高一物理圆周运动综合测试卷(word含答案)

1．如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为m、m、2m的可视为质点的三个物体A、B、C，圆盘可绕垂直圆盘的中心轴转动．三个物体与圆盘的动摩擦因数均为，最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力．三个物体与轴O共线且OA=OB=BC=r=0.2 m，现将三个物体用轻质细线相连，保持细线伸直且恰无张力．若圆盘从静止开始转动，角速度极其缓慢地增大，已知重力加速度为g=10 m/s2，则对于这个过程，下列说法正确的是（     ）

A．A、B两个物体同时达到最大静摩擦力

B．B、C两个物体的静摩擦力先增大后不变

C．当时整体会发生滑动

D．当时，在增大的过程中B、C间的拉力不断增大

【答案】BC

【解析】

ABC、当圆盘转速增大时,由静摩擦力提供向心力.三个物体的角速度相等,由可知,因为C的半径最大,质量最大,故C所需要的向心力增加最快,最先达到最大静摩擦力,此时 ,计算得出: ,当C的摩擦力达到最大静摩擦力之后,BC开始提供拉力,B的摩擦力增大,达最大静摩擦力后,AB之间绳开始有力的作用,随着角速度增大,A的摩擦力将减小到零然后反向增大,当A与B的摩擦力也达到最大时,且BC的拉力大于AB整体的摩擦力时物体将会出现相对滑动,此时A与B还受到绳的拉力,对C可得: ,对AB整体可得: ,计算得出: ,当 时整体会发生滑动,故A错误,BC正确;

D、当时，在增大的过程中B、C间的拉力逐渐增大，故D错误； 

故选BC

2．如图所示，小球A可视为质点，装置静止时轻质细线AB水平，轻质细线AC与竖直方向的夹角，已知小球的质量为m，细线AC长L，B点距C点的水平和竖直距离相等。装置BO'O能以任意角速度绕竖直轴O'O转动，且小球始终在BO'O平面内，那么在ω从零缓慢增大的过程中（　　）（g取10m/s2，，）

A．两细线张力均增大

B．细线AB中张力先变小，后为零，再增大

C．细线AC中张力先不变，后增大

D．当AB中张力为零时，角速度可能为

【答案】BCD

【解析】

【分析】

【详解】

AB．当静止时，受力分析如图所示

由平衡条件得

TAB=mgtan37°=0.75mg

TAC=＝1.25mg

若AB中的拉力为0，当ω最小时绳AC与竖直方向夹角θ1=37°，受力分析如图

mgtanθ1=m（lsinθ1）ωmin2

得

ωmin=

当ω最大时，由几何关系可知，绳AC与竖直方向夹角θ2=53°

mgtanθ2＝mωmax2lsinθ2

得

ωmax＝

所以ω取值范围为

≤ω≤

绳子AB的拉力都是0。

由以上的分析可知，开始时AB是拉力不为0，当转速在≤ω≤时，AB的拉力为0，角速度再增大时，AB的拉力又会增大，故A错误；B正确；

C．当绳子AC与竖直方向之间的夹角不变时，AC绳子的拉力在竖直方向的分力始终等于重力，所以绳子的拉力绳子等于1.25mg；当转速大于后，绳子与竖直方向之间的夹角增大，拉力开始增大；当转速大于后，绳子与竖直方向之间的夹角不变，AC上竖直方向的拉力不变，水平方向的拉力增大，则AC的拉力继续增大；故C正确；

D．由开始时的分析可知，当ω取值范围为≤ω≤时，绳子AB的拉力都是0，故D正确。

故选BCD。

3．如图所示，有一可绕竖直中心轴转动的水平足够大圆盘，上面放置劲度系数为k的弹簧，弹簧的一端固定于轴O上，另一端连接质量为m的小物块A（可视为质点），物块与圆盘间的动摩擦因数为μ，开始时弹簧未发生形变，长度为L，若最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g，物块A始终与圆盘一起转动。则（　　）

A．当圆盘角速度缓慢地增加，物块受到摩擦力有可能背离圆心

B．当圆盘角速度增加到足够大，弹簧将伸长

C．当圆盘角速度为，物块开始滑动

D．当弹簧的伸长量为时，圆盘的角速度为

【答案】BC

【解析】

【分析】

【详解】

AB．开始时弹簧未发生形变，物块受到指向圆心的静摩擦力提供圆周运动的向心力；随着圆盘角速度缓慢地增加，当角速度增加到足够大时，物块将做离心运动，受到摩擦力为指向圆心的滑动摩擦力，弹簧将伸长。在物块与圆盘没有发生滑动的过程中，物块只能有背离圆心的趋势，摩擦力不可能背离圆心，选项A错误，B正确；

