广东省汕头市澄海中学高三物理复习 第4章 圆周运动学案.doc

广东省汕头市澄海中学高三物理复习第4章 学案18 圆周运动一、概念规律题组1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做匀速圆周运动的物体所受合外力为零2下列关于匀速圆周运动中向心加速度的说法，正确的是()a向心加速度越大，物体速率变化越快b向心加速度越大，物体速度变化越快c向心加速度越大，物体速度方向变化越快d在匀速圆周运动中向心加速度是恒量3一小球被细绳拴着，在水平面内做半径为r的匀速圆周运动，向心加速度为a，那么下列说法错误的是()a小球运动的角速度b小球在时间t内通过的路程为stc小球做匀速圆周运动的周期td小球在时间t内可能发生的最大位移为2r图14如图1所示，甲、乙、丙三个轮子依靠摩擦传动，相互之间不打滑，其半径分别为r1、r2、r3.若甲轮的角速度为1，则丙轮的角速度为()a. b.c. d.二、思想方法题组5如图2所示，小物块a与圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动则下列关于a的受力情况的说法中正确的是()图2a受重力、支持力b受重力、支持力和与运动方向相反的摩擦力c受重力、支持力、摩擦力和向心力d受重力、支持力和指向圆心的摩擦力6狗拉着雪撬在水平冰面上沿着圆弧形的道路匀速行驶，下图为四个关于雪撬受到的牵引力f及摩擦力ff的示意图(o为圆心)，其中正确的是()一、圆周运动的运动学分析1匀速圆周运动(1)特点：线速度的大小不变，角速度、周期和频率都是恒定不变的，向心加速度和向心力的大小也都是恒定不变的(2)性质：是线速度大小不变而方向时刻变化的变速曲线运动，是加速度大小不变而方向时刻改变的变加速曲线运动(3)向心加速度和向心力：仅存在向心加速度向心力就是做匀速圆周运动的物体所受外力的合力(4)质点做匀速圆周运动的条件：合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心2传动装置特点(1)同轴传动：固定在一起共轴转动的物体上各点角速度相同(2)皮带传动：不打滑的摩擦传动和皮带(或齿轮)传动的两轮边缘上各点线速度大小相等(3)在讨论v、r三者关系时，应采用控制变量法，即保持其中一个量不变来讨论另外两个量的关系【例1】 (宁夏理综高考.30)如图3所示为某一皮带传动装置主动轮的半径为r1，从动轮的半径为r2.已知主动轮做顺时针转动，转速为n，转动过程中皮带不打滑下列说法正确的是()图3a.从动轮做顺时针转动 b.从动轮做逆时针转动c.从动轮的转速为n d.从动轮的转速为n 规范思维 图4针对训练1如图4所示，轮o1、o3固定在同一转轴上，轮o1、o2用皮带连接且不打滑在o1、o2、o3三个轮的边缘各取一点a、b、c，已知三个轮的半径比r1r2r3211，求：(1)a、b、c三点的线速度大小之比vavbvc；(2)a、b、c三点的角速度之比abc；(3)a、b、c三点的向心加速度大小之比aaabac.二、圆周运动中的动力学问题分析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，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力2分析下列各情景中的向心力来源图形向心力来源卫星绕地球做匀速圆周运动引力绳拉球在光滑水平面上做匀速圆周运动拉力(或弹力)衣服在筒内壁上做匀速圆周运动壁对衣服的弹力物体做圆锥摆运动拉力和重力的合力汽车通过拱形桥时重力和支持力的合力3.圆周运动的分析思路(1)圆周可看成是牛顿第二定律应用的进一步延伸将牛顿第二定律fma应用于圆周运动，f就是向心力，a就是向心加速度，即得：fmanmm2rmr(2)基本思路明确研究对象分析运动情况：即做什么性质的圆周运动(匀速圆周运动？