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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.

举一反三
多选题

(多选)当运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动时,可称为一般的曲线运动.尽管这时曲线运动各个位置的弯曲程度不一样,但我们可以把这条曲线分割为许多很短的小段,质点在每小段的运动可以看做圆周运动的一部分,如图甲所示.现将一物体沿与水平面成α角的方向以速度v_0抛出(不计空气阻力),如图乙所示,下列说法正确的是(  )

A
最高点的速度方向水平向右
B
最高点的加速度大于重力加速度g
C
最高点的速度大小为vsinα
D
最高点的曲率半径是$\frac {v_0_cos_α}{g}$

题目答案

AD

答案解析

分析:

根据平行四边形定则求出最高点的速度,抓住最高点的加速度为g,根据向心加速度的公式求出最高点的曲率半径.

解答:

解:A、物体运动到最高点,竖直分速度为零,根据平行四边形定则知,最高点的速度v$_1$=v_0cosα,方向水平向右.故A正确,C错误.

B、最高点的加速度等于重力加速度g.故B错误.

D、根据a=g=$\frac {v$_1$}{r}$知,最高点的曲率半径r=$\frac {v$_1$}{g}$=$\frac {v_0_cos_α}{g}$.故D正确.

故选:AD.

点评:

解决本题的关键知道速度是矢量,合成分解遵循平行四边形定则,知道曲率半径与向心加速度和速度的关系.

多选题

(多选)中央电视台《今日说法》栏目最近报道了一起发生在湖南长沙某区湘府路上的离奇交通事故.家住公路拐弯处的张先生和李先生家在三个月内连续遭遇了七次大卡车侧翻在自家门口的场面,第八次有辆卡车冲撞进李先生家,造成三死一伤和房屋严重损毁的血腥惨案.经公安部门和交通部门协力调查,画出的现场示意图如图所示.交警根据图示作出以下判断,你认为正确的是(  )

A
由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车作离心运动
B
由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车作向心运动
C
公路在设计上可能内(东)高外(西)低
D
公路在设计上可能外(西)高内(东)低

题目答案

AC

答案解析

分析:

汽车拐弯时发生侧翻是由于车速较快,提供的力不够做圆周运动所需的向心力,发生离心运动.有可能是内测高外侧低,支持力和重力的合力向外,最终的合力不够提供向心力.

解答:

解:A、B、汽车发生侧翻是因为提供的力不够做圆周运动所需的向心力,发生离心运动;故A正确,B错误;

C、D、汽车在水平路面上拐弯时,靠静摩擦力提供向心力,现在易发生侧翻可能是路面设计不合理,公路的设计上可能内侧(东)高外侧(西)低,重力沿斜面方向的分力背离圆心,导致合力不够提供向心力而致.故C正确,D错误.

故选:AC.

点评:

解决本题的关键知道当提供的力等于圆周运动所需要的力,物体做圆周运动,当提供的力不够圆周运动所需要的力,物体做离心运动.

多选题

(多选)铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的,其倾角为θ,弯道半径为r,若质量为m的火车转弯时速度小于$\sqrt {grtanθ}$,则(  )

A
内轨对内测车轮轮缘有挤压
B
外轨对外测车轮轮缘有挤压
C
铁轨对火车的支持力等于$\frac {mg}{cosθ}$
D
铁轨对火车的支持力小于$\frac {mg}{cosθ}$

题目答案

AD

答案解析

分析:

火车在弯道处拐弯时火车的重力和轨道对火车的支持力的合力做为转弯需要的向心力,当合力恰好等于需要的向心力时,火车对内外轨道都没有力的作用,速度增加,就要对外轨挤压,速度减小就要对内轨挤压.

解答:

解:A、火车的重力和轨道对火车的支持力的合力恰好等于需要的向心力时,此时火车的速度正好是$\sqrt {grtanθ}$,当火车转弯的速度小于$\sqrt {grtanθ}$,需要的向心力减小,而重力与支持力的合力不变,所以合力大于了需要的向心力,内轨就要对火车产生一个向外的力来抵消多余的力,所以此时内轨对内侧车轮轮缘有挤压.故A正确,B错误.

C、当内外轨没有挤压力时,受重力和支持力,N=$\frac {mg}{cosθ}$,由于内轨对火车的作用力沿着轨道平面,可以把这个力分解为水平和竖直向上两个分力,由于竖直向上的分力的作用,使支持力变小.故C错误,D正确.

故选:AD.

点评:

火车转弯主要是分析清楚向心力的来源,再根据速度的变化,可以知道对内轨还是对外轨有作用力.

