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新教材2021-2022学年高中鲁科版物理必修第二册课后落实:3-3 离心现象 WORD版含解析.doc

1、课后素养落实(十一)离心现象(建议用时:40分钟)考点一车辆转弯时所需的向心力1火车在拐弯时,关于向心力的分析,正确的是()A由于火车本身作用而产生了向心力B主要是由于内外轨的高度差的作用,车身略有倾斜,车身所受重力的分力产生了向心力C火车在拐弯时的速率小于规定速率时,内轨将给火车侧压力,侧压力就是向心力D火车在拐弯时的速率大于规定速率时,外轨将给火车侧压力,侧压力作为火车拐弯时向心力的一部分D火车正常拐弯时,重力和支持力的合力提供向心力,故A、B错误;当拐弯速率大于规定速率时,外轨对火车有侧压力作用;当拐弯速率小于规定速率时,内轨对火车有侧压力作用,此时,火车拐弯所需的向心力是重力、支持力和

2、侧压力的合力来提供,故C错误,D正确。2(2020四川泸县一中期中)汽车在某一水平路面上做匀速圆周运动,如图所示,已知汽车做圆周运动的轨道半径约为50 m,假设汽车受到的最大径向静摩擦力是车重的,重力加速度g取10 m/s2,则运动的汽车()A所受的合力可能为零B只受重力和地面支持力作用C所需的向心力由重力和支持力的合力提供D最大速度不能超过20 m/sD车做匀速圆周运动,根据F合F向m可知,汽车所受的合力不可能为零,A错误;汽车在竖直方向没有运动,故重力和地面支持力的合力为零,汽车受到的摩擦力提供其做圆周运动的向心力,故B、C错误;最大静摩擦力提供向心力时,汽车的速度最大,此时mgm,代入数

3、据解得vmax20 m/s,D正确。考点二竖直平面内的圆周运动分析3(多选)(2020安徽合肥八中段考)如图所示,甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车,甲、乙两图的轨道车在轨道的外侧做圆周运动,丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动,两种过山车都由安全锁把轨道车套在轨道上,四个图中轨道的半径都为R,下列说法正确的是()甲乙丙丁A甲图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时,座椅一定给人向上的力B乙图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时,安全带一定给人向上的力C丙图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时,座椅一定给人向上的力D丁图中,轨道车在最高点的最小速度为BC在甲图中,当速度较小

4、时,根据牛顿第二定律知,mgFNm,即座椅给人施加向上的力,当速度较大时,根据牛顿第二定律知,mgFNm,即安全带给人施加向下的力,故A错误;在乙图中,当轨道车通过最低点时,因为合力指向圆心,重力竖直向下,所以安全带一定给人向上的力,故B正确;在丙图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时,合力方向向上,重力竖直向下,则座椅给人的作用力一定竖直向上,故C正确;在丁图中,由于轨道车有安全锁,可知轨道车在最高点的最小速度可近似为零,故D错误。4在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子,将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增加摩擦,这样玩具惯性车就可以在桥面上跑

5、起来了。把这套系统放在电子秤上做实验,如图所示,关于实验中电子秤的示数,下列说法正确的是()A玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些B玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些C玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态D玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥),示数越小D玩具车运动到最高点时,受向下的重力和向上的支持力作用,根据牛顿第二定律有mgFNm,即FNmgmmg,根据牛顿第三定律可知玩具车对桥面的压力大小与FN相等,所以玩具车通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥),示数越小,选项D正确。5如图甲所示,汽车通过半径为r的拱形桥,在最高点处速度达到v时,驾驶员对座椅的压力恰好为零。若把地球看成大“拱

6、形桥”,当另一辆“汽车”速度达到某一值时,驾驶员对座椅的压力也恰好为零,如图乙所示。设地球半径为R,则图乙中的“汽车”速度为()甲乙Av Bv Cv DvC在题图甲中,设汽车质量为m,汽车到达最高点时由重力提供向心力,有mgm,故重力加速度为g,在题图乙中另一辆“汽车”绕着地球做匀速圆周运动,也由重力提供向心力,有mgm,解得“汽车”的速度vv,选项C正确。6.如图所示,飞机由俯冲到拉起时,飞行员处于超重状态,此时座椅对飞行员的支持力大于飞行员所受的重力,这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员四肢沉重,大脑缺血,暂时失明,甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力大小的支持力的影响。g

7、取10 m/s2,则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道由俯冲到拉起的速度为100 m/s时,圆弧轨道的最小半径为()A100 m B111 m C125 m D250 mC在飞机经过最低点时,对飞行员受力分析,受重力mg和支持力FN,两者的合力提供向心力,由题意知,当FN9mg时,圆弧轨道半径最小,由牛顿第二定律得FNmgm,解得Rmin125 m,选项C正确。考点三生活中的离心运动7下列关于离心现象的说法正确的是()A当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象B做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都消失时,它将做背离圆心的直线运动C做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都突然消失时,它将沿切线做

8、直线运动D做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都突然消失时,它将做曲线运动C向心力是以效果命名的,做匀速圆周运动的物体所需要的向心力,是它所受的某个力或几个力的合力提供的,因此,物体并不受向心力和离心力的作用,它之所以产生离心现象是由于F合m2r,故A错误;物体在做匀速圆周运动时,若它所受的一切力都突然消失,根据牛顿第一定律,可知它从这时起做匀速直线运动,故C正确,B、D错误。8.(2020浙江7月选考)如图所示,底部均有4个轮子的行李箱a竖立、b平卧放置在公交车上,箱子四周有一定空间。当公交车()A缓慢起动时,两只行李箱一定相对车子向后运动B急刹车时,行李箱a一定相对车子向前运动C缓慢转弯

