资源简介 (共27张PPT)三、 向心加速度圆周运动第六章 高中物理 必修二必 备 知 识 练1. 如图所示,A、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动,在相同的时间内,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. 线速度之比为4∶3B. 角速度之比为3∶4C. 圆周运动的半径之比为2∶1D. 向心加速度之比为1∶2A【解析】 线速度v=,A、B通过的路程之比为4∶3,时间相等,则线速度之比为4∶3,A正确;角速度ω=,运动方向改变的角度等于圆周运动转过的角度,A、B转过的角度之比为3∶2,时间相等,则角速度之比为3∶2,B错误;根据v=ωr得,圆周运动的半径r=,线速度之比为4∶3,角速度之比为3∶2,则圆周运动的半径之比为8∶9,C错误;根据a=vω得,线速度之比为4∶3,角速度之比为3∶2,则向心加速度之比为2∶1,D错误。2. 如图所示为A、B两物体做匀速圆周运动时向心加速度a随半径r变化的图像,其中A曲线满足a∝,由图可知( )A. A物体的线速度大小不变B. A物体的角速度不变C. B物体的线速度大小不变D. B物体的角速度大小与半径成正比A【解析】 由a=与a=rω2的函数关系式可知,A物体的线速度大小不变,B物体运动的角速度保持不变,A正确,B、C、D错误。3. [2025·桐乡茅盾中学高二学考模拟]小明坐在水平转盘上,与转盘一起做匀速圆周运动。关于小明的运动状态和受力情况,下列说法中,正确的是( )A. 角速度不变 B. 线速度不变C. 向心加速度不变 D. 所受合力为0A【解析】 匀速圆周运动过程中,角速度恒定不变,线速度大小恒定不变,方向变化,向心加速度大小恒定不变,方向时刻变化,A正确,B、C错误;匀速圆周运动中,加速度不为0,根据牛顿第二定律可知,所受合力不为0,D错误。4. 运动员滑雪时运动轨迹如图所示,已知该运动员滑行的速率保持不变,角速度为ω,向心加速度为a。下列说法中,正确的是( )A. ω变小,a变小 B. ω变小,a变大C. ω变大,a变小 D. ω变大,a变大【解析】 可知,速率不变,半径减小,则角速度ω变大;根据a=可知,速率不变,半径减小,向心加速度a变大,D正确。D5. [2025·杭州七校联考]如图所示为某型号发动机的部分结构简图,几个齿轮之间通过皮带连接传动(皮带不打滑)。已知图中A轮与B轮的半径之比为2∶1,则A、B轮边缘的( )A. 线速度大小之比为2∶1B. 角速度之比为1∶2C. 向心加速度大小之比为1∶4D. 周期之比为1∶1B【解析】 几个齿轮之间通过皮带连接传动,所以边缘点的线速度大小相等,则线速度大小之比为1∶1,A错误;根据v=ωr可得,角速度之比为1∶2,B正确;根据a=可得,向心加速度大小之比为1∶2,C错误;根据T=可得,周期之比为2∶1,D错误。关 键 能 力 练6. 如图所示,质量为m的小球穿在半径为R的光滑圆环上,圆环可绕竖直方向的O1O2轴以角速度ω匀速转动,相对于圆环静止(未在圆环最低点)的小球和圆心的连线与转轴的夹角为θ(大小未知),重力加速度大小为g。下列说法中,正确的是( )A. tan θ=B. cos θ=C. 只要圆环转动的角速度足够大,θ可能为90°D. 当ω=时,小球仍能在圆环上除最低点外的某位置相对于圆环静止 B【解析】 对小球受力分析可知mgtan θ=mω2Rsin θ,解得cos θ=,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,无论如何小球无法做圆周运动,C错误;当ω=时,可知圆环静止(未在圆环最低点)的小球和圆心的连线与转轴的夹角为cos θ==2,显然是不可能的,D错误。