多选题

(多选)铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的,已知内外轨道对水平面倾角为θ,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车以速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,下面分析正确的是(  )

A
轨道半径R=$\frac {v}{g}$
B
v=$\sqrt {gRtanθ}$
C
若火车速度小于v时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行轨道平面向内
D
若火车速度大于v时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行轨道平面向外

题目答案

BD

答案解析

分析:

火车以规定的速度转弯时,其所受的重力和支持力的合力提供向心力,先用平行四边形定则求出合力,再根据根据合力等于向心力求出转弯速度,当转弯的实际速度大于或小于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力不足以提供向心力或大于所需要的向心力,火车有离心趋势或向心趋势,故其轮缘会挤压车轮.

解答:

解:A、D、火车以某一速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力



由图可以得出

F_合=mgtanθ(θ为轨道平面与水平面的夹角)

合力等于向心力,故

mgtanθ=m$\frac {v}{R}$

解得

R=$\frac {v}{gtanθ}$,故A错误,

v=$\sqrt {gRtanθ}$,故B正确;

C、当转弯的实际速度小于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力,火车有向心趋势,故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内,故C错误;

D、当转弯的实际速度大于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力,火车有离心趋势,故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外,故D正确;

故选BD.

点评:

本题关键抓住火车所受重力和支持力的合力恰好提供向心力的临界情况,计算出临界速度,然后根据离心运动和向心运动的条件进行分析.

多选题

(多选)汽车对地面的压力太小是不安全的,从这个角度讲,关于汽车过拱形桥时(如图所示)的说法正确的是(  )

A
对于同样的车速,拱形桥圆弧半径越大越安全
B
对于同样的车速,拱形桥圆弧半径越小越安全
C
对于同样的拱形桥,汽车车速越小越安全
D
对于同样的拱形桥,汽车车速越大越安全

题目答案

AC

答案解析

分析:

汽车做圆周运动,受到的重力和支持力的合力提供向心力,压力等于支持力,求出压力表达式分析即可.

解答:

解:汽车做圆周运动,受到的重力和支持力的合力提供向心力

mg-N=m$\frac {v}{R}$ ①

根据牛顿第三定律,汽车对桥的压力等于桥对汽车的支持力

N′=N ②

由①②两式解得

N′=mg-m$\frac {v}{R}$

当v一定时,R越大压力N′越大,越安全,故A正确,B错误;

当R一定时,v越小,压力N′越大,越安全,故C正确,D错误;

故选AC.

点评:

本题关键根据牛顿第二定律和第三定律求出压力的一般表达式进行讨论,再得出结果.

多选题

(多选)随着地球资源的日益匮乏和环境的日益恶劣,人类设想在地球远地轨道上建立一个未来的圆环形太空城.远远看去,好像一个巨大的车轮,圆环形的直径为D,“轮胎”是一个空心的大圆环,其内部直径为d(D>>d),是太空城的生活区. 同时,太空城还绕着自己的中心轴慢慢旋转,利用旋转时产生的离心效应而制造出人造重力,生活在其中的人类就有脚踏实地的感觉.已知地球半径R,表面重力加速度为g,地球自转周期为T,空间站轨道半径r.下列说法中正确的

是(  )

A
太空城中的“地面”在图示的下表面
B
当太空城稳定地转动时,若在“生活区”上空某处静止释放一个物体,让太空城里的你来观察,你会观察到物体沿径向垂直太空城外边缘加速下落
C
若太空城的转速刚能提供和地球表面的实际重力加速度效果相同的人造“重力”,那么太空城自转的角速度为$\sqrt {}$
D
若忽略太空城的自转,则太空城的绕地球转动的周期为$\sqrt {}$

题目答案

BC

答案解析

分析:

太空城还绕着自己的中心轴慢慢旋转,向心力指向圆心,在“生活区”上空某处静止释放一个物体,运动情况类似于地球上的自由落体运动,根据太空城表面重力提供向心力求解角速度,根据开普勒第三定律求解太空城的绕地球转动的周期.

解答:

解:A、太空城还绕着自己的中心轴慢慢旋转,向心力指向圆心,生活在其中的人类就有脚踏实地的感觉,所以太空城中的“地面”在图示的侧表面,故A错误;

B、在“生活区”上空某处静止释放一个物体,运动情况类似于地球上的自由落体运动,故B正确;

C、根据太空城表面重力提供向心力得:

mω_$\frac {D}{2}$=mg,

解得:ω=$\sqrt {}$,故C正确;

D、根据题目中的条件无法求解太空城的绕地球转动的周期,故D错误.

故选:BC

点评:

本题是一道科学探索题,题目新颖,要求同学们能根据题目得出有用信息,能把太空城与地球联系起来,类比研究,难度适中.

