第2讲 圆周运动及其应用
1.
图4-2-11
在观看双人花样滑冰表演时,观众有时会看到女运动员被男运动员拉着离开冰面在空中做水平方向的匀速圆周运动.已知通过目测估计拉住女运动员的男运动员的手臂和水平冰面的夹角约为45°,重力加速度为g=10 m/s2,若已知女运动员的体重为35 kg,据此可估算该女运动员( )
A.受到的拉力约为3502 N B.受到的拉力约为350 N
C.向心加速度约为10 m/s2 D.向心加速度约为102 m/s2
解析:本题考查了匀速圆周运动的动力学分析.以女运动员为研究对象,受力分析如图.根据题意有G=mg=350 N;则由图易得女运动员受到的拉力约为3502 N,A正确;向心加速度约为10 m/s2,C正确.
答案:AC
2.
图4-2-12
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4-2-12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做离心运动B.由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做向心运动
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
解析:由题图可知发生事故时,卡车在做圆周运动,从图可以看出卡车冲入民宅时做离心运动,故选项A正确,选项B错误;如果外侧高,卡车所受重力和支持力提供向心力,则卡车不会做离心运动,也不会发生事故,故选项C正确.
答案:AC
3.
图4-2-13
(2010·湖北部分重点中学联考)如图4-2-13所示,质量为m的小球置于正方体的光滑盒子中,盒子的边长略大于球的直径.某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动,已知重力加速度为g,空气阻力不计,要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,则( )
A.该盒子做匀速圆周运动的周期一定小于2πRg
B.该盒子做匀速圆周运动的周期一定等于2πRg
C.盒子在最低点时盒子与小球之间的作用力大小可能小于2mg
D.盒子在最低点时盒子与小球之间的作用力大小可能大于2mg
解析:要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力,则有mg=,解得该盒子做匀速圆周运动的速度v=gR,该盒子做匀速圆周运动的周期为T==2πRg.选项A错误,B正确;在最低点时,盒子与小球之间的作用力和小球重力的合力提供小球运动的向心力,由F-mg=,解得F=2mg,选项C,D错误.
答案:B
4.
图4-2-14
如图4-2-14所示,半径为r=20 cm的两圆柱体A和B,靠电动机带动按相同方向均以角速度ω=8 rad/s转动,两圆柱体的转动轴互相平行且在同一平面内,转动方向已在图中标出,质量均匀的木棒水平放置其上,重心在刚开始运动时恰在B的正上方,棒和圆柱间动摩擦因数μ=0.16,两圆柱体中心间的距离s=1.6 m,棒长l>2 m,重力加速度取10 m/s2,求从棒开始运动到重心恰在A正上方需多长时间
解析:棒开始与A,B两轮有相对滑动,棒受向左摩擦力作用,做匀加速运动,末速度v=ωr=8×0.2 m/s=1.6 m/s,加速度a=μg=1.6 m/s2,时间t1==1 s,此时间内棒运动位移s1=at21=0.8 m.此后棒与A,B无相对运动,棒以v=ωr做匀速运动,再运动s2=AB-s1=0.8 m,重心到A正上方时间t2==0.5 s,故所求时间t=t1+t2=1.5 s.
答案:1.5 s
5.
图4-2-15
在一次抗洪救灾工作中,一架直升机A用长H=50 m的悬索(重力可忽略不计)系住一质量m=50 kg的被困人员B,直升机A和被困人员B以v0=10 m/s的速度一起沿水平方向匀速运动,如图4-2-15甲所示.某时刻开始收悬索将人吊起,在5 s时间内,A,B之间的竖直距离以l=50-t2(单位:m)的规律变化,取g=10 m/s2.
(1)求这段时间内悬索对被困人员B的拉力大小.
(2)求在5 s末被困人员B的速度大小及位移大小.
(3)直升机在t=5 s时停止收悬索,但发现仍然未脱离洪水围困区,为将被困人员B尽快运送到安全处,飞机在空中旋转后静止在空中寻找最近的安全目标,致使被困人员B在空中做圆周运动,如图乙所示.此时悬索与竖直方向成37°角,不计空气阻力,求被困人员B做圆周运动的线速度以及悬索对被困人员B的拉力.(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)

下一页