高中物理探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系试题

【改编】如图所示，杂技演员在表演“水流星”节目时，用细绳系着的盛水的杯子可以在竖直平面内做圆周运动，设绳长为L，重力加速度为g，当杯子运动到最高点时杯里的水恰好也不流出来。则下列说法中正确的是（ ）

A．在最高点时，水处于超重状态

B．在最高点时，盛水杯子的速度为

C．在最低点时，水处于失重状态

D．在最低点时，绳上的张力大于杯子和水的重力

【改编】实验是模拟拱形桥来研究汽车通过桥的最高点时对桥的压力。在较大的平整木板上相隔一定的距离钉4个钉子，将三合板弯曲成拱桥形卡入钉内，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起来了。把这套系统放在电子秤上，关于电子秤的示数下列说法正确的是(    )

A．玩具车经过拱桥顶端时受支持力等于自身重力，处于平衡状态

B．玩具车运动通过拱桥顶端时对拱形桥的压力大于玩具车受到的支持力

C．玩具运动通过拱桥顶端时处于超重状态

D．玩具运动通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥)，示数越小

两段长度相等的轻杆通过质量为m的小球A连接在一直线上，质量为2m的小球B固定在一根杆的一端，如图所示。当整个装置在光滑的水平面上绕另一杆的端点O匀速转动时，OA杆的拉力F₁与AB杆的拉力F₂之比为（  ）

A．5：4

B．4：5

C．1：4

D．4：1

如图所示，内壁光滑半径大小为R的圆轨道竖直固定在桌面上，一个质量为m的小球静止在轨道底部A点。现用小锤沿水平方向快速击打小球，击打后迅速移开，使小球沿轨道在竖直面内运动。当
小球回到A点时，再次用小锤沿运动方向击打小球，通过两次击打，小球才能运动到圆轨道的最高点。已知小球在运动过程中始终未脱离轨道，在第一次击打过程中小锤对小球做功W₁，第二次击打过程中小锤对小球做功W₂。设先后两次击打过程中小锤对小球做功全部用来增加小球的动能，则W₁/ W₂的值可能是
 

A．1/2

B．2/3

C．3/4

D．1

如图甲所示，BCD为竖直放置的半径R=0.20m的半圆形轨道，在半圆形轨道的最低位置B和最高位置D均安装了压力传感器，可测定小物块通过这两处时对轨道的压力F_B和F_D。半圆形轨道在B位置与水平直轨道AB平滑连接，在D位置与另一水平直轨道EF相对，其间留有可让小物块通过的缝隙。一质量m=0.20kg的小物块P（可视为质点），以不同的初速度从M点沿水平直轨道AB滑行一段距离，进入半圆形轨道BCD经过D位置后平滑进入水平直轨道EF。一质量为2m的小物块Q（可视为质点）被锁定在水平直轨道EF上，其右侧固定一个劲度系数为k=500N/m的轻弹簧。如果对小物块Q施加的水平力F≥30N，则它会瞬间解除锁定沿水平直轨道EF滑行，且在解除锁定的过程中无能量损失。已知弹簧的弹性势能公式,其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。g取10m/s²。

（1）通过传感器测得的F_B和F_D的关系图线如图乙所示。若轨道各处均不光滑，且已知轨道与小物块P之间的动摩擦因数μ=0.10，MB之间的距离x_MB=0.50m。当 F_B=18N时，求：
①小物块P通过B位置时的速度v_B的大小；
②小物块P从M点运动到轨道最高位置D的过程中损失的总机械能；
（2）若轨道各处均光滑，在某次实验中，测得P经过B位置时的速度大小为m/s。求在弹簧被压缩的过程中，弹簧的最大弹性势能。

如图所示为一种叫做“魔盘”的娱乐设施，当转盘转动很慢时，人会随着“魔盘”一起转动，当“魔盘”转动到一定速度时，人会“贴”在“魔盘”竖直壁上，而不会滑下。若磨盘半径为r，人与魔盘竖直壁间的动摩擦因数为μ，在人“贴”在“魔盘”竖直壁上，随“魔盘”一起运动过程中，则下列说法正确的是（  ）

A．人随“魔盘”转动过程中受重力、弹力、摩擦力和向心力作用

B．如果转速变大，人与器壁之间的摩擦力变大

C．如果转速变大，人与器壁之间的弹力不变

D．“魔盘”的转速一定大于

如图所示，光滑半圆弧轨道半径为R，质量为m的小球自圆弧左端处以某一水平的初速度抛出，恰好落到圆弧轨道的最低点，当小球与轨道相碰时，垂直轨道的速度瞬时变为0，切向速度不变，则：

A．小球与轨道相碰后，小球能上升的最大高度

B．小球做平抛运动的初速度

C．小球再次返回圆弧的最低点的压力

D．在全过程中小球机械能守恒

曲率圆的定义是在曲线某一点的法线上，凹侧取一点为圆心画圆，当圆的轨迹和通过该点的一小段曲线无限接近时，此圆即为该点的曲率圆，此圆半径即为曲线在该点的曲率半径如图a所示。以一定的初速度斜向上掷出的铅球运动轨迹如图b所示，已知运动的最高点P点高度为H，掷出的水平距离为L，不计阻力，则铅球经过最高点时的曲率半径为  （    ）

