高一物理人教版必修二第五章曲线运动单元测验.docx
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高一物理人教版必修二第五章曲线运动单元测验
高一物理人教版必修二 第五章:
曲线运动单元测验
一、单选题
1.
小球在光滑水平桌面上做速度为v匀速直线运动,当它受到如图所示方向的力F的作用时,接下去小球运动的方向可能是( )
A.OaB.ObC.OcD.Od
2.质点做曲线运动,下列说法错误的是
A.质点受合外力不为零
B.质点速度与加速度不在一条直线上
C.质点速度方向在曲线的切线上
D.质点受合外力大小一定不断变化
3.如图所示,人通过一根绳子拉船向岸边运动,人的速度始终为
当绳子与水平方向的夹角为
时( )
A.船的速度小于人的速度B.船的速度大小始终不变
C.人和船受到的合力都是恒力D.船的速度大小为
4.
在同一点O抛出的三个物体,做平抛运动的轨迹如图所示,则三个物体做平抛运动的初速度vA、vB、vC的关系和三个物体做平抛运动的时间tA、tB、tC的关系分别是( )
A.vA>vB>vCtA>tB>tCB.vA=vB=vCtA=tB=tC
C.vA<vB<vCtA>tB>tCD.vA>vB>vCtA<tB<tC
5.一个物体以初速度v0水平抛出,经过时间t时其竖直方向的位移大小与水平方向的位移大小相等,那么t为 ( )
A.
B.
C.
D.
6.一个做平抛运动的物体,初速度为9.8m/s,经过一段时间,它的末速度与初速度的夹角为45°,重力加速度g取9.8m/s2,则它下落的时间为( )
A.0.5sB.1.0sC.2.0sD.4.0s
7.某变速箱中有甲、乙、丙三个齿轮,如图所示,其半径分别为r1、r2、r3,若甲轮的角速度为ω,则丙轮的角速度为()
A.
B.
C.
D.
8.有一种杂技表演叫“飞车走壁”.由杂技演员驾驶摩托车沿圆台形表演台的侧壁,做匀速圆周运动.图中虚线圆表示摩托车的行驶轨迹,轨迹离地面的高度为h.下列说法中正确的是
A.h越大,摩托车对侧壁的压力将越大
B.h越大,摩托车做圆周运动的向心力将越大
C.h越大,摩托车做圆周运动的周期将越小
D.h越大,摩托车做圆周运动的线速度将越大
9.如图所示,轻杆的一端有一个小球m,另一端有光滑的固定转轴O.现给小球一初速度v,使小球和杆一起绕O轴在竖直面内转动,不计空气阻力,用F表示小球到
达最高点时杆对小球的作用力,则F( )
A.一定是拉力
B.一定是支持力
C.一定等于0
D.可能是拉力,可能是支持力,也可能等于0
二、多选题
10.
如图所示,两个可视为质点的、相同的木块A和B放在水平转盘上,质量均为m=2kg,两者用长为L=0.5m的细绳连接,木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的0.4倍,A放在距离转轴L=0.5m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,g=10m/s2.以下说法正确的是
A.该装置一开始转动,绳上就有弹力
B.当ω>2rad/s时,绳子才开始有弹力
C.当ω>2rad/s时,A、B相对于转盘会滑动
D.当
时,A、B相对于转盘会滑动
11.下列有关离心现象及其应用的说法中正确的是()
A.转动带有雨水的雨伞,水滴将沿圆周半径方向离开圆心
B.降低洗衣机脱水筒的转速,可以使衣服甩得更干
C.为了防止发生事故,高速转动的砂轮,飞轮等不能超过允许的最大转速
D.离心干燥(脱水)器是利用离心现象工作的机械
12..小球固定在轻杆的一端,随着轻杆绕另一端在竖直平面内作圆周运动,如图所示,则()
A.小球在最高点的最小速率为
B.小球在最高点的速率大于
时杆的作用力一定是拉力
C.小球在最高点杆的作用力可能为拉力也可能为压力
D.小球在最低点杆的作用力可能为拉力也可能为压力
13.铁路弯道处,铁轨的外轨要比内轨略高一些。
火车按规定速率匀速通过弯道时,内、外轨对车轮皆无侧向压力。
关于火车运动的向心力,下列说法正确的是()
A.火车运动速率不变,火车的向心力为零
B.火车重力沿路基平面向下的分力,提供火车转弯的向心力
C.内、外轨对火车支持力的水平分力,提供火车转弯的向心力
D.火车所受重力与铁轨支持力的合力,提供火车转弯的向心力
14.
如图所示,在斜面顶端的A点以速度v平抛一小球,经t1时间小球落到斜面上B点处;若在A点将此小球以速度0.5v水平抛出,则经t2时间小球落到斜面上的C点处.以下判断正确的是()
A.AB∶AC=2∶1B.AB∶AC=4∶1C.t1∶t2=4∶1D.t1∶t2=2∶1
三、实验题探究题
15.