C．设圆盘的角速度为ω0时，物块将开始滑动，此时由最大静摩擦力提供物体所需要的向心力，有

解得

选项C正确；

D．当弹簧的伸长量为时，物块受到的摩擦力和弹簧的弹力的合力提供向心力，则有

解得

选项D错误。

故选BC。

4．如图，质量为m的物块，沿着半径为R的半球形金属壳内壁滑下，半球形金属壳竖直放置，开口向上，滑到最低点时速度大小为v，若物体与球壳之间的摩擦因数为μ，则物体在最低点时，下列说法正确的是（　　）

A．滑块对轨道的压力为 ．受到的摩擦力为

C．受到的摩擦力为μmg ．受到的合力方向斜向左上方

【答案】AD

【解析】

【分析】

【详解】

A．根据牛顿第二定律

根据牛顿第三定律可知对轨道的压力大小

A正确；

BC．物块受到的摩擦力

BC错误；

D．水平方向合力向左，竖直方向合力向上，因此物块受到的合力方向斜向左上方，D正确。

故选AD。

5．如图所示，水平的木板B托着木块A一起在竖直平面内做圆心为O的匀速圆周运动，Oa水平，从最高点b沿顺时针方向运动到a点的过程中（　　）

A．B对A的支持力越来越大

B．B对A的支持力越来越小

C．B对A的摩擦力越来越小

D．B对A的摩擦力越来越大

【答案】AD

【解析】

【分析】

【详解】

由于始终做匀速圆周运动，合力指向圆心，合力大小不变，从最高点b沿顺时针方向运动到a点的过程中，合力的水平分量越来越大，竖直向下的分量越来越小，而合力由重力，支持力和摩擦力提供，因此对A进行受力分析可知，A受到的摩擦力越来越大，B对A的支持力越来越大，因此AD正确，BC错误。

故选AD。

6．如图所示，内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则（　　）

A．球A的周期一定大于球B的周期

B．球A的角速度一定大于球B的角速度

C．球A的线速度一定大于球B的线速度

D．球A对筒壁的压力一定大于球B对筒壁的压力

【答案】AC

【解析】

【分析】

【详解】

ABC．对小球受力分析，小球受到重力和支持力，它们的合力提供向心力，如图：

根据牛顿第二定律，有

解得

A的半径大，则A的线速度大，角速度小

根据知A球的周期大，选项AC正确，B错误；

D．因为支持力

知球A对筒壁的压力一定等于球B对筒壁的压力，选项D错误。

故选AC。

7．高铁项目的建设加速了国民经济了发展，铁路转弯处的弯道半径r是根据高速列车的速度决定的。弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计与r和速率v有关。下列说法正确的是（　　）

A．r一定的情况下，预设列车速度越大，设计的内外轨高度差h就应该越小

B．h一定的情况下，预设列车速度越大，设计的转弯半径r就应该越大

C．r、h一定，高速列车在弯道处行驶时，速度越小越安全

D．高速列车在弯道处行驶时，速度太小或太大会对都会对轨道产生很大的侧向压力

【答案】BD

【解析】

【分析】

【详解】

如图所示，两轨道间距离为L恒定，外轨比内轨高h，两轨道最高点连线与水平方向的夹角为θ。

当列车在轨道上行驶时，利用自身重力和轨道对列车的支持力的合力来提供向心力，有

A． r一定的情况下，预设列车速度越大，设计的内外轨高度差h就应该越大，A错误；

B．h一定的情况下，预设列车速度越大，设计的转弯半径r就应该越大，B正确；

C．r、h一定，高速列车在弯道处行驶时，速度越小时，列车行驶需要的向心力过小，而为列车提供的合力过大，也会造成危险，C错误；

D．高速列车在弯道处行驶时，向心力刚好有列车自身重力和轨道的支持力提供时，列车对轨道无侧压力，速度太小内轨向外有侧压力，速度太大外轨向内有侧压力，D正确。

故选BD。

8．如图所示，在水平圆盘上放有质量分别为m、m、2m的可视为质点的三个物体A、B、C，圆盘可绕垂直圆盘的中心轴转动。三个物体与圆盘间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。三个物体与轴O共线且，现将三个物体用轻质细线相连，保持细线伸直且恰无张力。使圆盘从静止开始转动，角速度极其缓慢地增大，则对于这个过程，下列说法正确的是（    ）

