高考物理一轮总复习 专题4 曲线运动万有引力与航天 第3讲 圆周运动课件.ppt

第3讲圆周运动 考纲解读 1 掌握描述圆周运动的物理量以及各物理量之间的关系 2 掌握向心力的来源并能应用解题 3 了解物体做近心运动和离心运动的条件 一 描述圆周运动的物理量及其相互关系 考点o讲堂梳理自查 二 离心运动1 定义 做 运动的物体 在合力 或者 提供圆周运动所需的向心力的情况下 就做逐渐 圆心的运动 2 供需关系与运动 如图所示 f为实际提供的向心力 则 1 当 时 物体做匀速圆周运动 2 当 时 物体沿切线方向飞出 3 当 时 物体逐渐远离圆心 4 当 时 物体逐渐靠近圆心 圆周 突然消失 不足以 远离 f m 2rf 0fm 2r 2 对圆周运动各物理量的考查 多选 2017届黑龙江名校检测 如图所示 小球用细绳悬挂于o点 在o点正下方有一固定的钉子c 把小球拉到水平位置后无初速释放 当细线转到竖直位置与钉子c相碰的前后瞬间 下列说法正确的为 a 小球的线速度变大b 小球的向心加速度不变c 小球的向心加速度突然变大d 绳中张力突然变大 答案 cd 3 对离心现象的考查 2017届山东青岛检测 在冬奥会短道速滑项目中 运动员绕周长仅111米的短道竞赛 运动员比赛过程中在通过弯道时如果不能很好地控制速度 将发生侧滑而摔离正常比赛路线 图中圆弧虚线ob代表弯道 即运动正常运动路线 oa为运动员在o点时的速度方向 研究时可将运动员看作质点 下列论述正确的是 a 发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心b 发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力c 若在o发生侧滑 则滑动的方向在oa左侧d 若在o发生侧滑 则滑动的方向在oa右侧与ob之间 答案 d 解析 发生侧滑是因为运动员的速度过大 所需要的向心力过大 运动员受到的合力小于所需要的向心力 而受到的合力方向仍指向圆心 故选项a b错误 若运动员水平方向不受任何外力时沿oa线做离心运动 实际上运动员要受摩擦力作用 所以滑动的方向在oa右侧与ob之间 故选项c错误 d正确 考点1圆周运动的运动学分析 2 传动装置特点 例1 2017届武汉模拟 如图所示 b和c是一组塔轮 即b和c半径不同 但固定在同一转动轴上 其半径之比为rb rc 3 2 a轮的半径大小与c轮相同 它与b轮紧靠在一起 当a轮绕过其中心的竖直轴转动时 由于摩擦作用 b轮也随之无滑动地转动起来 a b c分别为三轮边缘的三个点 则a b c三点在运动过程中的 a 线速度大小之比为3 2 2b 角速度之比为3 3 2c 转速之比为2 3 2d 向心加速度大小之比为9 6 4 思路剖析 1 a b两轮是什么类型的传动 a b两点哪个量相等 2 b c两轮是什么关系 b c两点的什么量相等 答案 d 练1 多选 如图所示为一皮带传动装置 右轮的半径为r a是它边缘上的一点 左侧是一轮轴 大轮的半径为4r 小轮的半径为2r b点在小轮上 到小轮中心的距离为r c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上 若在转动过程中 皮带不打滑 则 a a点与b点的线速度大小相等b a点与b点的角速度大小相等c a点与c点的线速度大小相等d a点与d点的向心加速度大小相等 答案 cd 求解传动问题的方法1 分清传动特点 1 皮带传动 轮子边缘的线速度大小相等 2 同轴传动 各点角速度相等 3 齿轮传动 相接触两个轮子边缘的线速度大小相等 2 确定半径关系 根据装置中各点位置确定半径关系或根据题意确定半径关系 1 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 因此在受力分析中不能再另外添加一个向心力 2 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 考点2圆周运动的动力学分析 3 解决圆周运动问题的主要步骤 1 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 2 分析物体的受力情况 画出受力示意图 确定向心力的来源 3 据牛顿运动定律及向心力公式列方程 例2 2016年山西吕梁检测 如图所示 置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动 当转速达到某一数值时 物块恰好滑离转台开始做平抛运动 现测得转台半径r 0 5m 离水平地面的高度h 0 8m 物块平抛落地过程水平位移的大小s 0 4m 设物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 取重力加速度g 10m s2 求 1 物块做平抛运动的初速度大小v0 2 物块与转台间的动摩擦因数 思路剖析 1 如何求小物块的初速度大小 2 小物块随转台加速转动受几个力的作用 是什么力充当向心力 3 如何求向心力 答案 1 1m s 2 0 2 练2如图所示 半径为r的半球形陶罐 固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上 转台转轴与过陶罐球心o的对称轴oo 重合 转台以一定角速度 