变速圆周运动？)；确定轨道所在的平面和圆心位置，从而确定向心力的方向分析受力情况(注意不要把向心力作为某一性质的力进行分析)，在向心方向求合外力(即选定向心方向为正方向)由牛顿第二定律列方程，根据已知量和要求量选择合适的向心加速度公式求解或进行必要的讨论图5【例2】 (2010山东省泰安市高三第二轮复习质量检测)如图5所示，物块p置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c沿半径指向圆心，a与c垂直，下列说法正确的是()a当转盘匀速转动时，p受摩擦力方向为b方向b当转盘加速转动时，p受摩擦力方向可能为a方向c当转盘加速转动时，p受摩擦力方向可能为c方向d当转盘减速转动时，p受摩擦力方向可能为d方向规范思维图6【例3】 如图6所示，在光滑的水平面上有两个质量相同的球a和球b，a、b之间以及b球与固定点o之间分别用两段轻绳相连并以相同的角速度绕着o点做匀速圆周运动，如果ob2ab，则绳ob与绳ba的张力之比为()a21 b32 c53 d52规范思维针对训练22009年10月10日，美国空军“雷鸟”飞行表演队在泰国首都曼谷进行了精彩的飞行表演飞行员驾机在竖直平面内做圆环特技飞行，若圆环半径为1 000 m，飞行速度为100 m/s，求飞行在最高点和最低点时飞行员对座椅的压力是自身重力的多少倍(g10 m/s2)【基础演练】图71如图7所示，物块在水平圆盘上，与圆盘一起绕固定轴匀速转动，下列说法中正确的是()a物块处于平衡状态b物块受三个力作用c在角速度一定时，物块到转轴的距离越远，物块越不容易脱离圆盘d在物块到转轴距离一定时，物块运动周期越小，越不容易脱离圆盘图82如图8所示是一个玩具陀螺a、b和c是陀螺上的三个点当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度稳定旋转时，下列表述正确的是()aa、b和c三点的线速度大小相等ba、b和c三点的角速度相等ca、b的角速度比c的大dc的线速度比a、b的大图93如图9所示，某同学用硬塑料管和一个质量为m的铁质螺丝帽研究匀速圆周运动，将螺丝帽套在塑料管上，手握塑料管使其保持竖直并在水平方向做半径为r的匀速圆周运动，则只要运动角速度合适，螺丝帽恰好不下滑，假设螺丝帽与塑料管间的动摩擦因数为，认为最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力则在该同学手转塑料管使螺丝帽恰好不下滑时，下列分析正确的是()a螺丝帽的重力与其受到的最大静摩擦力平衡b螺丝帽受到塑料管的弹力方向水平向外，背离圆心c此时手转动塑料管的角速度 d若塑料管的转动加快，螺丝帽有可能相对塑料管发生运动图104(2011临汾联考)甲、乙两名溜冰运动员，面对面拉着弹簧测力计做圆周运动，如图10所示已知m甲80 kg，m乙40 kg，两人相距0.9 m，弹簧测力计的示数为96 n，下列判断中正确的是()a两人的线速度相同，约为40 m/sb两人的角速度相同，约为2 rad/sc两人的运动半径相同，都是0.45 md两人的运动半径不同，甲为0.3m，乙为0.6m5(2011山东泰安模拟)如图11所示，两个啮合齿轮，小齿轮半径为10 cm，大齿轮半径为20 cm，大齿轮中c点离圆心o2的距离为10 cm，a、b分别为两个齿轮边缘上的点，则a、b、c三点的()图11a线速度之比为111b角速度之比为111c向心加速度之比为421d转动周期之比为2116.