山高三一模)如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,有两个质量相同的小球A和小球B紧贴圆锥筒内壁分别在水平面内做匀速圆周运动,则下列说法中正确的是( ) A.A球的线速度必定小于B球的线速度 B.A球的角速度必定大于B球的角速度 C.A球运动的周期必定大于B球的周期 D.A球对筒壁的压力必定大于B球对筒壁的压力 【参考答案】C 26.如图,三个质点a、b、c质量分别为m1、m2、M(M≫m1,M≫m2).在c的万有引力作用下,a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动,它们的周期之比Ta∶Tb=1∶k.从图示位置开始,在b运动一周的过程中( ) A.a、b距离最近的次数为k次 B.a、b距离最近的次数为k-1次 C.a、b、c共线的次数为2k D.a、b、c共线的次数为2k-2 【参考答案】BD 27.如图,叠放在水平转台上的物体A、B、C能随转台一起以角速度ω匀速转动,A、B、C的质量分别为3m、2m、m,A与B、B和C与转台间的动摩擦因数都为μ,AB整体、C离转台中心的距离分别为r、1.5r.设本题中的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,下列说法正确的是( ) A.B对A的摩擦力一定为3μmg B.B对A的摩擦力一定为3mω2r C.转台的角速度一定满足: ω≤ D.转台的角速度一定满足: ω≤ 【参考答案】BD 【名师解析】A做圆周运动的向心力由B对A的摩擦力提供,由牛顿第二定律及向心加速度公式有: Ff=3mω2r,B项正确;AB整体恰好未发生相对转台的滑动时,μ(3m+2m)g=(3m+2m)ω2r,解得角速度最大值为ω=,C恰好未发生相对滑动时,μmg=1.5mω2r,解得: ω=,所以D选项正确. 28.(2017·南师附中)如图所示,在粗糙水平桌面上,长为l=0.2m的细绳一端系一质量为m=1kg的小球,手握住细绳另一端O点在水平面上做匀速圆周运动,小球也随手的运动做匀速圆周运动.细绳始终与桌面保持水平,O点做圆周运动的半径为r=0.15m,小球与桌面的动摩擦因数为μ=0.3,取g=10m/s2.当细绳与O点做圆周运动的轨迹相切时,则下列说法中正确的是( ) A.小球做圆周运动的轨道半径为0.15m B.小球做圆周运动的向心力大小为3N C.O点做圆周运动的角速度为2rad/s D.小球做圆周运动的线速度为1m/s 【参考答案】.D 二.计算题 1.(2016·山东德州高三月考)(20分)一竖直杆上相距L的A、B两点拴着一根不可伸长的轻绳,绳长1.4L,绳上套着一个光滑的小铁环,设法转动竖直杆,不让绳缠绕在杆上,而让铁环在某水平面上做匀速圆周运动,如图所示,当两段绳成直角时,求铁环转动的周期,已知重力加速度为g。 【名师解析】设某时刻铁环所在的位置为O点,∠BAO=θ,绳中拉力为F。 由牛顿第二定律得: Fcosθ=Fsinθ+mg① Fcosθ+Fsinθ=ma② 由⑤⑥解得: sinθ=0.6,cosθ=0.8⑦ 则由①②③④⑤⑦解得T= 【答案】
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