A．

B．

C．

D．

如图所示，粗糙水平面与半径R=1.5m的光滑圆弧轨道相切于B点，质量m=1kg的物体在大小为10N、方向与水平面成37°角的拉力F作用下从A点由静止开始沿水平面运动，到达B点时立刻撤去F，物体沿光滑圆弧向上冲并越过C点，然后返回经过B处的速度v_B=15m/s。已知s_AB=15m，g=10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：

（1）物体到达C点时对轨道的压力和物体越过C点后上升的最大高度h；
（2）物体与水平面的动摩擦因数μ。

如图所示，光滑的圆弧轨道与倾角为θ=37°的斜面相切于B点，圆弧轨道的半径为R=1m，质量为M=2kg的物块甲在斜面上A点由静止释放，物块甲与斜面的动摩擦因数为μ=0.25，AB间距离为s=4m，当甲运动到C点时，恰好与迎面过来的质量m=0.5kg的乙相碰，碰后两者粘在一起，向左运动，恰好能到达圆弧轨道的最高点D点，（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s²）求：

（1）物块甲与物块乙相碰前的速度v₁；
（2）物块甲和乙碰撞后的一瞬间，它们对圆弧轨道最低点C的压力之和；
（3）两物块从D点抛出后，落到斜面上所用的时间．

如图所示，倾斜轨道AB的倾角为37⁰，CD、EF轨道水平，AB与CD通过光滑圆弧管道BC连接，CD右端与竖直光滑圆周轨道相连。小球可以从D进入该轨道，沿轨道内侧运动，从E滑出该轨道进入EF水平轨道。小球由静止从A点释放，已知AB长为5R，CD长为R，重力加速度为g，小球与斜轨AB及水平轨道CD、EF的动摩擦因数均为0．5，sin37⁰=0．6，cos37⁰=0．8，圆弧管道BC入口B与出口C的高度差为l．8R。求：(在运算中，根号中的数值无需算出)

（1）小球滑到斜面底端C时速度的大小。
（2）小球刚到C时对轨道的作用力。
（3）要使小球在运动过程中不脱离轨道，竖直圆周轨道的半径应该满足什么条件?

2013年6月11日，我国航天员聂海胜、张晓光和王亚平在“ 天宫一号”首次为青少年进行太空授课,开辟了我国太空教育的新篇章。如右图是授课过程中让小球做圆周运动的情景，长为L的细线一端固定在支架上,另一端系着小球，拉直细线，让小球在最低点（以图中支架为参考）以垂直于细线的速度v₀抛出开始做圆周运动。同时，地面教室有一套完全相同的装置做同样的对比实验:假设在最低点时，两球的速度大小相等,且两球均做完整的圆周运动，空气阻力不计，则关于地面教室和“ 天宫”中的两小球的运动情况，下列说法正确的是 （  ）

A．运动到最低点时，地面教室中的小球对绳子的拉力与“天宫”中的等大

B．若相同的时间内，地面教室中的小球运动n1圈，“天宫”中的小球运动n2圈，则n1>n2

C．在“天宫”中，小球在最低点的速度须足够大才能做完整的圆周运动

D．若小球运动到最低点时，两组实验中的细绳均被拉断，则地面教室中的小球做平抛运动，而“天宫”里的小球做匀速直线运动

(15分) 如图所示，水平轨道AB与竖直半圆形光滑轨道在B点平滑连接，AB段长x=10m，半圆形轨道半径R=2.5m，质量m=0.1kg的小滑块（可视为质点）以一定的速度从水平轨道进入半圆形轨道，沿轨道运动到最高点C，从C点水平飞出。若小滑块从C点水平飞出后恰好落在A点，重力加速度g=10m/s²，试分析求解：

(1)滑块通过C点时的速度大小；
(2)滑块刚进入半圆形轨道时，在B点对轨道的压力大小；

如图所示，长为L的轻杆，一端固定一个小球，另一端固定在光滑的水平轴上，使小球在竖直平面内作圆周运动，关于小球在最高点的速度v₀下列说法中正确的是 （    ）

A．v0的最小值为

B．v0由零逐渐增大，向心力也逐渐增大

C．当v0由值逐渐增大时，杆对小球的弹力也逐渐增大

D．当v0由值逐渐减小时，杆对小球的弹力也仍然逐渐增大

内壁光滑的圆锥筒固定不动，其轴线竖直，如图所示，有两个质量相同的小球A和B紧贴内壁分别在图示所在的水平面内做匀速圆周运动，则（   ）

A．A球线速度必定大于B球的线速度

B．A球对筒壁的压力必定大于B球对筒壁的压力

C．A球角速度必定大于B球的角速度

D．A球的运动周期必定大于B球的运动周期