如图12所示，放置在水平地面上的支架质量为m，支架顶端用细线拴着的摆球质量为m，现将摆球拉至水平位置，而后释放，摆球运动过程中，支架始终不动，以下说法正确的是()图12a在释放前的瞬间，支架对地面的压力为(mm)gb在释放前的瞬间，支架对地面的压力为mgc摆球到达最低点时，支架对地面的压力为(mm)gd摆球到达最低点时，支架对地面的压力为(3mm)g【能力提升】7(2011汕头模考)如图13所示，在验证向心力公式的实验中，质量相同的钢球放在a盘的边缘，钢球放在b盘的边缘，a、b两盘的半径之比为21.a、b分别是与a盘、b盘同轴的轮，a轮、b轮半径之比为12.当a、b两轮在同一皮带带动下匀速转动时，钢球、受到的向心力之比为()图13a21 b41 c14 d81图148质量为m的小球由轻绳a和b分别系于一轻质木架上的a点和c点，如图14所示，当轻杆木架绕轴bc以角速度匀速转动时，小球在水平面内做匀速圆周运动，绳a在竖直方向，绳b在水平方向，当小球运动到图示位置时，绳b被烧断的同时木架停止转动，则下列说法中错误的是()a小球仍在水平面内做匀速圆周运动b在绳b被烧断瞬间，绳a中张力突然增大c若角速度较小，小球在垂直于平面abc的竖直平面内摆动d若角速度较大，小球可在垂直于平面abc的竖直平面内做圆周运动题号12345678答案图159(2010广东省汕头市模拟考试)如图15所示，细绳一端系着质量m0.1 kg的小物块a，置于光滑水平台面上；另一端通过光滑小孔o与质量m0.5 kg的物块b相连，b静止于水平地面上当a以o为圆心做半径r0.2 m的匀速圆周运动时，地面对b的支持力fn3.0 n，求物块a的速度和角速度的大小(g10 m/s2)图1610(2011山东青岛月考)如图16所示，一根长0.1 m的细线，一端系着一个质量为0.18 kg的小球，拉住线的另一端，使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，使小球的转速很缓慢地增加，当小球的转速增加到开始时转速的3倍时，细线断开，线断开前的瞬间，线受到的拉力比开始时大40 n，求：(1)线断开前的瞬间，线受到的拉力大小；(2)线断开的瞬间，小球运动的线速度大小；(3)如果小球离开桌面时，速度方向与桌边线的夹角为60，桌面高出地面0.8 m，求：小球飞出后的落地点距桌边线的水平距离学案18圆周运动【课前双基回扣】1c2c向心加速度是描述速度方向变化快慢的物理量3abd由a2r得t时间内的路程svtrttt2，故知a、b、d正确4a连接轮之间可能有两种类型，即皮带轮或齿轮相互传动和同轴轮传动(各个轮子的轴是焊接的)，本题属于齿轮，同轴轮的特点是角速度相同，皮带轮的特点是各个轮边缘的线速度大小相同，即v11r1v22r2v33r3，显然a选项正确5d6c摩擦力的方向沿切线，f和ff的合力充当向心力思维提升1注意区分匀速直线运动与匀速圆周运动的不同匀速直线运动是平衡态，加速度为零，所受合力为零；匀速圆周运动是非平衡态，速度方向在变化，一定有加速度，也一定受力的作用2向心力是效果力，是物体实际所受性质力的分力或合力，在分析物体所受力的个数时，不应分析向心力【核心考点突破】例1 bc因为主动轮顺时针转动，从动轮通过皮带的摩擦力带动而转动，所以从动轮做逆时针转动；由于通过皮带传动且转动过程中皮带不打滑，皮带与轮边缘的线速度相等，所以由2nr12n2r2得，从动轮的转速为n2.答案为b、c.规范思维分析传动问题要抓住关键的两点：(1)同一轮轴上的各点角速度相同；(2)皮带不打滑(或齿轮传动)时，轮边缘各点的线速度大小相同这两点抓住了，然后再根据描述圆周运动的各物理量之间的关系就不难得出正确的结论例2 bd圆周运动，向心方向一定受力匀速圆周运动，切向方向不受力；变速圆周运动，切向方向一定受力加速沿a方向，减速沿a反方向摩擦力即为向心方向和切向方向这两个方向上受到的力的合力由此可判断b、d正确规范思维(1)首先确定物体做什么性质的圆周运动：匀速圆周运动，合外力指向圆心；非匀速圆周运动，合外力有两个分力：沿半径指向圆心方向的合外力提供向心力，改变物体的速度方向；沿切线方向的分力产生切向加速度，改变速度的大小(2)再根据合加速度的方向判断静摩擦力的方向例3 