某研究性学习小组探究平抛运动的规律.他们在水平桌面上用练习本做成一个斜面,使一个钢球(可视为质点)从斜面上某一位置滚下.用数码相机拍摄钢球从桌面水平飞出后做平抛运动的几张连续照片.然后用方格纸做背景,根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的平抛运动轨迹.已知所用的数码相机每秒钟拍摄10帧照片.方格纸每小格边长5厘米,重力加速度取g=10m/s2.试回答下列问题:
(1)小钢球由A到B时间为______;
(2)如图是该组同学得到的小球在空中运动的三张连续照片的局部图,由图可判断小球做平抛运动时在水平方向上做的是______运动;
(3)由图可以计算出小球离开桌边时的初速度大小为______m/s;
(4)小钢球经过B点的速度大小为______m/s.
四、计算题
16.将一个小球以10m/s的速度沿水平方向抛出,小球经过1s的时间落地.不计空气阻力作用.求:
(1)抛出点与落地点在竖直方向的高度差;
(2)小球落地时的速度大小,以及速度与水平方向夹角.
17.把一个小球从离地面高度h=5m处,以v=10m/s的初速度水平抛出,不计空气阻力,取g=10m/s2。
求:
(1)小球在空中飞行的时间。
(2)小球落地点离抛出点的水平距离。
(3)小球落地时的速度。
18.一光滑的半圆形轨道放在水平面上,一个质量为m的小球以某一速度冲上轨道,当小球将要从轨道口飞出时,轨道对球的的压力恰好为零,小球从B点飞出的水平射程为L,求半圆形轨道的半径?
答案和解析
1.【答案】D
【解析】
解:
由图可知,在没有受到外力作用时小球在水平桌面上做匀速直线运动,当有外力作用时,并且力的方向向下,应该指向圆弧的内侧,故小球的运动方向可能是Od;故D正确,ABC错误.
故选:
D.
物体做曲线运动时需要有向心力,向心力的方向就是指向圆心的,即力总是指向曲线的内侧.
本题主要是考查学生对曲线运动的理解,根据向心力和物体做曲线运动轨迹的弯曲方向间的关系,来判断物体的运动轨迹.
2.【答案】D
【解析】
【分析】
本题考查了物体的曲线运动,不难。
物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,合外力大小和方向不一定变化,由此可以分析得出结论。
【解答】
A.物体做曲线运动的条件是合力与速度不在同一条直线上,所以合外力一定不等于0,故A正确;
B.作曲线运动的物体,其速度方向与加速度方向不在一条直线上,故B正确;
C.质点做曲线运动的速度方向在曲线的切线方向上,故C正确;
D.物体在恒力作用下可能做曲线运动,如:
平抛运动,故D错误。
本题选择错误的,故选D。
3.【答案】D
【解析】
【分析】
对小船进行受力分析,抓住船在水平方向和竖直方向平衡,运用正交分解分析船所受的力的变化。
将小船的运动沿绳子收缩方向和垂直绳子方向进行正交分解,拉绳子的速度v等于船沿绳子收缩方向的分速度,再对绳子收缩方向的分速度的表达式进行讨论,结合人的速度即可以求出船的速度的变化情况。
解决本题的关键能够正确地对船进行受力分析,抓住水平方向和竖直方向合力为零,根据平衡分析。
关键是找出小船的两个分运动,然后将合速度分解,求出合速度与拉绳子速度的表达式,再进行讨论。
【解答】
将小船的运动沿绳子收缩方向和垂直绳子方向进行正交分解,如图,
拉绳子的速度v等于船沿绳子收缩方向的分速度,由几何关系,得到:
v=v船,
即有,
,由于人的速度始终为v,而夹角θ减小,那么船的速度在减小,
由于cosθ小于1,因此船的速度大于人的速度,
在小船靠岸的过程中,由于v船不断变小,即做减速运动,人和船受到的合力不可能是恒力。
综上所述,故ABC错误,D正确。
故选D。
4.【答案】C
【解析】
解:
三个物体都做平抛运动,取一个相同的高度,此时物体的下降的时间相同,水平位移大的物体的初速度较大,如图所示,
由图可知:
vA<vB<vC,
由h=
gt2可知,物体下降的高度决定物体运动的时间,所以tA>tB>tC,所以C正确。
故选:
C。
研究平抛运动的方法是把平抛运动分解到水平方向和竖直方向去研究,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,两个方向上运动的时间相同。
本题就是对平抛运动规律的考查,平抛运动可以分解为在水平方向上的匀速直线运动,和竖直方向上的自由落体运动来求解。
5.【答案】B
【解析】
【分析】
物体以某一初速度水平抛出做平抛运动,将其转化为直线运动,即在水平方向上的匀速直线运动和在竖直方向上的自由落体运动分析。
根据水平位移和竖直位移大小相等列式求解。
对于平抛或类平抛运动,基本的解决思路就是应用运动的分解和合成,通常分解为初速度方向的匀速直线运动和受力方向的匀加速直线运动。
【解答】
因为水平位移和竖直位移大小相等,有
解得
故选项B正确,A、C、D错误。
故选B。
6.【答案】B
【解析】
解:
物体做平抛运动,根据平抛运动的特点可知tan45
,解得t=1.0s,故B正确;
故选:
B
物体做平抛运动,根据平抛运动的特点求得运动时间
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律,结合运动学公式灵活求解,基础题.
