适用于新高考新教材浙江专版2025届高考物理一轮总复习第4单元曲线运动万有引力与航天素养练7圆周运动相关的STSE问题科学态度与责任新人教版

素养练7圆周运动相关的STSE问题(科学看法与责任)1.山崖边的马路经常被称为最险马路,某弯道如图所示,外圈临悬崖,内圈靠山,为了减小弯道行车平安隐患,弯道路面往往设计成倾斜的。某汽车在这样的弯道转弯,下列说法正确的是()A.汽车以恒定速率转弯时,做匀变速曲线运动B.汽车以恒定速率转弯时,转弯半径越大,所需向心力越大C.为了减小弯道行车平安隐患,弯道路面应当设计成内低外高D.因弯道路面倾斜,汽车转弯时确定不须要摩擦力供应向心力2.(2024浙江东阳中学期中)2024年5月28日,我国自主研制的大型客运飞机C919从上海虹桥飞抵北京首都国际机场,标记着中国造大飞机正式迈入商业运营阶段。若客机空中转弯时,在t时间内以恒定的速率沿圆弧路径飞行的路程为L,客机相对圆弧圆心转过的角度为θ,客机的质量为m,下列对客机转弯过程的分析,正确的是()A.转弯半径为LB.转弯半径为θLC.客机所受向心力大小为mLD.客机所受向心力大小为mLθ3.某同学外出春游在一风景区荡秋千。在荡秋千的过程中,把秋千和该同学看成一个整体,把绳对整体的拉力看成一个力,空气阻力忽视不计,下列说法正确的是()A.整体受到绳的拉力、重力和向心力三个力作用B.整体运动到最高点时的加速度为零C.整体所受合力的方向始终指向其做圆周运动的圆心D.在最低点时绳子对整体的拉力大于整体所受重力4.游乐园中的竖直摩天轮在匀速转动时,其每个载客轮舱能始终保持竖直直立状(如图),一质量为m的旅行包放置在该摩天轮轮舱水平板上。已知旅行包在最高点对水平板的压力为0.8mg,下列说法正确的是()A.摩天轮转动过程中,旅行包所受合力不变B.旅行包随摩天轮的运动过程中始终受到轮舱水平板的摩擦力作用C.旅行包随摩天轮运动到圆心等高处时受到的摩擦力为0.2mgD.旅行包随摩天轮运动的过程中机械能守恒5.(2024浙江台州二模)第19届亚运会在中国杭州实行,场地自行车是亚运会项目之一。场地自行车赛的赛道设计成有坡度的,是为了防止赛车手在拐弯处偏离赛道而滑出路面。若竞赛时质量为m的运动员经过坡度为45°的圆弧赛道时,自行车车身垂直于赛道,此时自行车不受侧向摩擦力,赛道对该车的支持力垂直于赛道并通过车和运动员的重心,实现匀速平稳转弯,重力加速度为g,则运动员在该处向心力大小为()A.mg2 B.C.3mg26.在某路段,路面外高内低,一汽车向左转弯,马路的竖直截面如图所示,图中h=0.5m,x=6m。汽车转弯时若以设计速度驶过弯道,车轮与路面之间的横向(即垂直于前进方向)摩擦力等于零,已知转弯的设计速度为10m/s,重力加速度大小g取10m/s2,则该路段设计的汽车转弯的半径为()A.120m B.10mC.12m D.6m7.如图所示,若某滚筒洗衣机甩干衣服(包括衣服中的水,视为质点)时,滚筒做匀速圆周运动,转动的角速度大小为30πrad/s,衣服的转动半径为0.24m,重力加速度大小g取π2m/s2,则下列说法正确的是 ()A.衣服在滚筒内最高点A时对筒壁的压力小于其所受的重力B.水滴最简洁在最高点A离开衣服C.衣服运动到与圆心等高点时,只受滚筒的支持力作用D.衣服在最低点B时受到的支持力是其所受重力的217倍8.毕节阿西里西大草原是特别闻名的旅游景点,其波浪路如图甲所示,某游客驾驶小车以恒定速率通过波浪路,小车始终不脱离路面且平安行驶。将波浪路抽象为在竖直平面内的轨道模型,如图乙所示,则下列关于小车通过波浪路段的最高点A和最低点B时的说法正确的是()A.小车经过A点时对地面的压力大于小车的重力B.小车经过B点时对地面的压力小于小车的重力C.若增大小车行驶的速率,则速率越大通过A、B两点时对地面的压力大小之差的确定值越大D.若减小小车行驶的速率,则速率越小通过A、B两点时对地面的压力大小之差的确定值越大9.如图甲所示,游乐场有一种叫作“欢乐飞机”的消遣项目,其简化模型如图乙所示。已知模型飞机质量为m,固定在长为L的旋臂上,旋臂与竖直方向夹角为45°,当模型飞机以角速度ω=2gL绕中心轴在水平面内做匀速圆周运动时,下列说法正确的是()(不计空气阻力,重力加速度为A.模型飞机受到重力、旋臂的作用力和向心力B.旋臂对模型飞机的作用力方向不垂直于旋臂C.旋臂对模型飞机作用力大小为2mgD.若转动的角速度增大,则旋臂对模型飞机的作用力减小10.