A．A、B两个物体同时达到最大静摩擦力

B．B、C两个物体所受的静摩擦力先增大后不变，A物体所受的静摩擦力先增大后减小再增大

C．当时整体会发生滑动

D．当时，在增大的过程中，B、C间的拉力不断增大

【答案】BCD

【解析】

【分析】

【详解】

ABC．当圆盘转速增大时，静摩擦力提供向心力，三个物体的角速度相等，由知，由于C的半径最大，质量最大，故C所需要的向心力增加最快，最先达到最大静摩擦力，此时

解得

当C的摩擦力达到最大静摩擦力之后，B、C间细线开始出现拉力，B的摩擦力增大，达到最大静摩擦力后，A、B间细线开始有力的作用，随着角速度增大，A的摩擦力将减小到零然后反向增大，当A达到最大静摩擦力时，对C有

对A、B整体有

解得

当时整体会发生滑动，故A错误，BC正确；

D．当时，C所受摩擦力已是最大静摩擦力，对C分析有

在增大的过程中，B、C间的拉力不断增大，故D正确。

故选BCD。

9．如图所示，b球在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，BC为圆周运动的直径，竖直平台与b球运动轨迹相切于B点且高度为R。当b球运动到切点B时，将a球从切点正上方的A点水平抛出，重力加速度大小为g，从a球水平抛出开始计时，为使b球在运动一周的时间内与a球相遇(a球与水平面接触后不反弹)，则下列说法正确的是（ ）

A．a球在C点与b球相遇时，a球的运动时间最短

B．a球在C点与b球相遇时，a球的初始速度最小

C．若a球在C点与b球相遇，则a球抛出时的速率为

D．若a球在C点与b球相遇，则b球做匀速圆周运动的周期为

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．平抛时间只取决于竖直高度，高度 R 不变，时间均为；故A错误。

BC．平抛的初速度为

时间相等，在C点相遇时，水平位移最大

则初始速度最大为：

故B错误，C正确。

D．在 C点相遇时，b球运动半个周期，故 b球做匀速圆周运动的周期为

故D错误。

故选C。

10．如图所示，放于竖直面内的光滑金属细圆环半径为R，质量为m的带孔小球穿于环上，同时有一长为R的细绳一端系于球上，另一端系于圆环最低点，绳能承受的最大拉力为2mg．重力加速度的大小为g，当圆环以角速度ω绕竖直直径转动时，下列说法错误的是(　　)

A．圆环角速度ω小于时，小球受到2个力的作用

B．圆环角速度ω等于时，细绳恰好伸直

C．圆环角速度ω等于时，细绳将断裂

D．圆环角速度ω大于时，小球受到2个力的作用

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A、B、设角速度ω在0～ω1范围时绳处于松弛状态，球受到重力与环的弹力两个力的作用，弹力与竖直方向夹角为θ，则有mgtan θ＝mRsin θ·ω2，即，当绳恰好伸直时，θ＝60°，对应，A、B正确.

设在ω1＜ω＜ω2时绳中有张力且小于2mg，此时有FNcos 60°＝mg＋FTcos 60°，FNsin 60°＋FTsin 60°＝mω2Rsin 60°，当FT取最大值2mg时代入可得，即当时绳将断裂，小球又只受到重力、环的弹力两个力的作用，C错误，D正确.

本题选错误的故选C.

【点睛】

本题主要考查了圆周运动向心力公式的应用以及同学们受力分析的能力，要求同学们能找出临界状态并结合几何关系解题.

11．如图所示，一个内壁光滑的弯管处于竖直平面内，其中管道半径为R． 现有一个半径略小于弯管横截面半径的光滑小球在弯管里运动，当小球通过最高点时速率为v0，则下列说法中错误的是