7. (多选)如图所示,A、B两球穿过光滑水平杆,两球间用一细绳连接,当该装置绕竖直轴OO'匀速转动时,两球在杆上恰好不发生滑动,若两球质量之比mA∶mB=2∶1,下列关于A、B两球的描述,正确的是( )A. 运动半径之比为1∶2B. 加速度大小之比为1∶2C. 线速度大小之比为2∶1D. 向心力大小之比为1∶2AB【解析】 两球所需的向心力都由细绳拉力提供,大小相等,D错误;两球都随杆转动,角速度相等,设两球的运动半径分别为rA、rB,转动角速度为ω,则有mAω2rA=mBω2rB,所以rA∶rB=mB∶mA=1∶2,A正确;向心加速度之比为,B正确;线速度大小之比为,C错误。8. 如图所示,在细绳的拉动下,半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管,管底在O点。细管内有一根原长为、劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧底端固定在管底,顶端连接质量为m、可视为质点的插销。当以速度v匀速拉动细绳时,插销做匀速圆周运动。若v过大,插销会卡进固定的端盖,使卷轴转动停止。忽略摩擦力,弹簧在弹性限度内。要使卷轴转动不停止,v的最大值为( )A. r B. lC. r D. lA【解析】 由题意可知,当插销刚卡进固定端盖时弹簧的伸长量为Δx=,根据胡克定律有F=kΔx=,插销与卷轴同轴转动,角速度相同,对插销由弹力提供向心力有F=mlω2,对卷轴有v=rω,联立解得v=r,A正确。9. (多选)如图所示,质量均为m的两个小球A、B,由两根长均为L的轻绳系住悬挂在天花板上。现A、B随车一起向右做匀加速直线运动,绳与竖直方向的夹角为α,某时刻车突然刹停,刹车前一瞬间小车的速度为v,下列说法中,正确的是(重力加速度为g)( )A. 刹车前悬挂B球的轻绳对车厢的拉力大小为mgcos αB. 刹车前A球对车厢壁的压力大小为mgtan αC. 刹车瞬间A、B两球的加速度大小分别为aA=,aB=gD. 刹车瞬间A、B两球的加速度大小分别为aA=0,aB=gtan αBC【解析】 刹车前对B球分析,由牛顿第二定律可知ma=mgtan α,Fcos α=mg,解得a=gtan α,F=,A错误;刹车前对A球分析,可得FN=ma=mgtan α,根据牛顿第三定律,A球对车厢壁的压力大小为FN'=FN=mgtan α,B正确;刹车瞬间,小球A将向右开始摆动做圆周运动,此时的加速度等于向心加速度,则aA=,当突然刹停时,由于惯性小球B将向右做平抛运动,则aB=g,C正确,D错误。拓 展 突 破 练10. (多选)如图所示,A、B、C三个物体放在旋转圆台上,三个物体与圆台间的动摩擦因数均为μ,A的质量是2m,B和C的质量均为m,A、B到轴O的距离为R,C离轴O的距离为2R。当圆台旋转时,下列说法中,正确的是( )A. 若A、B、C均未滑动,则C的向心加速度最大B. 若A、B、C均未滑动,则B所受的摩擦力最小C. 当圆台转速增大时,B比A先滑动D. 当圆台转速增大时,C比B先滑动ABD【解析】 A、B、C三个物体共轴转动,角速度ω相等,根据a=rω2,得向心加速度aA=aB<aC,A正确;因为静摩擦力提供向心力,FfA=2mRω2,FfB=mRω2,FfC=2mRω2,所以B所受的摩擦力最小,B正确;对任意一物体,当达到最大静摩擦力时,由于摩擦力提供向心力,有μmg=mrω2,解得ω=,A、B的转动半径相同,A、B同时滑动,由于C物体的转动半径最大,因而C物体比B物体先滑动,C错误,D正确。11. [2024·青田中学高一期末]如图所示,固定的水平薄板上放置物块,一端连接着物块的轻绳通过光滑的小滑轮悬挂小球,薄板上方的轻绳与薄板平行,小球到滑轮部分的绳长L=0.125 m。