7.【答案】A
【解析】
【分析】
靠近齿轮接触,两轮边缘上各点线速度大小相等,根据v=rω计算从动轮的角速度。
本题关键是明确同缘传动边缘点线速度相等,然后结合线速度与角速度关系公式v=rω列式分析。
【解答】
靠近齿轮接触,两轮边缘上各点线速度大小相等,可知甲、丙两轮边缘上各点线速度大小相等,由v=rω得:
ω1r1=ω3r3,则丙齿轮的角速度为
,故A正确,BCD错误。
故选A。
8.【答案】D
【解析】
【分析】
摩托车做匀速圆周运动,提供圆周运动的向心力是重力mg和支持力F的合力,作出力图,得出向心力大小不变;h越高,圆周运动的半径越大,由向心力公式分析周期、线速度大小。
本题考查应用物理规律分析实际问题的能力,是圆锥摆模型,关键是分析物体的受力情况,研究不变量。
【解答】
A.摩托车做匀速圆周运动,提供圆周运动的向心力是重力mg和支持力F的合力,作出力图,
设圆台侧壁与竖直方向的夹角为α,侧壁对摩托车的支持力
不变,则摩托车对侧壁的压力不变,故A错误;
B.如图向心力Fn=mgcotα,m,α不变,向心力大小不变,故B错误;
C.根据牛顿第二定律得
,h越高,r越大,Fn不变,则T越大,故C错误;
D.根据牛顿第二定律得
,h越高,r越大,Fn不变,则v越大,故D正确。
故选D。
9.【答案】D
【解析】
解:
小球做竖直面上的圆周运动,在最高点时的向心力大小与速度有关.
(特值法)特殊情况下v=
,F向=mg,小球只受重力;
当v>
,小球受重力和拉力;
当v<
,小球受重力和推力.
由于轻杆可以产生推力,而且v的大小未知,因此三种可能都存在;
故选:
D.
小球通过最高点时,受重力和杆的弹力作用,杆的弹力和重力和合力提供向心力,故杆的弹力的方向一定与杆平行,但可能与杆同向,也可能与杆反向.
本题关键在于杆求出无弹力的临界情况,杆对小球可以是拉力,可以是支持力,也可以没有力,而绳子对球只能是拉力.
10.【答案】BD
【解析】
【分析】
开始角速度较小,两木块都靠静摩擦力提供向心力,B先到达最大静摩擦力,角速度继续增大,则绳子出现拉力,A的静摩擦力减小,B受最大静摩擦力不变,角速度继续增大,A的静摩擦力减小到零又反向增大,当增大到最大静摩擦力时,开始发生相对滑动。
解决本题的关键搞清木块向心力的来源,结合牛顿第二定律进行分析,难度适中。
【解答】
A.该装置一开始转动,AB两物体只靠静摩擦力提供向心力,故绳上此时无弹力,故A错误;
B.当B达到最大静摩擦力时,绳子开始出现弹力,kmg=m•2Lω2,解得
,知ω>2rad/s时,绳子具有弹力;故B正确;
CD.当A所受的摩擦力达到最大静摩擦力时,A、B相对于转盘会滑动,对A有:
kmg-T=mLω2,对B有:
T+kmg=m•2Lω2,解得
当
时,A、B相对于转盘会滑动;故C错误,D正确;
故选BD。
11.【答案】CD
【解析】
略
12.【答案】BC
【解析】
【分析】
物体做圆周运动需要的向心力是由合力提供,而轻杆既可以提供拉力,又可以提供支持力,所以小球到达最高点时的速度可以等于零,根据牛顿第二定律列式判断。
本题是圆周运动的常见题型,基础题目。
【解答】
A.杆既可以提供拉力,又可以提供支持力,所以小球到达最高点时的速度可以等于零,故A错误,C正确;
B.当小球在最高点拉力为零时,重力提供向心力,有
,解得
,故小球在最高点的速率大于
时杆的作用力一定是拉力,B正确;
D.根据牛顿第二定律得出:
球在最低点杆的作用力只可能为拉力不可能为压力,故D错误。
故选BC。
13.【答案】CD
【解析】
【分析】
转弯处设计为当火车以速率v通过时,内、外两侧铁轨所受轮缘对它们的压力均恰好为零;此时靠重力和支持力的合力提供向心力.根据牛顿第二定律进行分析。
本题考查了牛顿第二定律在圆周运动中的应用;解决本题的关键知道当合力等于向心力,物体做圆周运动,当合力小于向心力,物体做离心运动,当合力大于向心力,物体做近心运动。
【解答】
如图:
;
A.火车拐弯时,当内、外两侧铁轨所受轮缘对它们的压力均恰好为零,靠重力和支持力的合力提供向心力,方向水平指向圆心,故A错误;
