03 第11讲 圆周运动 【答案】作业手册.docxVIP

03 第11讲 圆周运动 【答案】作业手册.docx

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第11讲圆周运动

1.D[解析]由题意可知,球面上P、Q两点转动时属于同轴转动,所以角速度大小相等,故D正确;球面上P、Q两点做圆周运动的半径大小关系为rPrQ,故A错误;根据v=rω可知,球面上P、Q两点做圆周运动的线速度大小关系为vPvQ,故B错误;根据an=rω2可知,球面上P、Q两点做圆周运动的向心加速度大小关系为aPaQ,故C错误.

2.D[解析]同皮带转动时有vA=vC,又因为B、C、D三点位于同一个转轮上,所以ωB=ωC,并且rC∶rB=2∶1,根据线速度表达式v=ωr,可得vA∶vB∶vC=2∶1∶2,故A错误;因为B、C点都在同一个转轮上,所以ωB=ωC,同皮带转动时有vA=vC,通过v=ωr可得ωA∶ωC=2∶1,所以有ωA∶ωB∶ωC=2∶1∶1,故B错误;由向心加速度公式a=ω2r=v2r,可知aA∶aB∶aC∶aD=4∶1∶2∶4,故C错误,D

3.A[解析]要使卷轴转动不停止,插销运动的半径最大为l,由弹力提供向心力得kl2=mω2l,插销与卷轴为同轴转动,即角速度ω相等,匀速拉动细绳的最大速度v=ωr,联立解得v=rk2m

4.A[解析]对汽车受力分析,有mgtanθ=mv2r,解得v=10m/s,故A正确,B错误;根据mgtanθ=mv2r,得v=grtanθ,汽车的质量和路面的粗糙程度对安全速度无影响,

5.A[解析]对小球受力分析,如图所示,依题意,小球受重力mg和轻绳的拉力FT的合力来提供向心力,可得Fn=mω2r=mgtanθ,又Lsinθ=r,联立解得1ω2=Lgcosθ,可知1ω2-cosθ

6.B[解析]对小球受力分析可知mgtanθ=mω2Rsinθ,解得cosθ=gω2R,tanθ=ω2Rsinθg,A错误,B正确;当θ=90°时,弹力方向水平,重力方向沿竖直方向,竖直方向无法平衡,无论如何小球都无法做圆周运动,C错误;当ω=g2R时,可知相对圆环静止(未在圆环最低点)的小球和圆心的连线与转轴的夹角的余弦值为

7.BD[解析]小球做匀速圆周运动,由其受到的重力与第三根绳子对其拉力的合力提供向心力,由牛顿第二定律可得mgtan45°=ma,解得a=g,故A错误;同理可得mgtan45°=mω2r,其中r=Lsin30°+Lsin45°,解得ω=2(2-1)gL,故B正确;对小球受力分析可得,绳子的拉力大小为F=mgsin45°=2mg,故C错误;对节点O受力分析,系于细杆上的二根绳的拉力的合力大小等于第三根绳上的拉力,根据平行四边形法则,结合题设条件,可知系于细杆上的两轻绳的拉力大小相等

8.(1)5m/s(2)12.8m(3)800N

[解析](1)根据牛顿第二定律有

μm+M

解得v1=5m/s

(2)根据牛顿第二定律有

μm+M

解得r2=12.8m

(3)根据合外力提供向心力有M+mg-FN

解得FN=800N

9.D[解析]根据牛顿第二定律有F+Ff=mω2r,整理得F=mrω2-μmg,可知F-ω2图像的斜率为k=mr,可知物块a、b、c的质量之比为ma∶mb∶mc=ka∶kb∶kc=11∶22∶12=2∶2∶1,故A、B错误;F-ω2图像的纵截距绝对值为Ff=μmg,由图像可得Ffa∶Ffb∶Ffc=1∶2∶1,可得物块a、b、c与转盘之间的动摩擦因数之比为μa∶μb∶μc=Ffama∶Ffbmb∶Ffcmc=12

10.(1)ω=2πn(n为正整数)(2)11m或5m(3)73m

[解析](1)水滴在竖直方向上做自由落体运动,由h=12gt

可得水滴落到圆盘上的时间为

t=0.5s

若要使滴落的水滴位于一条直线上,圆盘转动的周期为T,则nT2=t(n为正整数

则圆盘转动的角速度由T=2πω

ω=2πn(n为正整数)

(2)水滴下落前的水平方向加速度满足F=ma

得a=8m/s2

第二滴水到圆盘中心的距离为

x2=12at2

解得x2=3m

第三滴水到圆盘中心的距离为

x3=12a(2t)2+a×2

解得x3=8m

当n取奇数时,第二、三滴水落到圆盘上圆心的异侧,落到圆盘上的距离为Δx=x3+x2=11m

当n取偶数时,第二、三滴水落到圆盘上圆心的同侧,落到圆盘上的距离为Δx=x3-x2=5m

(3)若圆盘转动的角速度为ω=5πrad/s,则第二滴水落到圆盘上后到第三滴水落到圆盘上时,圆盘转过的角度为θ=ωt-2π=π

两滴水的位置与圆心连线成直角,由勾股定理得第二滴水与第三滴水落到圆盘上的距离为

s=x22+x32=3

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