高考物理考点——向心加速度与向心力

考点解读

一、圆周运动中的动力学分析

2.向心力:作用效果产生向心加速度,Fnman

3.向心力的来源

向心力是按力的作用效果命名的,可以是重力、弹力、摩擦力等各种力,也可以是几个力的合力或某个力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力。

4.向心力的确定

(1)确定圆周运动的轨道所在的平面,确定圆心的位置。

(2)分析物体的受力情况,找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力。

解决圆周运动问题的主要步骤

(1)审清题意,确定研究对象;

(2)分析物体的运动情况,即物体的线速度、角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等;

(3)分析物体的受力情况,画出受力示意图,确定向心力的来源;

(4)根据牛顿运动定律及向心力公式列方程。

二、竖直平面内圆周运动的绳模型与杆模型问题

1.在竖直平面内做圆周运动的物体,按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类:一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的过山车等),称为“绳(环)约束模型”,二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等),称为“杆(管道)约束模型”。

2.绳、杆模型涉及的临界问题

3.竖直面内圆周运动的求解思路

(1)定模型:首先判断是轻绳模型还是轻杆模型,两种模型过最高点的临界条件不同。

(2)确定临界点:,对轻绳模型来说是能否通过最高点的临界点,而对轻杆模型来说是FN表现为支持力还是拉力的临界点。

(3)研究状态:通常情况下竖直平面内的圆周运动只涉及最高点和最低点的运动情况。

(4)受力分析:对物体在最高点或最低点时进行受力分析,根据牛顿第二定律列出方程,F=F

(5)过程分析:应用动能定理或机械能守恒定律将初、末两个状态联系起来列方程。

考向一向心力

(2018·四川省攀枝花市第十二中学)甲、乙两质点做匀速圆周运动,甲的质量与转动半径都分别是乙的一半,当甲转动60圈时,乙正好转45圈,则甲与乙的向心力之比为

A.4:9     B.4:3     C.3:4     D.9:4

【参考答案】A

1.如图所示,一个圆盘在水平面内匀速转动,盘面上有一个小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动。分析小物体受到的力,下列说法正确的是

A.重力和支持力

B.重力和静摩擦力

C.重力、支持力和静摩擦力

D.重力、支持力、静摩擦力和向心力

【答案】C

【解析】小物体块做匀速圆周运动,合力指向圆心,对小物体受力分析可知,受重力、支持力和静摩擦力,如图所示

重力和支持力平衡,静摩擦力提供向心力。故C正确,ABD错误。

【名师点睛】向心力是根据效果命名的力,只能由其他力的合力或者分力来充当,不是真实存在的力,不能说物体受到向心力。

考向二 竖直方向的圆周率

(2018·云南省建水)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

1.一个半径为R的竖直固定的光滑圆环上套有一个质量为m的小球,一根轻弹簧上端固定在圆环的圆心处,下端固定在小球上,在圆环的最低处给小球水平向右的大小为的初速度,此时圆环恰好对小球没有弹力,已知重力加速度为g,下列说法正确的是

 

A.小球在圆环最低点时,弹簧的弹力大小为mg xk,w

B.小球在圆环最高点时圆环对小球的弹力大小为7mg

C.小球在圆环的最高点时弹簧的弹力比小球在最低点时的小

D.小球经过圆环的最高点的速度大小为

【名师点睛】本题考查了牛顿第二定律和机械能守恒定律的综合运用,知道最高点和最低点向心力的来源,结合牛顿第二定律进行求解。

考向三 水平方向的圆周率

(2018·江西省九江市第三中学)如图所示,水平转台上有一个质量为m的物块,用长为L的细绳将物块连接在转轴上,细线与竖直转轴的夹角为,此时细绳刚好拉直绳中张力为零,物块与转台间摩擦因数为μμ<tanθ),最大静摩擦力等于滑动摩擦力,物块随转台由静止开始缓慢加速转动直到滑块即将离开水平转台的过程中,下列说法正确的是

A.转台对滑块的摩擦力不做功

B.转台对滑块的摩擦力一直增大

C.细绳对滑块的拉力做正功

D.当转台对物块支持力为零时,转台对物块做的功为

1.如图所示,长为L的细轻绳一端固定,另一端系一质量为m的小球。给小球一个合适的初速度,小球便可在水平面内做匀速圆周运动,这样就构成了一个圆锥摆。不计空气阻力,关于小球受力,下列说法中正确的是

A.小球只受重力和向心力作用

B.小球只受重力、绳的拉力和向心力作用

C.小球只受重力和绳的拉力作用 ;网

D.小球只受重力、绳的拉力和离心力作用

【答案】C

1.如图所示,长为L的轻杆一端固定一质量为m的小球,另一端安装有固定转动轴O,杆可在竖直平面内绕O无摩擦转动。若在最低点P处给小球一沿切线方向的初速度,不计空气阻力,则下列说法正确的是