当小球以悬挂点正下方某点为圆心在水平面内做匀速圆周运动时,物块刚好不滑动。已知物块、小球均可视为质点,物块的质量m1=1 kg,小球的质量m2=0.4 kg,物块与薄板间的动摩擦因数μ=0.5,接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g取10 m/s2)(1)求连接小球的轻绳与竖直方向夹角θ的余弦值cos θ;(2)求此状态下小球的角速度大小ω1;(3)若仅小球的角速度大小变为ω2=9 rad/s,使得小球绕悬挂点正下方另一点做匀速圆周运动,物块仍相对于薄板不滑动,求物块受到的摩擦力大小Ff。【答案】 (1)0.8 (2)10 rad/s (3)4.05 N【解析】 (1)对物块受力分析,有F绳=Ff1=μm1g,对小球受力分析,竖直方向上有F绳cos θ=m2g,解得cos θ=0.8。(2)对小球受力分析,水平方向上有F绳sin θ=m2r, 其中r=Lsin θ,解得ω1=10 rad/s。(3)设此时轻绳与竖直方向的夹角为α,对小球受力分析,水平方向上有F绳'sin α=m2r',其中r'=Lsin α,对物块受力分析有Ff=F绳',解得Ff=4.05 N。6.3 向心加速度1. 如图所示,A、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动,在相同的时间内,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 )第1题图A. 线速度之比为4∶3B. 角速度之比为3∶4C. 圆周运动的半径之比为2∶1D. 向心加速度之比为1∶2【解析】 线速度v=,A、B通过的路程之比为4∶3,时间相等,则线速度之比为4∶3,A正确;角速度ω=,运动方向改变的角度等于圆周运动转过的角度,A、B转过的角度之比为3∶2,时间相等,则角速度之比为3∶2,B错误;根据v=ωr得,圆周运动的半径r=,线速度之比为4∶3,角速度之比为3∶2,则圆周运动的半径之比为8∶9,C错误;根据a=vω得,线速度之比为4∶3,角速度之比为3∶2,则向心加速度之比为2∶1,D错误。2. 如图所示为A、B两物体做匀速圆周运动时向心加速度a随半径r变化的图像,其中A曲线满足a∝,由图可知( A )第2题图A. A物体的线速度大小不变B. A物体的角速度不变C. B物体的线速度大小不变D. B物体的角速度大小与半径成正比【解析】 由a=与a=rω2的函数关系式可知,A物体的线速度大小不变,B物体运动的角速度保持不变,A正确,B、C、D错误。3. [2025·桐乡茅盾中学高二学考模拟]小明坐在水平转盘上,与转盘一起做匀速圆周运动。关于小明的运动状态和受力情况,下列说法中,正确的是( A )第3题图A. 角速度不变 B. 线速度不变C. 向心加速度不变 D. 所受合力为0【解析】 匀速圆周运动过程中,角速度恒定不变,线速度大小恒定不变,方向变化,向心加速度大小恒定不变,方向时刻变化,A正确,B、C错误;匀速圆周运动中,加速度不为0,根据牛顿第二定律可知,所受合力不为0,D错误。4. 运动员滑雪时运动轨迹如图所示,已知该运动员滑行的速率保持不变,角速度为ω,向心加速度为a。下列说法中,正确的是( D )第4题图A. ω变小,a变小B. ω变小,a变大C. ω变大,a变小D. ω变大,a变大【解析】 可知,速率不变,半径减小,则角速度ω变大;根据a=可知,速率不变,半径减小,向心加速度a变大,D正确。5. [2025·杭州七校联考]如图所示为某型号发动机的部分结构简图,几个齿轮之间通过皮带连接传动(皮带不打滑)。已知图中A轮与B轮的半径之比为2∶1,则A、B轮边缘的( B )第5题图A. 线速度大小之比为2∶1B. 角速度之比为1∶2C. 