高考物理大一轮复习 第四章 第3讲 圆周运动课件.ppt

曲线运动万有引力定律及其应用 第四章 第3讲圆周运动 一 描述圆周运动的物理量 弧长 m s 角度 rad s 一周 圈数 快慢 圆心 m s2 跟踪训练 1 单选 关于做匀速圆周运动的物体的线速度 角速度 周期的关系 下列说法正确的是 a 线速度大角速度一定大b 线速度大周期一定大c 角速度大的半径一定小d 角速度大周期一定小 答案 d 答案 ad 解析 绕共轴转动的物体角速度相等 所以选项a正确 b错误 由v r 知选项c错误 d正确 二 匀速圆周运动与向心力1 匀速圆周运动 1 定义 质点沿圆周运动 如果在任意相等的时间内通过的 相等 质点的运动就是匀速圆周运动 2 特点 加速度大小 方向始终指向 是变加速运动 3 条件 合外力大小 方向始终与 方向垂直并指向圆心 圆弧长度 不变 圆心 不变 速度 方向 大小 m 2r 圆心 合力 分力 跟踪训练 3 单选 2015年重庆模拟 如图4 3 2所示 长为l的细绳一端固定 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 设细绳与竖直方向的夹角为 下列说法正确的是 a 小球受重力 绳的拉力和向心力作用b 小球做圆周运动的半径为lc 越大 小球运动的速度越大d 越大 小球运动的周期越大 答案 c 三 非匀速圆周运动1 定义 线速度的大小 均发生变化的圆周运动 2 合力的作用 变速圆周运动的合力不指向圆心 合外力产生两个方面的效果 1 合力沿速度方向的分量ft产生切向加速度 ft mat 它只改变速度的 2 合力沿半径方向的分量fn产生向心加速度 fn man 它只改变速度的方向 3 特点 合外力 向心力 加速度 向心加速度 线速度的大小和方向均发生变化 周期 角速度发生变化 方向 大小 跟踪训练 4 单选 2015年广东六校联考 如图4 3 3所示 汽车以某一速率通过半圆形拱桥顶点 下列关于汽车在该处受力的说法正确的是 a 汽车受重力 支持力 向心力b 汽车受重力 支持力 牵引力 摩擦力 向心力c 汽车的向心力就是重力d 汽车受的重力和支持力的合力充当向心力 答案 d 解析 向心力是按效果命名的力 汽车在拱桥顶 汽车受的重力和支持力的合力提供向心力 选项d正确 a b c错误 四 离心现象1 定义 做 的物体 在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动 的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 这种现象叫做离心现象 2 本质 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着 飞出去的倾向 圆周运动 所需向心力 圆周切线方向 3 受力特点当f 时 物体做匀速圆周运动 当f 0时 物体沿 飞出 当f 时 物体逐渐远离圆心 f为实际提供的向心力 如图4 3 4所示 m 2r 切线方向 m 2r 跟踪训练 5 多选 关于匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 匀速圆周运动是一种匀速运动b 匀速圆周运动是一种匀变速运动c 匀速圆周运动是一种变加速运动d 物体做圆周运动时其向心力不改变线速度的大小 答案 cd 6 单选 物体做匀速圆周运动时 如果向心力突然消失 则下列说法正确的是 a 物体将继续在原来的圆周上运动b 物体将沿着圆周的切线方向飞出去c 物体将沿着切线和圆周之间的某一条曲线向远离圆心的方向运动d 以上说法均不对 答案 b 描述圆周运动的各物理量间的关系 如图4 3 5所示 o1为皮带传动装置的主动轮的轴心 轮的半径为r1 o2为从动轮的轴心 轮的半径为r2 r3为与从动轮固定在一起的大轮的半径 已知r2 1 5r1 r3 2r1 a b c分别是三个轮边缘上的点 皮带不打滑 那么质点a b c的线速度之比是 角速度之比是 向心加速度之比是 周期之比是 答案见解析一题一得本题中 只要传动装置不打滑 则其边缘点的线速度大小相等 凡是固定在同一转动轴上转动的各点的角速度相等 单选 如图4 3 6所示 靠摩擦传动做匀速转动的大 小两轮接触面互不打滑 大轮半径是小轮半径的2倍 a b分别为大 小轮边缘上的点 c为大轮上一条半径的中点 则 a 两轮转动的角速度相等b 小轮转动的角速度是大轮的2倍c 质点加速度aa 2abd 质点加速度ab 2ac 答案 b 易错警示 忽视圆周运动的周期性此类问题的解决 