许多骑行爱好者在自己的山地自行车上安装了气门嘴灯。某种自行车气门嘴灯如图甲所示,气门嘴灯内部开关结构如图乙所示:弹簧一端固定,另一端与质量为m的小滑块(含触点a)连接,当触点a、b接触,电路接通使气门嘴灯发光,触点b位于车轮边缘。车轮静止且气门嘴灯在最低点时触点a、b距离为L,弹簧劲度系数为mgL,重力加速度大小为g,自行车轮胎半径为R,不计开关中的一切摩擦,滑块和触点a、b(1)若气门嘴灯在最低点恰好被点亮,求该状态下最低点向心力的大小;(2)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯可以始终亮,求自行车行驶的最小速度;(3)若自行车以2gR的速度匀速行驶,求车轮每转一圈,参考答案素养练7圆周运动相关的STSE问题(科学看法与责任)1.C解析汽车以恒定速率转弯时,汽车的加速度大小不变,方向时刻发生变更,汽车做变加速曲线运动,故A错误;汽车以恒定速率转弯时,依据F=mv2R可知,转弯半径越大,所需向心力越小,故B错误;为了减小弯道行车平安隐患,弯道路面应当设计成内低外高,使路面支持力有指向圆心的分力,故C正确;弯道路面倾斜,汽车转弯时的速度变更时,汽车可能须要摩擦力供应向心力,故2.D解析转弯半径为r=Lθ,A、B错误;客机所受向心力大小为F=mω2r,又因为ω=θt,解得F=mLθt23.D解析在荡秋千的过程中整体受到绳的拉力、自身的重力作用,向心力是效果力,故A错误;整体运动到最高点时所受的合力不为零,即加速度不为零,故B错误;整体只有在最低点时,受重力和绳竖直向上的拉力,所受合力的方向才指向其做圆周运动的圆心,当整体不在最低点时,依据平行四边形定则可知绳的拉力与重力的合力方向不指向圆心,故C错误;在最低点时,依据FT-mg=mv2r可知,绳子对整体的拉力大于整体所受重力,故4.C解析旅行包跟随摩天轮做匀速圆周运动,旅行包所受合力供应向心力,大小不变,方向时刻在变更,故A错误。旅行包随摩天轮的转动而做匀速圆周运动,合力供应向心力,在最高点与最低点只受到重力和支持力的作用,不受摩擦力,故B错误。在最高点有mg-FN=F向,且FN=0.8mg,联立解得F向=0.2mg;旅行包随摩天轮运动到圆心等高处时,由摩擦力供应向心力,则有Ff=F向=0.2mg,故C正确。旅行包随摩天轮运动的过程中动能不变,而重力势能会变,故机械能不守恒,故D错误。5.D解析此时重力和支持力的合力恰好供应向心力,则有mgtan45°=F向,解得F向=mg,故选D。6.A解析设路面的倾角为θ,作出汽车的受力图,如图所示。依据牛顿其次定律,得mgtanθ=mv2R,又由数学学问得到tanθ=hx,联立解得R=xv27.D解析衣服在最高点A时受到重力和滚筒对衣服的支持力,由FN+mg=mω2r可得,FN=215mg,故A错误;衣服在最低点有FN-mg=mω2r,可知衣服在最低点受到的支持力大于在最高点受到的支持力,水滴最简洁在最低点离开衣服,故B错误;衣服运动到与圆心等高点时,由受力分析可知,衣服还要受到滚筒对衣服的摩擦力才能与所受重力在竖直方向上平衡,故C错误;由FN-mg=mω2r可得,FN=217mg,故D正确。8.C解析设经过A点时地面对小车的支持力为FN1,则mg-FN1=mv2R1,因此在A点时地面对小车的支持力小于重力,依据牛顿第三定律可知小车经过A点时对地面的压力小于小车的重力,故A错误。设经过B点时地面对小车的支持力为FN2,则FN2-mg=mv2R2,因此在B点时地面对小车的支持力大于重力,依据牛顿第三定律可知小车经过B点时对地面的压力大于小车的重力,故B错误。联立可得FN2-FN1=mv21R2-1R19.C解析向心力是效果力,事实上不存在,可知模型飞机不受向心力作用,受到重力和旋臂对模型飞机的作用力,故A错误;模型飞机在水平面内做匀速圆周运动,竖直方向受力平衡,所以旋臂对模型飞机作用力的一个分力F1平衡了飞机的重力,即有F1=mg,另一个分力供应了飞机做匀速圆周运动的向心力F2,则有F2=mrω2=mLsin45°2gL2=mg=F1,可知旋臂对模型飞机的作用力方向确定与旋臂垂直且大小等于2mg,故B错误,C正确;依据上述分析知,若转动的角速度增大,F2增大,F1不变,旋臂对模型飞机的作用力F=F10.答案(1)mg(2)3gR(3)π解析(1)弹簧原长时,ab的距离为mgk若气门嘴灯在最低点恰好被点亮,则该状态下最低点