向心加速度大小之比为1∶4D. 周期之比为1∶1【解析】 几个齿轮之间通过皮带连接传动,所以边缘点的线速度大小相等,则线速度大小之比为1∶1,A错误;根据v=ωr可得,角速度之比为1∶2,B正确;根据a=可得,向心加速度大小之比为1∶2,C错误;根据T=可得,周期之比为2∶1,D错误。6. 如图所示,质量为m的小球穿在半径为R的光滑圆环上,圆环可绕竖直方向的O1O2轴以角速度ω匀速转动,相对于圆环静止(未在圆环最低点)的小球和圆心的连线与转轴的夹角为θ(大小未知),重力加速度大小为g。下列说法中,正确的是( B ) 第6题图A. tan θ=B. cos θ=C. 只要圆环转动的角速度足够大,θ可能为90°D. 当ω=时,小球仍能在圆环上除最低点外的某位置相对于圆环静止【解析】 对小球受力分析可知mgtan θ=mω2Rsin θ,解得cos θ=,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,无论如何小球无法做圆周运动,C错误;当ω=时,可知圆环静止(未在圆环最低点)的小球和圆心的连线与转轴的夹角为cos θ==2,显然是不可能的,D错误。7. (多选)如图所示,A、B两球穿过光滑水平杆,两球间用一细绳连接,当该装置绕竖直轴OO'匀速转动时,两球在杆上恰好不发生滑动,若两球质量之比mA∶mB=2∶1,下列关于A、B两球的描述,正确的是( AB )第7题图A. 运动半径之比为1∶2B. 加速度大小之比为1∶2C. 线速度大小之比为2∶1D. 向心力大小之比为1∶2【解析】 两球所需的向心力都由细绳拉力提供,大小相等,D错误;两球都随杆转动,角速度相等,设两球的运动半径分别为rA、rB,转动角速度为ω,则有mAω2rA=mBω2rB,所以rA∶rB=mB∶mA=1∶2,A正确;向心加速度之比为,B正确;线速度大小之比为,C错误。8. 如图所示,在细绳的拉动下,半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管,管底在O点。细管内有一根原长为、劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧底端固定在管底,顶端连接质量为m、可视为质点的插销。当以速度v匀速拉动细绳时,插销做匀速圆周运动。若v过大,插销会卡进固定的端盖,使卷轴转动停止。忽略摩擦力,弹簧在弹性限度内。要使卷轴转动不停止,v的最大值为( A )第8题图A. r B. lC. r D. l【解析】 由题意可知,当插销刚卡进固定端盖时弹簧的伸长量为Δx=,根据胡克定律有F=kΔx=,插销与卷轴同轴转动,角速度相同,对插销由弹力提供向心力有F=mlω2,对卷轴有v=rω,联立解得v=r,A正确。9. (多选)如图所示,质量均为m的两个小球A、B,由两根长均为L的轻绳系住悬挂在天花板上。现A、B随车一起向右做匀加速直线运动,绳与竖直方向的夹角为α,某时刻车突然刹停,刹车前一瞬间小车的速度为v,下列说法中,正确的是(重力加速度为g)( BC )第9题图A. 刹车前悬挂B球的轻绳对车厢的拉力大小为mgcos αB. 刹车前A球对车厢壁的压力大小为mgtan αC. 刹车瞬间A、B两球的加速度大小分别为aA=,aB=gD. 刹车瞬间A、B两球的加速度大小分别为aA=0,aB=gtan α【解析】 刹车前对B球分析,由牛顿第二定律可知ma=mgtan α,Fcos α=mg,解得a=gtan α,F=,A错误;刹车前对A球分析,可得FN=ma=mgtan α,根据牛顿第三定律,A球对车厢壁的压力大小为FN'=FN=mgtan α,B正确;刹车瞬间,小球A将向右开始摆动做圆周运动,此时的加速度等于向心加速度,则aA=,当突然刹停时,由于惯性小球B将向右做平抛运动,则aB=g,C正确,D错误。