多选题

(多选)如图所示,质量为m的小球在竖直平面内的光滑圆环轨道上做圆周运动.圆环半径为R,小球经过圆环最高点时刚好不脱离圆环,则其通过最高点时(  )

A
小球对圆环的压力大小等于mg
B
小球受到的向心力等于0
C
小球的线速度大小等于$\sqrt {gR}$
D
小球的向心加速度大小等于g

题目答案

CD

答案解析

分析:

小球经过圆环最高点时刚好不脱离圆环,知轨道对小球的弹力为零,靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出小球的速度.

解答:

解:A、因为小球刚好在最高点不脱离圆环,则轨道对球的弹力为零,所以小球对圆环的压力为零.故A错误.

B、根据牛顿第二定律得,mg=m$\frac {v}{R}$=ma,知向心力不为零,线速度v=$\sqrt {gR}$,向心加速度a=g.故B错误,C、D正确.

故选CD.

点评:

解决本题的关键知道在最高点的临界情况,运用牛顿第二定律进行求解.

多选题

(多选)如图所示,用长为l的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动,则下列说法中正确的是(  )

A
小球在圆周最高点时所受的向心力一定为重力
B
小球在最高点时绳子的拉力不可能为零
C
若小球刚好能在竖直平面内做圆周运动,则其在最高点的速率为$\sqrt {gl}$
D
小球过最低点时绳子的拉力一定大于小球重力

题目答案

CD

答案解析

分析:

对小球在不同位置时分析向心力的来源,利用牛顿第二定律列方程即可解答

解答:

解:A、小球在圆周最高点时,向心力可能等于重力也可能等于重力与绳子的拉力之和,取决于小球的瞬时速度的大小,故A错误;

B、小球在圆周最高点时,满足一定的条件可以使绳子的拉力为零,故B错误;

C、小球刚好能在竖直面内做圆周运动,则在最高点,重力提供向心力,v=$\sqrt {gl}$,故C正确;

D、小球在圆周最低点时,具有竖直向上的向心加速度,处于超重状态,拉力一定大于重力,故D正确.

故选CD

点评:

圆周运动问题重在分析向心力的来源,利用牛顿第二定律列方程

多选题

(多选)如图所示,轻绳一端固定在O点,另一端固定一质量为m的小球,现在圆周的最低点A点给小球一水平向右的初速度使小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动.小球在运动过程中始终受到一竖直向上的恒力F作用,不计一切阻力.下列说法正确的是(  )

A
若F=mg,则小球做的是匀速圆周运动
B
若F<mg,则小球在最高点B点的最小速度为$\sqrt {}$
C
若F<mg,则小球在最高点B点的最小速度为$\sqrt {}$
D
若F>mg,则小球在最高点B点的最小速度为$\sqrt {}$

题目答案

AC

答案解析

分析:

当合外力完全提供圆周运动向心力时小球可以做匀速圆周运动,当F与重力不平衡时,可以将F和重力的合力等效成重力进行分析求解.

解答:

解:A、当F=mg时,即F和重力平衡,杆对球的作用力提供小球圆周运动向心力,故小球在杆的作用力下做匀速圆周运动,故A正确;

BC、若F<mg时,F和mg的合力为mg-F,等效重力加速度a=g-$\frac {F}{m}$,分析此时球能过最高点时的临界速度v=$\sqrt {aR}$=$\sqrt {}$,由此可得B错误,C正确;

D、当F>mg时,小球的等效重力为F-mg,注意此时等效重力方向竖直向上,故小球在最高点B时,在等效重力方向为等效最低点,所以小球在B点的最小速度为0,故D错误.

故选:AC

点评:

本题抓住F与重力的合力看成等效重力进行处理,利用最高点和最低点时合外力提供圆周运动向心力进行分析,当合外力向上时,等效重力向上,则最高点B为等效圆周运动的最低点.这是思维上的一难点.

多选题

(多选)如图所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动.现给小球一初速度,使它做圆周运动,图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对小球的作用力可能是(  )

A
a处为拉力,b处为拉力
B
a处为拉力,b处为推力
C
a处为推力,b处为拉力
D
a处为推力,b处为推力

题目答案

AB

答案解析

分析:

小球做匀速匀速圆周运动,在最高点速度可以为零,在最高点和最低点重力和弹力的合力提供向心力,指向圆心,可以判断杆的弹力的方向.

解答:

解:小球做圆周运动,合力提供向心力;

在最高点受重力和杆的弹力,假设弹力向下,如图



根据牛顿第二定律得到,F$_1$+mg=m$\frac {$_1$}{r}$;

当F$_1$<0,为支持力,向上;

当F$_1$>0,为拉力,向下;

当F$_1$=0,无弹力;

球经过最低点时,受重力和杆的弹力,如图



由于合力提供向心力,即合力向上,故杆只能为向上的拉力;

故选A、B.

点评:

要注意杆与绳子的区别,杆可以是支持力,可以是拉力,而绳子只能为拉力!