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    [2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练,专题4.15,竖直面内或斜面内的圆周运动的杆模型(基础篇)(解析版)]

    时间:2020-07-31 16:25:22来源:百花范文网本文已影响

    2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练 第四部分 曲线运动 专题4.15竖直面内或斜面内的圆周运动的杆模型(基础篇) 一.选择题 1. (2018北京密云质检)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,两种过山车都有安全锁(由上、下、侧三个轮子组成)把轨道车套在了轨道上,四个图中轨道的半径都为R,下列说法正确的是(  ) 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,轨道车过最高点的最小速度为 【参考答案】.BC 【名师解析】甲图中,由mg=m可知,当轨道车以一定的速度v=通过轨道最高点时,座椅给人向上的力为零,选项A错误;
    乙图中,由F-mg=m可知,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F= mg+m,选项B正确;
    丙图中,由F-mg=m可知,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F= mg+m,选项C正确;
    由于过山车都有安全锁(由上、下、侧三个轮子组成)把轨道车套在了轨道上,丁图中,轨道车过最高点的最小速度可以为零,选项D错误。

    2. (2019安徽蚌埠二中最后一卷)如图所示,长为l的轻杆两端各固定一个质量均为m的小球a、b,系统置于倾角为θ的光滑斜面上,且杄可绕位于中点的转轴平行于斜面转动,当小球a位于最低点时给系统一初始角速度ω0,不计一切阻力,则(  ) A.在轻杆转过的过程中,角速度逐渐减小 B. 只有大于某临界值,系统才能做完整的圆周运动 C. 轻杆受到转轴的力的大小始终为 D. 轻杆受到转轴的力的方向始终在变化 【参考答案】C 【名师解析】 质量均为m的小球a、b,系统置于倾角为θ的光滑斜面上,且杄可绕位于中点的转轴平行于斜面转动,当系统一初始角速度,在转动过程中,系统的重力势能不变,那么系统的动能也不变,因此系统始终匀速转动,故AB错误;

    选两球,及杆,作为系统,根据牛顿第二定律,则有:F-2mgsinθ=man+m(-an),解得:F=2mgsinθ,而轻杆受到转轴的力的方向始终沿着斜面向上,故C正确,D错误。

    【关键点拨】根据质量相等,判定各自重力势能变化,从而确定小球转动速度;

    对整体分析,结合牛顿第二定律,及向心力表达式,即可求解。

    考查重力势能与动能的转化,注意质量相等,且转轴在杆的中点是解题的关键,同时掌握牛顿第二定律的应用

    3.(2017·山东青岛期末) (多选)如图所示,内壁光滑的大圆管,用一细轻杆固定在竖直平面内;
    在管内有一小球(可视为质点)做圆周运动。下列说法正确的是(  ) A.小球通过最低点时,小球对圆管的压力向下 B.小球通过最高点时,小球对圆管可能无压力 C.细杆对圆管的作用力一定大于圆管的重力大小 D.细杆对圆管的作用力可能会大于圆管和小球的总重力大小 【参考答案】ABD 【名师解析】 小球通过最低点时,小球受到重力、圆管向上的支持力,合力指向圆心,根据牛顿第三定律,小球对圆管的压力向下,选项A正确;
    当小球通过最高点时,若速度为,圆管对小球的弹力为零,小球对圆管无压力,选项B正确;

    对圆管和球组成的整体为研究对象,当小球的向心加速度向上(或分量向上)时,细杆对圆管的作用力会大于圆管和小球的总重力大小;
    当小球的向心加速度向下(或分量向下)时,细杆对圆管的作用力小于圆管和小球的总重力大小,选项C错误,D正确。

    4.(2018合肥八中质检)如图所示,A和B两个小球固定在一根轻杆的两端,A球的质量为m,B球的质量为2m,此杆可绕穿过O点的水平轴无摩擦地转动。现使轻杆从水平位置由静止释放,则在杆从释放到转过90°的过程中,下列说法正确的是(  ) A.A球的机械能增加 B.杆对A球始终不做功 C.B球重力势能的减少量等于B球动能的增加量 D.A球和B球组成系统的总机械能守恒 【参考答案】 AD 【名师解析】 杆从释放到转过90°的过程中,A球“拖累”B球的运动,杆对A球做正功,A球的机械能增加,选项A正确,B错误;
    杆对B球做负功,B球的机械能减少,总的机械能守恒,选项D正确,C错误。

