高三物理高考一轮复习专题四 圆周运动的临界问题课件 新人教版.ppt

竖直面内圆周运动的临界问题分析对于物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动 该类运动常有临界问题 并伴有 最大 最小 刚好 等词语 常分析两种模型 轻绳模型和轻杆模型 分析比较如下 圆周运动的临界问题 均是没有支撑的小球 均是有支撑的小球 取竖直向下为正向 取竖直向下为正向 1 如图4 3 1所示 汽车车厢顶部悬挂一个轻质弹簧 弹簧下端拴一个质量为m的小球 当汽车以某一速率在水平地面上匀速行驶时弹簧长度为l1 当汽车以同一速度匀速率通过一个桥面为圆弧形凸形桥的最高点时 弹簧长度为l2 下列答案中正确的是 a l1 l2b l1 l2c l1 l2d 前三种情况均有可能答案 b 2 图4 3 2如图4 3 2所示 汽车质量为1 5 104kg 以不变的速度先后驶过凹形路面和凸形路面 路面圆弧半径均为15m 如果路面承受到最大压力不得超过2 0 105n 汽车允许的最大速率是多少 g 10m s2 解析 大家首先要搞清楚在什么地方对地面的压力最大 通过分析可知道 汽车经过凹形路面的最低点时 汽车对路面的压力最大 当汽车经过凹形路面的最低点时 设路面支持力为 由牛顿第二定律有 mg 要求fn 2 0 105n 解得允许的最大速率vm 7 07m s 由上面的分析可知 汽车经过凸形路面顶点时对路面的压力最小 设路面支持力为 由mg 解得 1 0 105n 2 0 105n 答案 7 07m s 例1 长l 0 5m质量可忽略的细杆 其一端可绕o点在竖直平面内转动 另一端固定着一个物体a a的质量为m 2kg 当a通过最高点时 如图4 3 3所示 求在下列两种情况下杆对小球的力 1 a在最低点的速率为m s 2 a在最低点的速度为6m s 图4 3 3 解析 对物体a由最低点到最高点过程 机械能守恒 即 假设细杆对a的弹力f向下 则a的受力图如右图所示 以a为研究对象 在最高点有mg f 所以f 1 当v0 m s时 由 式得v 1m s f 2 10 n 16n 负值说明f的实际方向与假设向下的方向相反 即杆给a向上的16n的支撑力 2 当v0 6m s时 由 式得v 4m s f 2 10 n 44n正值说明杆对a施加的是向下的44n的拉力 答案 1 16n向上 2 44n向下 在例1中若把细杆换成细绳 则在 1 2 两种情况下小球能通过最高点吗 若能 此时细绳对小球的拉力为多少 答案 1 v0 m s时不能 2 v0 6m s时能44n 由于两种模型过最高点的临界条件不同 所以在分析问题时首先明确是哪种模型 然后再利用条件讨论 1 1 2010 重庆质检 2008年北京奥运会上一位质量为60kg的体操运动员 单臂大回环 用一只手抓住单杠 伸展身体 以单杠为轴做圆周运动 如图4 3 4所示 此过程中 运动员到达最低点时手臂受的拉力至少约为 忽略空气阻力 g 10m s2 a 600nb 2400nc 3000nd 3600n 图4 3 4 解析 运动员达最低点时受力满足f mg v最小时f最小 所以有mg 2r mv2 所以f 5mg 3000n 答案 c 例2 用一根细绳 一端系住一个质量为m的小球 另一端悬在光滑水平桌面上方h处 绳长l大于h 使小球在桌面上做匀速圆周运动 求若使小球不离开桌面 其转速最大值是 a b c d 解析 以小球为研究对象 小球受三个力的作用 重力g 水平面支持力fn 绳子拉力f 在竖直方向合力为零 在水平方向合力为所需向心力 绳与竖直方向夹角为 则r htan fcos fn mgfsin m 2r m4 2n2htan 当球即将离开水平面时fn 0 转速n有最大值 即mg nmax 答案 a 2 1图4 3 5如图4 3 5所示 物块在水平圆盘上 与圆盘一起绕固定轴飞速转动 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 解析 对物块受力分析可知 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f m