2021年高考物理一轮复习考点11圆周运动及其应用课件

圆周运动及其应用考点11第1步狂刷小题·夯基础题组一基础小题1．下列关于运动和力的叙述中，正确的是()A．做曲线运动的物体，其加速度方向一定是变化的B．物体做圆周运动，所受的合力一定指向圆心C．物体所受合力方向与运动方向相反，该物体一定做直线运动D．物体运动的速率在增加，所受合力方向一定与运动方向相同答案解析做曲线运动的物体，其速度一定变化，但加速度不一定变化，比如平抛运动，故A错误；物体做圆周运动，所受的合力不一定指向圆心，当物体做匀速圆周运动时，合力才一定指向圆心，故B错误；物体所受合力方向与运动方向相反，则物体一定做减速直线运动，故C正确；物体运动的速率在增加，则其所受合力方向与运动方向的夹角小于90°，不一定相同，故D错误。解析2．下列说法中正确的是()A．日常生活中遇到的离心运动都是有危害的，要防止任何离心运动的发生B．在匀速圆周运动中，向心加速度是恒定的C．汽车以一定的速率通过拱桥，在最高点汽车对桥的压力小于汽车的重力D．杂技演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受重力作用答案解析日常生活中遇到的离心运动并不都是有危害的，如洗衣机的脱水，无缝钢管的铸造等都是利用离心运动的例子，故A错误；在匀速圆周运动中，向心加速度的方向是不断变化的，所以不是恒定的，B错误；汽车以一定的速率通过拱桥的最高点时，汽车受到的重力与支持力的合力提供向心力，由于合力的方向向下，结合牛顿第三定律可知，在最高点时汽车对桥的压力小于汽车的重力，C正确；地球附近的任何物体都要受到重力作用，所以当“水流星”通过最高点时，即便其处于完全失重状态，也要受重力作用，故D错误。解析3.如图所示，用手掌平托一苹果，保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程，下列说法中正确的是()A．手掌对苹果的摩擦力越来越大B．苹果先处于超重状态后处于失重状态C．手掌对苹果的支持力越来越小D．苹果所受的合外力越来越大答案解析从c到d的过程中，向心加速度大小不变，加速度在水平方向上的分加速度逐渐增大，根据牛顿第二定律知，手掌对苹果的摩擦力越来越大，故A正确；苹果做匀速圆周运动，从c到d的过程中，加速度在竖直方向上有向下的分量，可知苹果一直处于失重状态，故B错误；从c到d的过程中，苹果的向心加速度大小不变，它在竖直方向上的分量逐渐减小，方向向下，则重力和支持力的合力逐渐减小，可知支持力越来越大，故C错误；苹果做匀速圆周运动，所受的合外力大小不变，方向始终指向圆心，故D错误。解析4.如图所示，球体绕中心线OO′转动，则下列说法中正确的是()A．A、B两点的转动半径相等B．A、B两点的线速度相等C．A、B两点的转动周期相等D．A、B两点的向心加速度相等答案解析A、B在同一转动球体上，相同时间内，转过的角度相同，角速度ω相同，由图可知A、B两点的运动半径r不相等，由公式v＝ωr得知它们的线速度v不相等，故A、B错误；由公式T＝2πω知，ω相等，则周期T相等，故C正确；根据a＝ω2r知角速度相等，转动半径不相等，所以向心加速度不相等，D错误。解析5.如图所示，自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径之比为4∶1∶16，在用力蹬脚踏板前进的过程中，下列说法正确的是()A．小齿轮和后轮的角速度大小之比为16∶1B．大齿轮和小齿轮的角速度大小之比为1∶4C．大齿轮边缘和后轮边缘的线速度大小之比为1∶4D．大齿轮和小齿轮轮缘的向心加速度大小之比为4∶1答案解析小齿轮和后轮共轴，角速度相等，故A错误；大齿轮和小齿轮以链条传动，线速度相等，根据ω＝vr可知，大齿轮和小齿轮的角速度大小之比为1∶4，故B正确；小齿轮和后轮共轴，根据v＝ωr可知，小齿轮边缘和后轮边缘的线速度之比为1∶16，又因为大、小齿轮边缘的线速度大小相等，则大齿轮边缘的线速度和后轮边缘的线速度大小之比为1∶16，故C错误；大齿轮和小齿轮以链条传动，线速度相等，根据a＝v2r可知，向心加速度大小之比为1∶4，故D错误。解析6.