    5. (2018河南名校联考)太阳神车由四脚的支架吊着一个巨大的摆锤摆动,游客被固定在摆下方的大圆盘A上,如图所示.摆锤的摆动幅度每边可达120°。6台大功率的异步驱动电机同时启动,为游客创造4.3 g的加速度,最高可飞跃至15层楼高的高空。如果不考虑圆盘A的自转,根据以上信息,以下说法中正确的是 A.当摆锤摆至最高点的瞬间,游客受力平衡 B.当摆锤摆至最高点时,游客可体验最大的加速度 C.当摆锤在下摆的过程中,摆锤的机械能一定不守恒 D.当摆锤上下摆动摆至最低点的过程中,游客一定处于超重体验中 【参考答案】.D 【名师解析】当摆锤摆至最高点的瞬间,游客有斜向下的加速度,加速度不是最大,受力不平衡,选项A错误;
    当摆锤在下摆的过程中,若驱动电机做功正好等于克服摩擦力做功,则摆锤的机械能守恒,选项C错误;
    当摆锤上下摆动摆至最低点的过程中,旅客的加速度方向一定向上,游客一定处于超重体验中,选项D正确。

    6.(2016·河南洛阳高三月考)如图所示,螺旋形光滑轨道竖直放置,P、Q为对应的轨道最高点,一个小球以一定速度沿轨道切线方向进入轨道,且能过轨道最高点P,则下列说法正确的是(  ) A.小球恰能过轨道最高点P的速度为零 B.轨道对小球不做功,小球在P点的角速度大于在Q点的角速度 C.小球在Q点的向心加速度大于在P点的向心加速度 D.小球在Q点对轨道的压力大于在P点对轨道的压力 【参考答案】.CD  【名师解析】小球在P点做圆周运动,至少重力提供向心力,故mg=,故P点速度不为零,A错误;
    由于支持力始终与速度方向垂直,所以支持力不做功即轨道对小球不做功,仅有重力做功,小球机械能守恒,则P点的速度小于Q点速度,且P点的半径大于Q点的半径,所以小球通过P点的角速度小于通过Q点的,B错误;
    根据a=得,小球在P点的向心加速度小于Q点的,故C正确;
    根据牛顿第二定律可知,小球在P点的向心力小于Q点的,而向心力是由重力与轨道对它的支持力提供,因此小球在P点的支持力小于Q点的,即小球对轨道的压力P点小于Q点的,故D正确。

    7.如图甲所示,轻杆一端固定在O点,另一端固定一小球,现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时,杆与小球间弹力大小为FN,小球在最高点的速度大小为v,其FN-v2图象如图乙所示。则(  ) A.小球在质量为 B.当地的重力加速度大小为 C.v2=c时,在最高点杆对小球的弹力方向向上 D.v2=2b时,在最高点杆对小球的弹力大小为2a 【参考答案】 A  【名师解析】 由图乙可知当小球运动到最高点时,若v2=b,则FN=0,轻杆既不向上推小球也不向下拉小球,这时由小球受到的重力提供向心力,即mg=,得v2=gR=b,故g=,B错误;
    当v2>b时,轻杆向下拉小球,C错误;
    当v2=0时,轻杆对小球弹力的大小等于小球重力,即a=mg,代入g=得小球的质量m=,A正确;
    当v2=2b时,由向心力公式得F+mg=得杆的拉力大小F=mg,故F=a,D错误。

    8.(2016·东城区模拟)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做圆周运动,关于小球在最高点的速度v,下列说法中正确的是(  ) A.当v的值为时,杆对小球的弹力为零 B.当v由逐渐增大时,杆对小球的拉力逐渐增大 C.当v由逐渐减小时,杆对小球的支持力逐渐减小 D.当v由零逐渐增大时,向心力也逐渐增大 【参考答案】 ABD  【名师解析】  在最高点球对杆的作用力为0时,由牛顿第二定律得:mg=,v=,A正确;
    当v>时,轻杆对球有拉力,则F+mg=,v增大,F增大,B正确;
    当v<时,轻杆对球有支持力,则mg-F′=,v减小,F′增大,C错误;
    由F向=知,v增大,向心力增大,D正确。

