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多选题

(多选)如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的,圆锥固定,有质量相同的两个小球A和B贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动,A的运动半径较大,则(  )

A
A球的角速度必小于B球的角速度
B
A球的线速度必小于B球的线速度
C
A球运动的周期必大于B球运动的周期
D
A球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力

题目答案

AC

答案解析

分析:

对小球受力分析,受重力和支持力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求解即可.

解答:

解:以小球为研究对象,对小球受力分析,小球受力如图所示:

由牛顿第二定律得:mgtanθ=m$\frac {v}{r}$

解得:v=$\sqrt {grtanθ}$,则ω=$\frac {v}{r}$=$\sqrt {}$,T=$\frac {2π}{ω}$=2π$\sqrt {}$,

由图示可知,对于AB两个球来说,重力加速度g与角θ相同,

A、A的转动半径大,B的半径小,因此,A的角速度小于B的角速度,故A正确;

B、A的线速度大于B的线速度,故B错误;

C、A的周期大于B的周期,故C正确;

D、由受力分析图可知,球受到的支持力F_N=$\frac {mg}{sinθ}$,由于两球的质量m与角度θ相同,则桶壁对AB两球的支持力相等,由牛顿第三定律可知,两球对桶壁的压力相等,故D错误;

故选:AC.

点评:

本题关键是对小球受力分析,然后根据牛顿第二定律和向心力公式列式求解分析.

举一反三
多选题

(多选)两个质量不同的小球,被长度不等的细线悬挂在同一点,并在同一水平面内作匀速圆周运动,如图所示.则两个小球的(  )

A
运动周期相等
B
运动线速度相等
C
运动角速度相等
D
向心加速度相等

题目答案

AC

答案解析

分析:

两个小球均做匀速圆周运动,对它们受力分析,找出向心力来源,可先求出角速度,再由角速度与线速度、周期、向心加速度的关系公式求解!

解答:

解:对其中一个小球受力分析,如图,受重力,绳子的拉力,由于小球做匀速圆周运动,故合力提供向心力;



将重力与拉力合成,合力指向圆心,由几何关系得,合力:F=mgtanθ ①;

由向心力公式得到,F=mω_r ②;

设球与悬挂点间的高度差为h,由几何关系,得:r=htanθ ③;

由①②③三式得,ω=$\sqrt {}$,与绳子的长度和转动半径无关,故C正确;

又由T=$\frac {2π}{ω}$,故A正确;

由v=wr,两球转动半径不等,故B错误;

由a=ω_r,两球转动半径不等,故D错误;

故选A、C.

点评:

本题关键要对球受力分析,找向心力来源,求角速度;同时要灵活应用角速度与线速度、周期、向心加速度之间的关系公式!

多选题

(多选)如图所示,质量为m的小球,从位于竖直平面内的圆弧形曲面上下滑,由于摩擦力的作用,小球从a到b运动速率增大,b到c速率恰好保持不变,c到d速率减小,则(  )

A
小球ab段和cd段加速度不为零,但bc段加速度为零
B
小球在abcd段过程中加速度全部不为零
C
小球在整个运动过程中所受合外力大小一定,方向始终指向圆心
D
小球只在bc段所受合外力大小不变,方向指向圆弧圆心

题目答案

BD

答案解析

分析:

物块下滑过程速率保持不变,做匀速圆周运动,加速度不等于零,合外力不等于零.合外力提供向心力,大小不变,向心加速度大小不变,方向指向圆心,随时间变化.

解答:

解:A、小球ab段和cd段速度大小在变化,故存在加速度;而bc段虽然速度大小不变,但方向时刻在变化,因此也存在加速度,当然由于做的曲线运动,因此加速度一定不为零,故A错误,B正确;

C、只有做匀速圆周运动时,所受合外力大小一定,方向始终指向圆心,而小球ab段和cd段速度大小在变化,故C错误,D正确;

故选:BD

点评:

本题其实就是匀速圆周运动问题,考查对其基本物理量的理解能力,比较容易.

多选题

(多选)有一质量为m的木块,由碗边滑向碗底,碗内表面是半径为R的圆弧且粗糙程度不同,由于摩擦力的作用,木块的运动速率恰好保持不变,则(  )

A
它的加速度为零
B
它所受的合力为零
C
它所受合外力提供向心力
D
它所受合外力大小一定,方向改变

题目答案

CD

答案解析

分析:

木块由碗边滑向碗底,速率不变,做匀速圆周运动,靠合力提供向心力,方向始终指向圆心.

解答:

解:A、木块做匀速圆周运动,加速度不为零,方向直线圆心.故A错误.