c设ab段长为l，分别对a、b受力分析如图所示由牛顿第二定律得fobfabm2l2fbam3l2由牛顿第三定律知fab与fba大小相等联立解得：fob5ml2，fab3ml2规范思维通过此题进一步强化应用牛顿第二定律解题的思路：明确研究对象；隔离物体进行受力分析；明确圆心及半径；应用牛顿第二定律列方程正确的进行受力分析仍是解题的关键针对训练1(1)221(2)121(3)241解析(1)令vav，由于转动时不打滑，所以vbv.因ac，由公式vr知，当角速度一定时，线速度跟半径成正比，故vcv，所以vavbvc221.(2)令a，由于共轴转动，所以c.因vavb，由公式知，当线速度一定时，角速度跟半径成反比，故b2.所以abc121.(3)令a点向心加速度为aaa，因vavb，由公式a知，当线速度一定时，向心加速度跟半径成反比，所以ab2a.又因为ac，由公式a2r知，当角速度一定时，向心加速度跟半径成正比，故aca.所以aaabac241.2见解析解析如右图所示，飞至最低点时飞行员受向下的重力mg和向上的支持力fn1，合力提供向心力即fn1fn1mg；在最高点时，飞行员受向下的重力mg和向下的压力fn2，合力提供向心力即fn2fn2mg.两个向心力大小相等且fnfn1fn2在最低点：fn1mg，则fn1mg解得：12在最高点：fn2mg，则fn2mg解得：10即飞机飞至最低点时，飞行员对座椅的压力是自身重力的两倍，飞至最高点时，飞行员对座椅无压力【课时效果检测】1b对物块进行受力分析可知，物块受竖直向下的重力、垂直圆盘向上的支持力及指向圆心的摩擦力共三个力作用，合力提供向心力，a错，b正确根据向心力公式fmr2可知，当一定时，半径越大，所需的向心力越大，物块越容易脱离圆盘；根据向心力公式fmr()2可知，当物块到转轴距离一定时，周期越小，所需向心力越大，物块越容易脱离圆盘，c、d错误2b由于a、b和c三点是陀螺上的三个点，所以当陀螺转动时，三个点的角速度相同，选项b正确，c错误；根据vr，由于a、b、c三点的半径不同，rarbrc，所以有vavbvc，选项a、d均错误3a由于螺丝帽做圆周运动过程中恰好不下滑，则竖直方向上重力与最大静摩擦力平衡，塑料管对螺丝帽的弹力提供其做匀速圆周运动的向心力，故选项a正确，b错误；mgfffn，fnmr2， ，故c错误；无论塑料管的转动速度增大多少，竖直方向上仍然受力平衡，螺丝帽不会发生相对运动，故选项d错误4bd两人旋转一周的时间相同，故两人的角速度相同，两人做圆周运动所需的向心力相同，由fm2r可知，旋转半径满足：r甲r乙m乙m甲12，又r甲r乙0.9 m则r甲0.3 m，r乙0.6 m两人的角速度相同，则v甲v乙12由fm甲2r甲可得2 rad/s.故选项b、d正确5c由题意知rb2ra2rc，而vavb，即arabrb，abrbra21，又有bc，由vr，知vb2vc，故a、b、c三点线速度之比为221，角速度之比为211，因t，故周期之比为122，由a2r，可知向心加速度之比为(221)(122)(121)421，故选c.6bd在释放前的瞬间绳拉力为零 对m：fn1mg当摆球运动到最低点时，由机械能守恒得mgr由牛顿第二定律得：ftmg由得绳对小球的拉力ft3mg摆动过程中，支架始终不动，对支架m由受力平衡，地面支持力fnmg3mg由牛顿第三定律知，支架对地面的压力fn23mgmg，故选项b、d正确7da、b两轮在同一皮带带动下匀速转动，说明a、b两轮的线速度相等，即vavb，由vr，rarb12，知ab21，又因a轮与a盘同轴，b轮与b盘同轴，对应的角速度相等，即ab21，又rarb21