(多选)如图所示，甲、乙、丙三个物体放在匀速转动的水平粗糙圆台上，甲的质量为2m，乙、丙的质量均为m，甲、乙距轴为R，丙距轴为2R，则当圆台旋转时(设甲、乙、丙始终与圆台保持相对静止)()A．甲物体的线速度比丙物体的线速度小B．乙物体的角速度比丙物体的角速度小C．甲物体的向心加速度比乙物体的向心加速度大D．乙物体受到的向心力比丙物体受到的向心力小答案解析甲、乙、丙始终与圆台保持相对静止，它们转动的角速度大小相等，根据v＝ωr，且甲做圆周运动的半径小于丙的半径可知，甲物体的线速度比丙物体的线速度小，故A正确，B错误；根据向心加速度a＝rω2，且甲、乙做圆周运动的半径相等，可知甲物体的向心加速度和乙物体的向心加速度大小相等，故C错误；根据F＝mrω2知，甲、乙、丙的质量之比为2∶1∶1，转动的半径之比为1∶1∶2，则向心力大小之比为2∶1∶2，所以乙物体受到的向心力比丙物体受到的向心力小，D正确。解析7.如图所示，轻杆长为L，一端固定在水平轴上的O点，另一端系一个小球(可视为质点)。小球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动，且能通过最高点，g为重力加速度。下列说法正确的是()A．小球通过最高点时速度不可能小于gLB．小球通过最高点时所受轻杆的作用力可能为零C．小球通过最高点时所受轻杆的作用力随小球速度的增大而增大D．小球通过最高点时所受轻杆的作用力随小球速度的增大而减小答案解析小球在最高点的最小速度可以为零，此时小球所受重力等于轻杆的支持力，故A错误；当小球通过最高点的速度为gL时，重力提供向心力，杆的作用力为零，故B正确；轻杆在最高点可以表现为拉力，也可以表现为支持力，当表现为支持力时，速度增大，支持力减小，当表现为拉力时，速度增大，拉力增大，故C、D错误。解析8.一竖直倒立的圆锥筒，筒侧壁的倾斜角度α不变。一小球在内壁做匀速圆周运动，球与筒内壁的摩擦可忽略，小球距离地面的高度为H，则下列说法中正确的是()A．H越小，小球对侧壁的压力越大B．H越大，小球做圆周运动的线速度越大C．H越小，小球做圆周运动的向心力越小D．H越大，小球做圆周运动的周期越小答案解析小球做匀速圆周运动，由重力mg和支持力F的合力提供圆周运动的向心力，作出受力图如图，则向心力为：Fn＝mgtanα，m、α不变，向心力大小不变，根据牛顿第二定律得Fn＝mv2r，H越高，r越大，Fn不变，则v越大，故B正确，C错误；侧壁对小球的支持力F＝mgcosα不变，则小球对侧壁的压力不变，故A错误；根据mgtanα＝m4π2rT2，解得T＝4π2rgtanα，则知H越高，r越大，T越大，故D错误。解析9．过山车是青少年喜欢的一种游乐项目。为了研究过山车的原理，可简化为如图所示模型：让质量为m的小球在光滑竖直圆轨道上做圆周运动，在轨道的最高点和最低点分别安装有压力传感器。让小球从同一位置静止下滑，经多次测量得到最高点和最低点压力的平均值分别为F1、F2，则当地的重力加速度为()A.F2－F12mB.F2－F13mC.F2－F15mD.F2－F16m答案解析在M点对小球进行受力分析，根据牛顿第二定律得：F2－mg＝mv2MR①在N点对小球进行受力分析，根据牛顿第二定律得：mg＋F1＝mv2NR②由M到N根据动能定理得：－mg·2R＝12mv2N－12mv2M③联立①②③解得：g＝F2－F16m，故A、B、C错误，D正确。解析题组二高考小题10．(2019·浙江选考)一质量为2.0×103kg的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4×104N，当汽车经过半径为80m的弯道时，下列判断正确的是()A．汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力B．汽车转弯的速度为20m/s时所需的向心力为1.4×104NC．汽车转弯的速度为20m/s时汽车会发生侧滑D．汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2答案解析汽车转弯时受到重力、地面的支持力以及地面摩擦力，其中摩擦力充当向心力，A错误；当最大静摩擦力充当向心力时，速度为临界速度，大于这个速度则汽车将发生侧滑，根据牛顿第二定律可得fm＝mv2r，解得vm＝fmrm＝1.4×104×802.0×103m/s＝560m/s＝201.4m/s，所以汽车转弯的速度为20m/s时，所需的向心力小于径向最大静摩擦力，汽车不会发生侧滑，B、C错误；汽车能安全转弯的向心加速度am＝v2mr＝56080m/s2＝7.0m/s2，即汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2，D正确。解析11．(2018·江苏高考)(多选)火车以60m/s的速率转过一段弯道，某乘客发现放在桌面上的指南针在10s内匀速转过了约10°。在此10s时间内，火车()A．运动路程为600mB．加速度为零C．角速度约为1rad/sD．转弯半径约为3.4km解析圆周运动的弧长s＝vt＝60×10m＝600m，A正确；火车转弯是圆周运动，圆周运动是变速运动，所以合力不为零，加速度不为零，故B错误；由题意得圆周运动的角速度ω＝ΔθΔt＝10180×10×3.14rad/s＝3.14180rad/s，又v＝ωr，所以r＝vω＝603.14×180m＝3439m，C错误，D正确。答案解析12．(2019·江苏高考)(多选)如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动。座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，则座舱()A．运动周期为2πRωB．线速度的大小为ωRC．受摩天轮作用力的大小始终为mgD．所受合力的大小始终为mω2R答案解析座舱的运动周期T＝2πRv＝2πω，A错误；根据线速度与角速度的关系，可知座舱的线速度大小为v＝ωR，B正确；座舱做匀速圆周运动，摩天轮对座舱的作用力与座舱的重力大小不相等，其合力提供向心力，合力大小为F合＝mω2R，C错误，D正确。解析13．(2014·全国卷Ⅰ)(多选)如图所示，两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a与转轴OO′的距离为l，b与转轴的距离为2l。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度。下列说法正确的是()A．b一定比a先开始滑动B．a、b所受的摩擦力始终相等C．ω＝kg2l是b开始滑动的临界角速度D．当ω＝2kg3l时，a所受摩擦力的大小为kmg答案解析b相对圆盘不滑动时有Ff静＝mω2r，a、b半径不同，所需的向心力不同，所受摩擦力不同，B错误；当a恰好滑动时，有kmg＝mω20al，得ω0a＝kgl，同理可得，b恰好滑动时ω0b＝kg2l，A、C正确；ω＝2kg3lω0a，a相对圆盘未滑动，Ff静＝mω2l＝23kmg，D错误。解析题组三模拟小题14.(2019·广东深圳二模)2018珠海航展，我国五代战机“歼20”再次闪亮登场。表演中，战机先水平向右，再沿曲线ab向上(如图)，最后沿陡斜线直入云霄。设飞行路径在同一竖直面内，飞行速率不变。则沿ab段曲线飞行时，战机()A．所受合外力大小为零B．所受合外力方向竖直向上C．竖直方向的分速度逐渐增大D．水平方向的分速度不变答案解析战机在同一竖直面内做曲线运动，且运动速率不变，由于速度方向是变化的，则速度是变化的，故战机的加速度不为零，根据牛顿第二定律可知，战机所受的合外力不为零，故A错误；战机在同一竖直平面内做匀速率曲线运动，所受合外力与速度方向垂直，由于速度方向时刻在变，则合外力的方向也时刻在变化，并非始终都竖直向上，故B错误；战机飞行的速率不变，将速度进行分解可知，战机沿ab曲线飞行时，竖直方向的分速度逐渐增大，水平方向的分速度逐渐减小，C正确，D错误。解析15.(2019·福建漳州二模)(多选)明代出版的(天工开物)一书中记载：“其湖池不流水，或以牛力转盘，或聚数人踏转。”并附有牛力齿轮翻车的图画如图所示，翻车通过齿轮传动，将湖水翻入农田。已知A、B齿轮啮合且齿轮之间不打滑，B、C齿轮同轴，若A、B、C三齿轮半径的大小关系为