BD.当按规定速率匀速通过弯道时,火车重力与轨道面支持力的合力恰好提供向心力,内外轨都无压力,此时支持力竖直分力与重力平衡,水平分力提供向心力,故B错误,D正确。
C.火车按规定速率匀速通过弯道时,内、外轨对车轮皆无侧向压力,内、外轨对火车支持力的水平分力提供火车转弯的向心力,故C正确。
故选CD。
14.【答案】BD
【解析】
【分析】
本题考查平抛运动的规律,物体从斜面抛出又落在斜面上即知道位移方向是求解问题的关键。
物体从斜面抛出又落在斜面上,位移与水平方向夹角为斜面倾角,由平抛规律可求时间关系,由几何关系可求位移关系。
【解答】
小球在斜面上水平抛出,又落到斜面上,水平方向位移为:
,竖直方向位移为:
,且
,则根据题意有:
,解得:
,由
,
,可得,AB∶AC=4∶1,故BD正确,AC错误。
故选BD。
15.【答案】0.1s 匀速直线 1
【解析】
解:
(1)数码相机每秒钟拍摄10帧照片,则T=
,即小钢球由A到B时间为0.1s,
(2)因为相等时间内的水平位移相等,知平抛运动在水平方向上做匀速直线运动.
(3)小球离开桌边时的初速度大小为:
,
(4)根据匀变速直线运动中,时间中点的瞬时速度等于该过程的平均速度,在B点有:
,
则B点速度为:
故答案为:
(1)0.1s;
(2)匀速直线;(3)1;(4)
(1)根据数码相机每秒钟拍摄10帧照片求出从A到B的时间;
(2)通过水平方向上相等时间内的位移判断水平方向上的运动规律;
(3)根据水平位移求出小球的初速度;
(4)B点水平速度与初速度相等,再求出竖直方向的速度,求它们的合速度,就是B的速度.
本题不但考查了平抛运动的规律,还灵活运用了匀速运动和匀变速运动的规律,对同学的知识要求比较高,是个考查学生能力的好题.
16.【答案】解:
(1)物体在竖直方向做自由落体运动,下落高度h=
gt2=5m
(2)落地时,竖直方向速度vy=gt=10m/s
所以,落地时速度大小v=
=
m/s=14.1m/s
设落地速度与水平方向夹角为θ,则tanθ=
,所以θ=45°
答:
(1)抛出点与落地点在竖直方向的高度差是5m;
(2)小球落地时的速度大小是14.1m/s,速度与水平方向夹角为45°.
【解析】
(1)小球水平抛出后做平抛运动,运用运动的分解法:
水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,由时间求解高度差.
(2)小球落地时的速度大小由水平速度与竖直速度合成,由三角知识求解速度与水平方向夹角.
平抛运动常用的处理方法是运动的分解与合成,对于第
(2)问,也可以根据机械能守恒定律求解.
17.【答案】解:
(1)平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,根据
所以 t=1s
(2)水平距离
x=v0t=10×1m=10m
(3)落地时竖直分速度
vy=gt=10×1m/s=10m/s
所以落地时速度
方向与水平方向夹角成45°角
【解析】
本题考查平抛运动知识。
(1)平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,根据高度求出运动的时间。
(2)结合初速度和时间求出水平位移。
(3)根据自由落体运动的规律求出落地时竖直分速度,再进行合成得到小球落地时的速度大小。
解题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律,结合运动学公式进行求解。
18.【答案】解:
设小球在B点速度为vB,轨道的压力恰好为零,只有重力提供向心力,由牛顿第二定得:
再设小球在B运动到点C的时间为t,由平抛运动规律得:
,
联立以上三式解得
【解析】
本题主要考查了牛顿第二定律、向心力和平抛运动规律的应用,难度一般,基础题。
在B点轨道的压力恰好为零,只有重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出在B点的速度,再根据平抛运动规律列式求出半圆形轨道的半径。
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- 物理 人教版 必修 第五 曲线运动 单元 测验