B、木块做匀速圆周运动,合力提供向心力,合力不为零,大小不变,方向时刻改变.故B错误,C、D正确.

故选:CD.

点评:

解决本题的关键知道匀速圆周运动的向心力由合力提供,向心力大小不变,方向时刻改变.

多选题

(多选)如图所示,小球能在光滑的水平面上做匀速圆周运动,若剪断B、C之间细绳,当A球重新达到稳定状态后,则它的(  )

A
运动半径变大
B
加速度变小
C
角速度变大
D
周期变小

题目答案

AB

答案解析

分析:

BC的重力提供A做匀速圆周运动的向心力,当剪断B、C之间的细绳时,向心力减小,根据向心力公式即可求解.

解答:

解:当剪断B、C之间的细绳时,能提供的向心力减小,所以A球做离心运动,半径变大,故A正确;

稳定后则有:

F=m$\frac {v}{r}$=mω_r=m$\frac {4π_r}{T}$=ma

所以周期T变大,角速度变小,加速度变小,故CD错误,B正确.

故选AB

点评:

本题主要考查了向心力公式的直接应用,难度不大,属于基础题.

多选题

(多选)如图所示,A、B(可视为质点)质量分别为m$_1$、m$_2$,在距圆盘中心r处随水平圆盘绕轴匀速转动,已知圆盘转动的角速度为ω,各面之间的动摩擦因数为μ.下列关于B的受力说法正确的是(  )

A
A对B的摩擦力方向指向转轴,大小为μm$_1$g
B
A对B的摩擦力方向背离转轴,大小为m$_1$ω_r
C
圆盘对B的摩擦力方向指向转轴,大小为m$_2$ω_r
D
圆盘对B的摩擦力方向指向转轴,大小为(m$_1$+m$_2$)ω_r

题目答案

BD

答案解析

分析:

AB在距圆盘中心r处随水平圆盘绕轴匀速转动,A由B对A的静摩擦力提供向心力,把AB看成一个整体,由圆盘对整体的静摩擦力提供向心力,根据向心力公式求解.

解答:

解:A、A由B对A的静摩擦力提供向心力,所以A受到的摩擦力为f=m$_1$ω_r,方向指向转轴,根据牛顿第三定律可知,对B的摩擦力方向背离转轴,大小为m$_1$ω_r,故A错误,B正确;

C、把AB看成一个整体,由圆盘对整体的静摩擦力提供向心力,根据向心力公式得:

f′=(m$_1$+m$_2$)ω_r,方向指向转轴,故C错误,D正确.

故选BD

点评:

本题解题的关键是找出向心力的来源,能根据向心力公式分析求解,难度不大,属于基础题.

多选题

(多选)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,它们与盘间的动摩擦因数相同,当圆盘转速加快到两物体刚要发生滑动时,烧断细线,则(  )

A
两物体均沿切线方向滑动
B
物体B仍随圆盘一起做匀速圆周运动,同时所受摩擦力减小
C
两物体仍随圆盘一起做匀速圆周运动,不会发生滑动
D
物体B仍随圆盘一起做匀速圆周运动,物体A发生滑动,离圆盘圆心越来越远

题目答案

BD

答案解析

分析:

对AB两个物体进行受力分析,找出向心力的来源,即可判断烧断细线后AB的运动情况.

解答:

解:当圆盘转速加快到两物体刚要发生滑动时,A物体靠细线的拉力与圆盘的最大静摩擦力的合力提供向心力做匀速圆周运动,B靠指向圆心的静摩擦力和拉力的合力提供向心力,所以烧断细线后,A所受最大静摩擦力不足以提供其做圆周运动所需要的向心力,A要发生相对滑动,离圆盘圆心越来越远,但是B所需要的向心力小于B的最大静摩擦力,所以B仍保持相对圆盘静止状态,做匀速圆周运动,且静摩擦力比绳子烧断前减小.故B、D正确,A、C错误.

故选BD.

点评:

解决本题的关键是找出向心力的来源,知道AB两物体是由摩擦力和绳子的拉力提供向心力,难度中等.

多选题

(多选)甲乙两名溜冰运动员的质量分别为m$_1$=80kg、m$_2$=40kg,两人面对面在光滑水平冰面上拉着弹簧秤作圆周运动,此时两人相距0.9m,弹簧秤的示数为24N,则下列判断正确的是(  )

A
两人的线速度相同,约为0.5m/s
B
两人的角速度相同,为1rad/s
C
两人的运动半径相同,都是0.45m
D
两人的运动半径不同,甲为0.3m,乙为0.6m

题目答案

BD

答案解析

分析:

两人面对面在光滑水平冰面上拉着弹簧秤作圆周运动,角速度相等,向心力相等,根据牛顿第二定律求出角速度的大小.