9、时,两只行李箱一定相对车子向外侧运动D急转弯时,行李箱b一定相对车子向内侧运动B缓慢起动时,两只箱子都应该处于受力平衡状态,箱子的运动状态不会改变,即两只行李箱会与车子保持相对静止,选项A错误;急刹车时,箱子由于惯性保持原有运动状态,因此行李箱a会相对车子向前运动,选项B正确;根据F向m可知,缓慢转弯时,所需要的向心力会很小,因此静摩擦力足够提供两只行李箱转弯的向心力,所以两只行李箱会与车子保持相对静止,选项C错误;根据F向m可知,急转弯时,行李箱b需要的向心力较大,如果行李箱b所受最大静摩擦力不足以提供向心力,则会发生离心运动,即可能会相对车子向外侧运动,选项D错误。9.如图所示,某游乐场里

10、的赛车场地为圆形,半径为100 m,一赛车与车手的总质量为100 kg,轮胎与地面间的最大静摩擦力为600 N。(g取10 m/s2)(1)若赛车的速度达到72 km/h,这辆车在运动过程中会不会发生侧滑?(2)若将场地建成外高内低的圆形,且倾角为30,赛车的速度为多大时,车手感觉不到自己有相对车的侧向的运动趋势?解析(1)赛车在场地上做圆周运动的向心力由静摩擦力提供。赛车做圆周运动所需的向心力为Fm400 N600 N,所以赛车在运动过程中不会发生侧滑。(2)由题意得车手不受座椅侧向的摩擦力,车手只受支持力和重力,由牛顿第二定律知mg tan m,解得v24 m/s。答案(1)不会发生侧滑(

11、2)24 m/s10“神舟十号”飞船绕地球的运动可视为匀速圆周运动,“神舟十号”航天员在“天宫一号”中展示了失重环境下的物理实验或现象,下列四幅图中的行为可以在“天宫一号”舱内完成的有()ABCDA用台秤称量重物的质量B用水杯喝水C用沉淀法将水与沙子分离D给小球一个很小的初速度,小球就能在竖直面内做圆周运动D重物处于完全失重状态,对台秤的压力为零,无法通过台秤称量重物的质量,故A错误;水杯中的水处于完全失重状态,不会因重力而流入嘴中,故B错误;沙子处于完全失重状态,不能通过沉淀法与水分离,故C错误;小球处于完全失重状态,给小球一个很小的初速度,小球能在拉力作用下在竖直面内做圆周运动,故D正确。

12、11.有一种餐桌,其中心是一个可以匀速转动的、半径为R的圆盘,如图所示。圆盘与餐桌在同一水平面内且两者之间的间隙可忽略不计,放置在圆盘边缘的小物块(可视为质点)与圆盘间的动摩擦因数是其与餐桌间动摩擦因数的两倍,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现缓慢增大圆盘的转速,直到小物块恰好从圆盘边缘滑出,结果小物块恰好滑到餐桌的边缘,则餐桌的半径为()A1.5R B2R CR DRC物块恰好从圆盘边缘滑出时,有1mg,则物块从圆盘边缘滑出时的速度为v1,物块滑到餐桌边缘速度减小到0时,恰好不滑落到地面,根据匀变速直线运动规律有22gx1v,又2,可得物块滑过的位移x1R,故餐桌最小半径R1R,选项C正确。1

13、2近年来,我国高铁技术迅猛发展。目前已经全线通车的沪昆高铁,穿越沪、浙、赣、湘、黔、滇六省,使得从上海到昆明的耗时减少为原来的四分之一。在沪昆高铁的怀化至贵阳段,由于山势原因,设计师根据地形设计了一半径为3 000 m,限定时速为180 km/h(此时车轮轮缘不受力)的弯道。试参考题目信息结合以下条件求过此弯道时的外轨超高值d为多少。(已知我国的轨距L为1 500 mm,且角度较小时,可认为正弦跟正切相等,重力加速度g10 m/s2)解析半径R3 000 m,时速v180 km/h50 m/s,根据牛顿第二定律得mg tan m,解得tan 。由题意得tan sin ,而L1 500 mm1.

14、5 m,联立解得h0.125 m12.5 cm。答案12.5 cm13一辆质量为800 kg的汽车在圆弧半径为50 m的拱形桥上行驶(g取10 m/s2)。(1)若汽车到达桥顶时速度为v15 m/s,求汽车对桥面的压力;(2)求汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥面没有压力;(3)汽车对桥面的压力过小是不安全的,因此汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速,拱形桥圆弧的半径大些比较安全,还是小些比较安全?(4)如果拱形桥的半径增大到与地球半径一样大,汽车要在桥面上腾空,速度至少为多大?(已知地球半径为6 400 km)。解析如图所示,汽车到达桥顶时,受到重力mg和桥面对它的支持力FN的作用。(1)

15、汽车过桥时做圆周运动,汽车到达桥顶时,重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律有mgFNm,所以FNmgm7 600 N。根据牛顿第三定律可知,汽车对桥面的压力大小等于桥面对汽车的支持力大小,故汽车对桥面的压力大小为7 600 N。(2)当汽车做圆周运动的向心力完全由其自身重力来提供时,汽车经过桥顶时恰好对桥面没有压力,则FN0,所以有mgm,解得v222.4 m/s。(3)由(2)问可知,当FN0时,汽车会发生类似平抛的运动,这是不安全的,所以对于同样的车速,由Fn可知,拱形桥圆弧的半径大些时所需向心力较小,则支持力较大,比较安全。(4)由(2)问可知,若拱形桥的半径增大到与地球半径一样大,汽车要在桥面上腾空,速度至少为v m/s8 000 m/s。答案(1)7 600 N(2)22.4 m/s(3)同样的车速,拱形桥圆弧半径大些比较安全(4)8 000 m/s

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