匀速旋转 一质量为m的小物块落入陶罐内 经过一段时间后 小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止 它和o点的连线与oo 之间的夹角 为60 重力加速度大小为g 1 确定临界状态的常用方法 1 极限法 把物理问题 或过程 推向极端 从而使临界现象显露 达到尽快求解的目的 2 假设法 有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索 但在变化过程中可能出现临界问题 考点3圆周运动的临界问题 2 圆周运动中临界点的确定 1 有些题目中有 刚好 恰好 正好 等字眼 明显表明题述的过程中存在着临界点 2 若题目中有 取值范围 函数关系 等词语 表明题述的过程中存在着 起止点 而这些起止点往往就是临界点 3 若题目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明题述的过程中存在着极值 这些极值点往往也是临界点 思路剖析 1 小球恰好离开竖直杆 表明小球与杆之间的弹力为多大 小球做圆周运动的向心力的来源是什么 圆周运动的半径为多大 2 角速度 较小时 轻绳b处于什么状态 轻绳a处于什么状态 若角速度 较大时 轻绳b处于什么状态 而轻绳a处于什么状态 这些情景下小球做圆周运动的向心力来源是什么 圆周运动的半径又为多大 答案 见解析 练3 多选 2017届黑龙江双鸭山检测 如图所示 粗糙水平圆盘上 质量相等的a b两物块叠放在一起 随圆盘一起做匀速圆周运动 则下列说法正确的是 a b的向心力是a的向心力的2倍b 盘对b的摩擦力是b对a的摩擦力的2倍c a b都有沿半径向外滑动的趋势d 若b先滑动 则b对a的动摩擦因数 a小于盘对b的动摩擦因数 b 答案 bc 圆周运动分析方法1 分析临界点对于物体在临界点相关多个物理量 需要区分哪些物理量能够突变 哪些物理量不能突变 而不能突变的物理量 一般指线速度 往往是解决问题的突破口 2 分析每个运动过程的运动性质对于物体参与的多个运动过程 要仔细分析每个运动过程为何种运动 1 若为圆周运动 应明确是水平面内的匀速圆周运动 还是竖直平面内的变速圆周运动 机械能是否守恒 2 若为抛体运动 应明确是平抛运动 还是类平抛运动 垂直于初速度方向的力是哪个力 1 模型概述在竖直平面内做圆周运动的物体 运动至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 沿内轨道的 过山车 等 称为 轻绳模型 二是有支撑 如球与杆连接 小球在弯管内运动等 称为 轻杆模型 微课堂 圆周运动的轻绳 轻杆模型 2 两类模型对比 例4如图甲所示 一轻杆一端固定在o点 另一端固定一小球 在竖直平面内做半径为r的圆周运动 小球运动到最高点时 杆与小球间弹力大小为fn 小球在最高点的速度大小为v fn v2图象如图乙所示 下列说法正确的是 思路剖析 1 小球在最高点的速度等于零时 即v2 0 乙图中的纵截距表示什么物理量 2 小球在最高点时杆对小球的弹力等于零 即fn 0 乙图中的横截距表示什么物理量 答案 b 练4 2017年贵州遵义模拟 长度为l 0 5m的轻质细杆oa a端有一质量为m 3 0kg的小球 如图所示 小球以o点为圆心在竖直平面内做圆周运动 通过最高点时小球的速率为2 0m s 不计空气阻力 g取10m s2 则此时细杆oa受到 a 6 0n的拉力b 6 0n的压力c 24n的拉力d 24n的压力 答案 b 热点题组一圆周运动的运动学分析1 2017届枣阳模拟 无级变速是在变速范围内任意连续地变换速度 性能优于传统的挡位变速器 很多种高档汽车都应用了无级变速 如图所示是截锥式无级变速模型示意图 两个锥轮之间有一个滚轮 主动轮 滚轮 从动轮之间靠着彼此之间的摩擦力带动 当位于主动轮和从动轮之间的滚轮从左向右移动时 从动轮降低转速 滚轮从右向左移动时 从动轮增加转速 当滚轮位于主动轮直径d1 从动轮直径d2的位置时 主动轮转速n1 从动轮转速n2的关系是 模拟精选 组合专练 2 2017年哈尔滨检测 在街头的理发店门口 常可以看到这样一个标志 一个转动的圆筒 外表有黑白螺旋斜条纹 我们感觉条纹在沿竖直方向运动 但条纹实际在竖直方向并没有升降 这是由圆筒的转动而使我们的眼睛产生的错觉 如图所示 假设圆筒上的条纹是围绕着圆筒 连续的一条宽带 相邻两条纹在沿圆筒轴线方向的距离 即螺距 为l 10cm 圆筒沿逆时针方向 从俯视方向看 以2r s的转速匀速转动 我们感觉到升降方向和速度大小分别为 a 向上 10cm sb 向上 20cm sc 向下 10cm sd 向下 20cm s 答案 d 解析 由圆筒沿逆时针方向转动知 我们感觉到条纹在沿竖直方向向下运动 圆筒转动一圈 用时0 5s 感觉到条纹沿竖直方向向下运动l 因此向下运动的速度为20cm s 热点题组二圆周运动的动力学分析3 如图所示 旋转秋千 中的两个座椅a b质量相等 通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上 不考虑空气阻力的影响 当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时 下列说法正确的是 a a的速度比b的大b a与b的向心加速度大