10. (多选)如图所示,A、B、C三个物体放在旋转圆台上,三个物体与圆台间的动摩擦因数均为μ,A的质量是2m,B和C的质量均为m,A、B到轴O的距离为R,C离轴O的距离为2R。当圆台旋转时,下列说法中,正确的是( ABD )第10题图A. 若A、B、C均未滑动,则C的向心加速度最大B. 若A、B、C均未滑动,则B所受的摩擦力最小C. 当圆台转速增大时,B比A先滑动D. 当圆台转速增大时,C比B先滑动【解析】 A、B、C三个物体共轴转动,角速度ω相等,根据a=rω2,得向心加速度aA=aB<aC,A正确;因为静摩擦力提供向心力,FfA=2mRω2,FfB=mRω2,FfC=2mRω2,所以B所受的摩擦力最小,B正确;对任意一物体,当达到最大静摩擦力时,由于摩擦力提供向心力,有μmg=mrω2,解得ω=,A、B的转动半径相同,A、B同时滑动,由于C物体的转动半径最大,因而C物体比B物体先滑动,C错误,D正确。11. [2024·青田中学高一期末]如图所示,固定的水平薄板上放置物块,一端连接着物块的轻绳通过光滑的小滑轮悬挂小球,薄板上方的轻绳与薄板平行,小球到滑轮部分的绳长L=0.125 m。当小球以悬挂点正下方某点为圆心在水平面内做匀速圆周运动时,物块刚好不滑动。已知物块、小球均可视为质点,物块的质量m1=1 kg,小球的质量m2=0.4 kg,物块与薄板间的动摩擦因数μ=0.5,接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g取10 m/s2)(1)求连接小球的轻绳与竖直方向夹角θ的余弦值cos θ;(2)求此状态下小球的角速度大小ω1;(3)若仅小球的角速度大小变为ω2=9 rad/s,使得小球绕悬挂点正下方另一点做匀速圆周运动,物块仍相对于薄板不滑动,求物块受到的摩擦力大小Ff。第11题图【答案】 (1)0.8 (2)10 rad/s (3)4.05 N【解析】 (1)对物块受力分析,有F绳=Ff1=μm1g,对小球受力分析,竖直方向上有F绳cos θ=m2g,解得cos θ=0.8。(2)对小球受力分析,水平方向上有F绳sin θ=m2r, 其中r=Lsin θ,解得ω1=10 rad/s。(3)设此时轻绳与竖直方向的夹角为α,对小球受力分析,水平方向上有F绳'sin α=m2r',其中r'=Lsin α,对物块受力分析有Ff=F绳',解得Ff=4.05 N。6.3 向心加速度1. 如图所示,A、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动,在相同的时间内,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( )第1题图A. 线速度之比为4∶3B. 角速度之比为3∶4C. 圆周运动的半径之比为2∶1D. 向心加速度之比为1∶22. 如图所示为A、B两物体做匀速圆周运动时向心加速度a随半径r变化的图像,其中A曲线满足a∝,由图可知( )第2题图A. A物体的线速度大小不变B. A物体的角速度不变C. B物体的线速度大小不变D. B物体的角速度大小与半径成正比3. [2025·桐乡茅盾中学高二学考模拟]小明坐在水平转盘上,与转盘一起做匀速圆周运动。关于小明的运动状态和受力情况,下列说法中,正确的是( )第3题图A. 角速度不变 B. 线速度不变C. 向心加速度不变 D. 所受合力为04. 运动员滑雪时运动轨迹如图所示,已知该运动员滑行的速率保持不变,角速度为ω,向心加速度为a。下列说法中,正确的是( )第4题图A. ω变小,a变小B. ω变小,a变大C. ω变大,a变小D. ω变大,a变大5. [2025·杭州七校联考]如图所示为某型号发动机的部分结构简图,几个齿轮之间通过皮带连接传动(皮带不打滑)。