高考物理总复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 基础课3 圆周运动课件.ppt

基础课3圆周运动 匀速圆周运动 1 定义 做圆周运动的物体 若在相等的时间内通过的圆弧长 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且指向圆心 知识排查 相等 不变 圆心 不变 速度 角速度 线速度 向心加速度 2r 匀速圆周运动的向心力 方向 大小 m 2r 圆心 合力 分力 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所需的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 离心现象 圆周运动 向心力 1 思考判断 1 做匀速圆周运动的物体所受合外力是保持不变的 2 做匀速圆周运动的物体向心加速度与半径成反比 3 随圆盘一起匀速转动的物体受重力 支持力和向心力的作用 4 做圆周运动的物体所受合外力突然消失 物体将沿圆周切线方向做匀速直线运动 答案 1 2 3 4 小题速练 a a点与c点的角速度大小相等b a点与c点的线速度大小相等c b点与c点的角速度大小之比为2 1d b点与c点的向心加速度大小之比为1 4 图1 答案bd 3 人教版必修2 p25 t2拓展 多选 如图2所示 两个圆锥内壁光滑 竖直放置在同一水平面上 圆锥母线与竖直方向夹角分别为30 和60 有a b两个质量相同的小球在两圆锥内壁等高处做匀速圆周运动 下列说法正确的是 图2 答案cd 圆周运动的运动学问题 1 2017 浙江台州模拟 汽车后备箱盖一般都配有可伸缩的液压杆 如图3甲所示 其示意图如同乙所示 可伸缩液压杆上端固定于后盖上a点 下端固定于箱内o 点 b也为后盖上一点 后盖可绕过o点的固定铰链转动 在合上后备箱盖的过程中 图3 a a点相对o 点做圆周运动b a点与b点相对于o点转动的线速度大小相等c a点与b点相对于o点转动的角速度大小相等d a点与b点相对于o点转动的向心加速度大小相等解析在合上后备箱盖的过程中 o a的长度是变化的 因此a点相对o 点不是做圆周运动 选项a错误 在合上后备箱盖的过程中 a点与b点都是绕o点做圆周运动 相同的时间绕o点转过的角度相同 即a点与b点相对o点的角速度相等 但是ob大于oa 根据v r 所以b点相对于o点转动的线速度大 故选项b错误 c正确 根据向心加速度公式a r 2可知 b点相对o点的向心加速度大于a点相对o点的向心加速度 故选项d错误 答案c 2 如图4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轮也随之无相对滑动地转动起来 a b c分别为三轮边缘的三个点 则a b c三点在转动过程中的 图4 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 答案d 3 人教版必修2 p19 t4改编 图5是自行车传动装置的示意图 其中 是半径为r1的大齿轮 是半径为r2的小齿轮 是半径为r3的后轮 假设脚踏板的转速为nr s 则自行车前进的速度为 答案d 图5 常见的三种传动方式及特点 1 同轴传动 如图甲 乙所示 绕同一转轴转动的物体 角速度相同 a b 由v r知v与r成正比 2 皮带传动 如图甲 乙所示 皮带与两轮之间无相对滑动时 两轮边缘线速度大小相等 即va vb 3 摩擦传动 如图所示 两轮边缘接触 接触点无打滑现象时 两轮边缘线速度大小相等 即va vb 圆周运动中的动力学问题 1 向心力的来源 1 向心力的方向沿半径指向圆心 2 向心力来源 一个力或几个力的合力或某个力的分力 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 答案b 图6 答案c 3 如图7所示 用一根细绳一端系一个小球 另一端固定 给小球不同的初速度 使小球在水平面内做角速度不同的圆周运动 则下列细绳拉力f 