A．若，则小球对管内壁无压力

B．若，则小球对管内上壁有压力

C．若，则小球对管内下壁有压力

D．不论v0多大，小球对管内下壁都有压力

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

A．到达管道的最高点,假设恰好与管壁无作用力.则有:小球仅受重力,由重力提供向心力,即：

得

所以A选项是正确的，不符合题意．

B．当,则小球到达最高点时,有离心的趋势，与内上壁接触,从而受到内上壁向下的压力，所以小球对管内上壁有压力，故B选项是正确的，不符合题意．

C．当,则小球到达最高点时, 有向心的趋势，与内下壁接触,从而受到内下壁的压力.所以C选项是正确的，不符合题意．

D．小球对管内壁的作用力,要从速度大小角度去分析.，若，则小球对管内上壁有压力；若，则小球对管内下壁有压力．故D不正确，符合题意．

12．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．A对B的摩擦力指向圆心

B．B运动所需的向心力大于A运动所需的向心力

C．盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍

D．若逐渐增大圆盘的转速（A、B两物块仍相对盘静止），盘对B的摩擦力始终指向圆心且不断增大

【答案】C

【解析】

【详解】

A．两物体随圆盘转动，都有沿半径向外的滑动趋势，受力分析如图

则所受静摩擦力均沿半径指向圆心，由牛顿第三定理可知A对B的静摩擦力沿半径向外，故A错误；

B．两物体随圆盘转动，角速度相同为，运动半径为，则两物体转动所需的向心力均为，即B运动所需的向心力等于A运动所需的向心力，故B错误；

C．对整体由牛顿第二定律可知

对A由牛顿第二定律得

则盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍，故C正确；

D．在增大圆盘转速的瞬间，两物体有沿半径向外的趋势和沿切线向后的趋势，则此时静摩擦力方向在径向和切向之间，与线速度成锐角，径向分力继续提供向心力，切向分力提供切向加速度使线速度增大，从而保证滑块继续跟着圆盘转动，而物体随转盘一起转时静摩擦力又恢复成沿半径方向提供向心力，故增大圆盘转速，盘对B的摩擦力大小不断增大，但方向不是始终指向圆心，故D错误。

故选C。

13．如图所示为某一传动机构中两个匀速转动的相互咬合的齿轮，a、b、c、d四点均在齿轮上。a、b、c、d四个点中角速度与其半径r成反比的两个点是（　　）

A．a、b ．b、c

C．b、d ．a、d

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

a、b同轴转动，c、d同轴转动，角速度相同，b、c紧密咬合的齿轮是同缘传动，边缘点线速度相等，根据v=ωr得b、c两点角速度与其半径r成反比，选项B正确，ACD错误。

故选B。

14．如图是德国物理学家史特恩设计的最早测定气体分子速率的示意图．M、N是两个共轴圆筒的横截面，外筒N的半径为R，内筒的半径比R小得多，可忽略不计．筒的两端封闭，两筒之间抽成真空，两筒以相同角速度ω绕其中心轴线匀速转动．M筒开有与转轴平行的狭缝S，且不断沿半径方向向外射出速率分别为v1和v2的分子，分子到达N筒后被吸附，如果R、v1、v2保持不变，ω取某合适值，则以下结论中正确的是（    ）

A．当时（n为正整数），分子落在不同的狭条上

B．当时（n为正整数），分子落在同一个狭条上

C．只要时间足够长，N筒上到处都落有分子

D．分子不可能落在N筒上某两处且与S平行的狭条上

【答案】A

【解析】

微粒从M到N运动时间 ，对应N筒转过角度 ，即如果以v1射出时，转过角度： ，如果以v2射出时，转过角度： ，只要θ1、θ2不是相差2π的整数倍，即当 时（n为正整数），分子落在不同的两处与S平行的狭条上，故A正确，D错误；若相差2π的整数倍，则落在一处，即当 时（n为正整数），分子落在同一个狭条上．故B错误；若微粒运动时间为N筒转动周期的整数倍，微粒只能到达N筒上固定的位置，因此，故C错误．故选A

点睛：解答此题一定明确微粒运动的时间与N筒转动的时间相等，在此基础上分别以v1、v2射出时来讨论微粒落到N筒上的可能位置．

15．如图所示，水平杆固定在竖直杆上，两者互相垂直，水平杆上两点连接有两轻绳，两绳的另一端都系在质置为的小球上，现通过转动竖直杆，使水平杆在水平面内做匀速圆周运动，三角形始终在竖直平面内，若转动过程中两绳始终处于拉直状态，重力加速度为，则下列说法正确的是（ ）

A．绳的拉力范围为

B．绳的拉力范围为

C．绳的拉力范围为

D．绳的拉力范围为

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

当转动的角速度为零时，OB绳的拉力最小，AB绳的拉力最大。这时二者的值相同，设为，则

增大转动的角速度，当AB绳的拉力刚好等于零时，OB拉力最大，设这时绳的拉力，则

因此OB拉力范围为

AB拉力范围为，故ACD错误，B正确。

故选B。