已知图中A轮与B轮的半径之比为2∶1,则A、B轮边缘的( )第5题图A. 线速度大小之比为2∶1B. 角速度之比为1∶2C. 向心加速度大小之比为1∶4D. 周期之比为1∶16. 如图所示,质量为m的小球穿在半径为R的光滑圆环上,圆环可绕竖直方向的O1O2轴以角速度ω匀速转动,相对于圆环静止(未在圆环最低点)的小球和圆心的连线与转轴的夹角为θ(大小未知),重力加速度大小为g。下列说法中,正确的是( ) 第6题图A. tan θ=B. cos θ=C. 只要圆环转动的角速度足够大,θ可能为90°D. 当ω=时,小球仍能在圆环上除最低点外的某位置相对于圆环静止7. (多选)如图所示,A、B两球穿过光滑水平杆,两球间用一细绳连接,当该装置绕竖直轴OO'匀速转动时,两球在杆上恰好不发生滑动,若两球质量之比mA∶mB=2∶1,下列关于A、B两球的描述,正确的是( )第7题图A. 运动半径之比为1∶2B. 加速度大小之比为1∶2C. 线速度大小之比为2∶1D. 向心力大小之比为1∶28. 如图所示,在细绳的拉动下,半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管,管底在O点。细管内有一根原长为、劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧底端固定在管底,顶端连接质量为m、可视为质点的插销。当以速度v匀速拉动细绳时,插销做匀速圆周运动。若v过大,插销会卡进固定的端盖,使卷轴转动停止。忽略摩擦力,弹簧在弹性限度内。要使卷轴转动不停止,v的最大值为( )第8题图A. r B. lC. r D. l9. (多选)如图所示,质量均为m的两个小球A、B,由两根长均为L的轻绳系住悬挂在天花板上。现A、B随车一起向右做匀加速直线运动,绳与竖直方向的夹角为α,某时刻车突然刹停,刹车前一瞬间小车的速度为v,下列说法中,正确的是(重力加速度为g)( )第9题图A. 刹车前悬挂B球的轻绳对车厢的拉力大小为mgcos αB. 刹车前A球对车厢壁的压力大小为mgtan αC. 刹车瞬间A、B两球的加速度大小分别为aA=,aB=gD. 刹车瞬间A、B两球的加速度大小分别为aA=0,aB=gtan α10. (多选)如图所示,A、B、C三个物体放在旋转圆台上,三个物体与圆台间的动摩擦因数均为μ,A的质量是2m,B和C的质量均为m,A、B到轴O的距离为R,C离轴O的距离为2R。当圆台旋转时,下列说法中,正确的是( )第10题图A. 若A、B、C均未滑动,则C的向心加速度最大B. 若A、B、C均未滑动,则B所受的摩擦力最小C. 当圆台转速增大时,B比A先滑动D. 当圆台转速增大时,C比B先滑动11. [2024·青田中学高一期末]如图所示,固定的水平薄板上放置物块,一端连接着物块的轻绳通过光滑的小滑轮悬挂小球,薄板上方的轻绳与薄板平行,小球到滑轮部分的绳长L=0.125 m。当小球以悬挂点正下方某点为圆心在水平面内做匀速圆周运动时,物块刚好不滑动。已知物块、小球均可视为质点,物块的质量m1=1 kg,小球的质量m2=0.4 kg,物块与薄板间的动摩擦因数μ=0.5,接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g取10 m/s2)(1)求连接小球的轻绳与竖直方向夹角θ的余弦值cos θ;(2)求此状态下小球的角速度大小ω1;(3)若仅小球的角速度大小变为ω2=9 rad/s,使得小球绕悬挂点正下方另一点做匀速圆周运动,物块仍相对于薄板不滑动,求物块受到的摩擦力大小Ff。第11题图 展开更多...... 收起↑ 资源列表 6.3 向心加速度 - 学生版.docx 6.3 向心加速度.docx 6.3 向心加速度.pptx