关键是正确分析物体的运动过程 抓住等时性 即运动时间相等 和圆周运动的周期性的特点 考查圆周运动中的多解问题 2014年天津卷 半径为r的水平圆盘绕过圆心o的竖直轴转动 a为圆盘边缘上一点 在o的正上方有一个可视为质点的小球以初速度v水平抛出时 半径oa方向恰好与v的方向相同 如图4 3 7所示 若小球与圆盘只碰一次 且落在a点 重力加速度为g 则小球抛出时距o的高度h 圆盘转动的角速度大小 考点平抛运动的规律 匀速圆周运动的规律一题一得 1 多解原因 匀速圆周运动具有周期性 使得前一个周期中发生的事件在后一个周期中同样可能发生 这将造成多解 2 多解问题模型 常涉及两个物体的两种不同的运动 其中一个物体做匀速圆周运动 另一个物体做其他形式的运动 由于涉及的两个物体的运动是同时进行的 因此求解的基本思路是依据等时性建立等式求出待求量 单选 如图4 3 8所示 一个直径为d的纸质圆筒以角速度 绕其轴心匀速转动 一子弹沿ao方向打进纸筒 在纸筒转不到半周时 子弹在纸筒上又留下一个弹孔b 已知 aob 则子弹速度v为 答案 d 圆周运动的一般分析方法和步骤 确定物体做圆周运动的轨道平面 圆心和半径 对物体进行受力分析 采用正交分解法 确定向心力的来源 以做圆周运动的物体所在位置为坐标原点 建立沿半径指向圆心方向 径向方向 和垂直于半径方向 切线方向 的坐标轴 将各力分解到这两个方向上 径向方向的力只改变速度的方向 切线方向的力只改变速度的大小 故径向合外力提供向心力 对匀速圆周运动 f切 0 f合 f径 f向 对变速圆周运动 f切 0 f径 f向 f合 水平面内的圆周运动 如图4 3 9所示 质量为m的木块 用一轻绳拴着 置于很大的水平转盘上 细绳穿过转盘中央的细管 与质量也为m的小球相连 木块与转盘间的最大静摩擦力为其重力的 倍 0 2 当转盘以角速度 4rad s匀速转动时 要保持木块与转盘相对静止 木块转动半径的范围是多少 g取10m s2 解析由于转盘以角速度 4rad s匀速转动 因此木块做匀速圆周运动所需向心力为f mr 2 当木块做匀速圆周运动的半径取最小值时 其所受最大静摩擦力与拉力方向相反 则有mg mg mrmin 2 解得rmin 0 5m 当木块做匀速圆周运动的半径取最大值时 其所受最大静摩擦力与拉力方向相同 则有mg mg mrmax 2 解得rmax 0 75m 因此 要保持木块与转盘相对静止 木块转动半径的范围是 0 5m r 0 75m 答案0 5m r 0 75m 一题一得汽车在高速公路上转弯也是在水平面内做匀速圆周运动 由物体所受的重力与弹力的合力充当向心力 可看作是圆锥摆模型的拓展 火车转弯问题类似 铁路外轨略高于内轨 使得火车所受重力和支持力的合力f合提供向心力 飞机在水平面内做匀速圆周飞行的问题也与此类似 多选 2013年全国卷 公路急转弯处通常是交通事故多发地带 如图4 3 10 某公路急转弯处是一圆弧 当汽车行驶的速率为vc时 汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势 则在该弯道处 a 路面外侧高内侧低b 车速只要低于vc 车辆便会向内侧滑动c 车速虽然高于vc 但只要不超出某一最高限度 车辆便不会向外侧滑动d 当路面结冰时 与未结冰时相比 vc的值变小 答案 a 解析 汽车转弯时 恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势 说明重力和支持力的合力刚好提供向心力 因此公路外侧高一些 此时汽车不受静摩擦力的作用 与路面是否结冰无关 故选项a正确 选项d错误 当vvc时 重力和支持力的合力小于所需向心力 汽车有向外侧滑动的趋势 在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑 故选项b错误 选项c正确 竖直平面内的圆周运动 是典型的变速圆周运动 中学物理通常研究物体通过最高点和最低点的情况 并且经常出现有关最高点的临界问题 并伴有 最大 最小 恰好 等词语 竖直平面内做圆周运动的绳 杆模型 竖直平面内圆周运动的绳 杆模型 注意 轻绳 模型和 轻杆 模型不同的原因在于 轻绳 只能对小球产生拉力 而 轻杆 既可对小球产生拉力也可对小球产生支持力 多选 2015年湛江模拟 如图4 3 11所示 光滑竖直圆环a半径为r 固定在木板b上 木板b放在水平地面上 b在左 右两侧各有一挡板固定在地上 b不能左右运动 在环的最低点静放有一小球c a b c的质量均为m 给小球一水