解答:

解:两个人做圆周运动的角速度相等,向心力相等,有:m$_1$r$_1$ω_=m$_2$r$_2$ω_,解得$\frac {r$_1$}{r$_2$}$=$\frac {m$_2$}{m$_1$}$=$\frac {1}{2}$,则r$_1$=0.3m,r$_2$=0.6m.两人的角速度相等,但是半径不等,根据v=rω知,线速度不等.

根据F=m$_1$r$_1$ω_,解得:ω=1rad/s.故B、D正确,A、C错误.

故选BD.

点评:

解决本题的关键抓住两人的角速度相等,向心力相等,运用牛顿第二定律进行求解.

多选题

(多选)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
B的向心力是A的向心力的2倍
B
盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍
C
A、B都有沿半径向外滑动的趋势
D
若B先滑动,则B对A的动摩擦因数μ_A小于盘对B的动摩擦因数μ_B

题目答案

BC

答案解析

分析:

A、B两物体一起做圆周运动,靠摩擦力提供向心力,两物体的角速度大小相等,结合牛顿第二定律分析判断.

解答:

解:A、因为A、B两物体的角速度大小相等,根据F_n=mrω_,因为两物块的角速度大小相等,转动半径相等,质量相等,则向心力相等.

B、对AB整体分析,f_B=2mrω_,对A分析,有:f_A=mrω_,知盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍,故B正确.

C、A所受的静摩擦力方向指向圆心,可知A有沿半径向外滑动的趋势,B受到盘的静摩擦力方向指向圆心,有沿半径向外滑动的趋势,故C正确.

D、对AB整体分析,μ_B2mg=2mrω_B_,解得ω_B=$\sqrt {}$,对A分析,μ_Amg=mrω_A_,解得ω_A=$\sqrt {}$,因为B先滑动,可知B先达到临界角速度,可知B的临界角速度较小,即μ_B<μ_A,故D错误.

故选:BC.

点评:

解决本题的关键知道A、B两物体一起做匀速圆周运动,角速度大小相等,知道圆周运动向心力的来源,结合牛顿第二定律进行求解,难度中等.

多选题

(多选)若物体以速度v进入某空间后,受到一个逐渐减小的合外力的作用,且该合外力的方向始终是垂直于该物体的速度方向,则物体的运动将是(  )

A
速率保持不变
B
速率逐渐减小
C
曲率半径逐渐增大
D
曲率半径逐渐减小

题目答案

AC

答案解析

分析:

合外力的方向始终是垂直于该物体的速度方向,提供向心力,根据圆周运动的向心力公式列式分析即可.

解答:

解:A、B、合外力的方向始终是垂直于该物体的速度方向,故合力始终不做功,根据动能定理,动能不变,则速率不变;故A正确,B错误;

C、D、合外力提供向心力,根据向心力公式:F_n=$\frac {mv}{r}$向心力的大小不变,速度的大小不变,所以物体运动轨迹的曲率半径r不断增加.故C正确,D错误.

故选:AC

点评:

本题关键明确一般曲线运动可以分割成无数小段,每一小段近似看作圆周,然后根据向心力公式和动能定理列式分析.

多选题

(多选)如图所示,物体以一定的初速度从O点向x轴正方向水平抛出,它的轨迹恰好满足抛物线方程y=0.2x_(x≥0,单位为m),已知重力加速度为g=10m/s_,空气阻力不计,一般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看成圆周运动的一部分,即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替,圆半径即为曲率半径.那么以下说法正确的是(  )

A
物体被抛出时的初速度为5m/s
B
物体被抛出时的初速度为2m/s
C
O点的曲率半径为2.5m
D
O点的曲率半径为0.5m

题目答案

AC

答案解析

分析:

平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动,竖直方向上的分运动是自由落体运动,根据竖直位移和水平位移与时间的关系得出y与x的方程,即可求得初速度;根据数学知识求解O点的曲率半径.

解答:

解:根据x=v_0t,y=$\frac {1}{2}$gt_得,y=$\frac {g}{2v_0}$x_,因为y=0.2x_,知$\frac {g}{2v_0}$=0.2,解得初速度v_0=5m/s,故A错误,B正确.

C、抛物线方程y=0.2x_求导得,y′=0.4x,根据数学知识,O点的曲率半径为r=$\frac {1}{0.4}$m=2.5m,故C正确,D错误.

故选:AC.

点评:

本题运用数学上参数方程的方法求解初速度,关键是抓住平抛运动的分解方法.根据曲率半径的定义,由数学知识求解.