A.小球不可能到达圆周轨道的最高点Q

B.小球能达到圆周轨道的最高点Q,且在Q点受到轻杆向上的支持力

C.小球能到达圆周轨道的最高点Q,且在Q点受到轻杆向下的拉力

D.小球能达到圆周轨道的最高点Q,且在Q点恰好不受轻杆的弹力

2.如图所示,水平光滑桌面上有一个小球在细绳的作用下,绕桌面上的固定点O做匀速圆周运动。下列说法正确的有

A.小球处于平衡状态

B.小球所受的合外力不为零

C.如果剪断细绳,小球仍做匀速圆周运动

D.小球受到细绳拉力的方向与速度方向垂直

3.如图,汽车通过拱形桥时可以看作圆周运动,则以一定速度通过最高点时

A.竖直方向汽车受到三个力:重力、桥面的支持力和向心力

B.汽车对桥面的压力小于桥面对汽车的支持力

C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力

D.汽车对桥面的压力大于汽车的重力

4.(2018·四川省乐山四校)如图所示,固定的锥形漏斗内壁是光滑的,内壁上有两个质量相等的小球AB,在各自不同的水平面做匀速圆周运动,以下说法正确的是

A.vA>vB     B.ωA>ωB

C.aA>aB     D.压力FNA>FNB

5.(2018·北京市海淀区)如图所示,小球在一细绳的牵引下,在光滑水平桌面上绕绳的另一端做匀速圆周运动。关于小球的受力情况,下列说法中正确的是

A.只受重力和支持力的作用

B.只受重力和向心力的作用

C.只受重力、支持力和拉力的作用

D.只受重力、支持力、拉力和向心力的作用

6.(2018·福建省平和一中、南靖一中等四校)如图所示,小球在细绳的作用下在光滑水平桌面内做圆周运动,以下说法正确的是

A.小球受到重力、桌面的支持力、绳的拉力和向心力的作用

B.在绳长固定时,当转速增为原来的4倍时,绳子的张力增大为原来的16倍

C.当角速度一定时,绳子越短越易断

D.当线速度一定时,绳子越长周期越小

7.(2018·河南省大联考)水平转盘可以绕通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴以不同的角速度转动,在转盆上放一物块,且物块姶终相对转盘静止,下列说法中正确的是

A.物块始终受到重力、支持力、摩擦力、向心力四个力的作用

B.若转盘匀速转动,物块所受摩擦力的方向与运动方向相反

C.若转盘加速转动,物块所受摩擦力的方向始终指向圆心

D.若转盘匀速转动,则物块离转盘中心越远所受静摩擦力越大

8.(2018·福建省厦门)如图所示,金属块Q放在带光滑小孔的水平桌面上,一根穿过小孔的细线,上端固定在Q上,下端拴一个小球。小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆),细线与竖直方向成30°角(图中P位置)。现使小球在更高的水平面上做匀速圆周运动.细线与竖直方高成60°角(图中P’位置)。两种情况下,金属块Q都静止在桌面上的同一点,则后一种情况与原来相比较,下面判断正确的是

A.Q受到桌面的静摩擦力大小不变

B.小球运动的角速度变大

C.细线所受的拉力之比为2:1

D.小球向心力大小之比为3:1

9.(2018·安徽合肥市)如图所示,竖直放置的半径为R的光滑半圆轨道与粗糙水平面平滑连接,水平面上放置一轻弹簧,其右端固定,左端被质量为m的小物块压缩至P点(弹簧左端与小物块末连接),P点与圆 弧最低点A的距离为R。现将小物块由P点静止释放,此后它恰能到达圆弧最高点C。已知物块与弹簧分离的位置在AP之间,物块和水平面间的动摩擦因数为0.5,重力加速度为g。则有关上述过程说法正确的是

A.弹簧对物块做的功为3mgR     B.在最高点物块与轨道间有相互作用力

C.物块在B点对轨道的作用大小为3mg     D.在PA段物块机械能减少了0.5mgR

10.(2018·河南省大联考)如图所示,光滑圆轨道固定在竖直平面内,整个圆周被4条直径AC  BD  MN  PQ 均分为8等份,把一个小球放在轨道最低点N,给小球一水平向右的速度。已知圆轨道的半径为R,重力加速度为g,则下列关于小球运动的说法正确的是

11.(2018·河北省廊坊市省级示范高中联合体)如图所示,叠放在水平转台上的物体AB能随转台一起以角速度匀速转动,AB的质量分别为m、2mAB与转台间的动摩擦因数均为,A与转台中心的距离为2rB与转台中心的距离为r。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则下列说法正确的是

A.转台对A的摩擦力一定为

B.转台对B的摩擦力一定为

C.转台对A的摩擦力一定大于对B的摩擦力

D.转台的角速度逐渐增大的过程中,AB先滑动

12.(2018·新课标I卷)如图,abc是竖直面内的光滑固定轨道,ab水平,长度为2Rbc是半径为R的四分之一的圆弧,与ab相切于b点。一质量为m的小球。始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点处从静止开始向右运动,重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其他轨迹最高点,机械能的增量为

A.2mgR B.4mgR

C.5mgR D.6mgR

13.(2018·浙江新高考)AB两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动(如图),在相同时间内,它们通过的路程之比是4:3,运动方向改变的角度之比是3:2,则它们

A.线速度大小之比为4:3

B.角速度大小之比为3:4

C.圆周运动的半径之比为2:1

D.向心加速度大小之比为1:2

14.(2017·江苏卷)如图所示,一小物块被夹子夹紧,夹子通过轻绳悬挂在小环上,小环套在水平光滑细杆上,物块质量为M,到小环的距离为L,其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为F。小环和物块以速度v向右匀速运动,小环碰到杆上的钉子P后立刻停止,物块向上摆动。整个过程中,物块在夹子中没有滑动。小环和夹子的质量均不计,重力加速度为g。下列说法正确的是

A.物块向右匀速运动时,绳中的张力等于2F

B.小环碰到钉子P时,绳中的张力大于2F

C.物块上升的最大高度为

D.速度v不能超过

15.(2016·新课标全国Ⅲ卷)如图,一固定容器的内壁是半径为R的半球面;在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P。它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中,克服摩擦力做的功为W。重力加速度大小为g。设质点P在最低点时,向心加速度的大小为a,容器对它的支持力大小为N,则

 

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