悬点到轨迹圆心高度h 向心加速度a 线速度v与角速度平方 2的关系图象正确的是 图7 答案a 4 人教版必修2 p26 t4拓展 多选 在光滑水平桌面中央固定一边长为0 3m的小正三棱柱abc 俯视图如图8所示 长度为l 1m的细线 一端固定在a点 另一端拴住一个质量为m 0 5kg 不计大小的小球 初始时刻 把细线拉直在ca的延长线上 并给小球以v0 2m s且垂直于细线方向的水平速度 由于光滑三棱柱的存在 细线逐渐缠绕在三棱柱上 不计细线与三棱柱碰撞过程中的能量损失 已知细线所能承受的最大张力为7n 则下列说法正确的是 图8 a 细线断裂之前 小球速度的大小保持不变b 细线断裂之前 小球的速度逐渐减小c 细线断裂之前 小球运动的总时间为0 7 sd 细线断裂之前 小球运动的位移大小为0 9m 答案acd 一 二 三 四 求解圆周运动问题 1 运动特点 1 竖直面内的圆周运动一般是变速圆周运动 2 只有重力做功的竖直面内的变速圆周运动机械能守恒 3 竖直面内的圆周运动问题 涉及知识面比较广 既有临界问题 又有能量守恒的问题 要注意物体运动到圆周的最高点的速度 4 一般情况下 竖直面内的圆周运动问题只涉及最高点和最低点的两种情形 竖直面内圆周运动中的临界问题 2 常见模型 典例 2016 海南高考 如图9 光滑圆轨道固定在竖直面内 一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动 已知小球在最低点时对轨道的压力大小为n1 在最高点时对轨道的压力大小为n2 重力加速度大小为g 则n1 n2的值为 a 3mgb 4mgc 5mgd 6mg 图9 解析设小球在最低点速度为v1 在最高点速度为v2 同时从最高点到最低点 根据机械能守恒定律得 联立以上三式可得n1 n2 6mg 故选项d正确 答案d 分析竖直平面内圆周运动临界问题的思路 1 2017 辽宁铁岭联考 飞机由俯冲到拉起时 飞行员处于超重状态 此时座椅对飞行员的支持力大于飞行员所受的重力 这种现象叫过荷 过荷过重会造成飞行员四肢沉重 大脑缺血 暂时失明 甚至昏厥 受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力的影响 g取10m s2 则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲 拉起的速度为100m s时 圆弧轨道的最小半径为 a 100mb 111mc 125md 250m 图10 答案c 2 2017 山东青岛期末 多选 如图11所示 内壁光滑的大圆管 用一细轻杆固定在竖直平面内 在管内有一小球 可视为质点 做圆周运动 下列说法正确的是 a 小球通过最低点时 小球对圆管的压力向下b 小球通过最高点时 小球对圆管可能无压力c 细杆对圆管的作用力一定大于圆管的重力大小d 细杆对圆管的作用力可能会大于圆管和小球的总重力大小 图11 答案abd 3 2017 江苏单科 5 如图12所示 一小物块被夹子夹紧 夹子通过轻绳悬挂在小环上 小环套在水平光滑细杆上 物块质量为m 到小环的距离为l 其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为f 小环和物块以速度v向右匀速运动 小环碰到杆上的钉子p后立刻停止 物块向上摆动 整个过程中 物块在夹子中没有滑动 小环和夹子的质量均不计 重力加速度为g 下列说法正确的是 图12 答案d 竖直面内圆周运动模型的应用 题源 人教版必修2 p30 t4 质量为25kg的小孩坐在秋千板上 小孩离系绳子的横梁2 5m 如果秋千板摆到最低点时 小孩运动速度的大小是5m s 她对秋千板的压力是多大 拓展1在上题中若把小孩换成杂技演员 且让演员能在竖直面内做圆周运动 其他条件不变 演员在最低点时的速度至少为 空气阻力不计 g 10m s2 答案c 解析若演员在竖直面内刚好做圆周运动 则满足 演员从最低点运动到最高点过程中 满足机械能守恒定律 1 求小球在b a两点的动能之比 2 通过计算判断小球能否沿轨道运动到c点 图