    9.(2016·山西吕梁模拟)如图所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,内侧壁半径为R,小球半径为r,则下列说法正确的是(  ) A.小球通过最高点时的最小速度vmin= B.小球通过最高点时的最小速度vmin=0 C.小球在水平线ab以下的管道中运动时,内侧管壁对小球一定无作用力 D.小球在水平线ab以上的管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力 【参考答案】 BC  【名师解析】在最高点,由于外管或内管都可以对小球产生弹力作用,当小球的速度等于0时,内管对小球产生弹力,大小为mg,故最小速度为0,故A错误,B正确;
    小球在水平线ab以下管道运动时,由于沿半径方向的合力提供小球做圆周运动的向心力,所以外侧管壁对小球一定有作用力,而内侧管壁对小球一定无作用力,故C正确;
    小球在水平线ab以上管道运动时,由于沿半径方向的合力提供小球做圆周运动的向心力,可能外侧壁对小球有作用力,也可能内侧壁对小球有作用力,故D错误。

    10.(2016·安徽芜湖高三月考)如图所示,长为L的轻杆,一端固定着一个小球,另一端可绕光滑的水平轴转动,使小球在竖直平面内运动。设小球在最高点的速度为v,则(  ) A.v的最小值为 B.v若增大,此时所需的向心力将减小 C.当v由逐渐增大时,杆对球的弹力也逐渐增大 D.当v由逐渐减小时,杆对球的弹力也逐渐减小 【参考答案】C  【名师解析】由于杆能支撑小球,因此v的最小值为零,故A错误;
    根据向心力公式Fn=m知,若速度v增大,则向心力增大,B错误;
    当v=时,杆对球没有作用力,v由逐渐增大,杆对球有向下的拉力,根据牛顿第二定律得,F+mg=m,有F=m-mg,v增大,F增大,C正确;
    v由逐渐减小时,杆对球有向上的支持力,有mg-F=m,解得F=mg-m,速度v减小,则杆对球的弹力增大,D错误。

    11.(2016·连云港六校联考)如图所示,用一根长杆和两个定滑轮的组合装置来提升重物M,长杆的一端放在地面上通过铰链连接形成转动轴,其端点恰好处于左侧滑轮正下方O点处,在杆的中点C处拴一细绳,通过滑轮后挂上重物M,C点与O点的距离为L,现在杆的另一端用力,使其逆时针匀速转动,由竖直位置以角速度ω缓慢转至水平(转过了90°角).下列有关此过程的说法中正确的是(  ) A.重物M做匀速直线运动 B.重物M做变速直线运动 C.重物M的最大速度是ωL D.重物M的速度先减小后增大 【参考答案】BC 【名师解析】设C点线速度方向与绳子的夹角为θ(锐角).由题知C点的线速度为ωL,该线速度在绳子方向上的分速度就为ωLcos θ,θ的变化规律是开始最大(90°),然后逐渐变小,所以ωLcos θ逐渐变大,直至绳子和杆垂直,θ变为0,绳子的速度变为最大,为ωL,然后,θ又逐渐增大,ωLcos θ逐渐变小,绳子的速度变小,所以重物的速度先增大后减小,最大速度为ωL,故选项BC正确. 12. 如图所示,在竖直放置的离心浇铸装置中,电动机带动两个支撑轮同向转动,管状模型放在这两个支承轮上靠摩擦带动,支承轮与管状模型间不打滑.铁水注入之后,由于离心作用,铁水紧紧靠在模型的内壁上,从而可得到密实的铸件,浇铸时支承轮转速不能过低,否则,铁水会脱离模型内壁,产生次品.已知管状模型内壁半径为R,支承轮的半径为r,重力加速度为g,则支承轮转动的最小角速度ω为( ) A. B. C. D. 【参考答案】B 【名师解析】 经过最高点的铁水要紧压模型内壁,临界情况是重力恰好提供向心力,根据牛顿第二定律,有:mg=m,解得:v=.支承轮与模型是同缘传动,边缘点线速度相等,故支承轮边缘点的线速度也为v=.故支承轮转动的最小角速度ω为:ω=v/r=,选项B正确。

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