2019版高考物理總復習 第四章 曲線運動 萬有引力與航天 基礎(chǔ)課3 圓周運動課件.ppt

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基礎(chǔ)課3圓周運動 勻速圓周運動 1 定義 做圓周運動的物體 若在相等的時間內(nèi)通過的圓弧長 就是勻速圓周運動 2 特點 加速度大小 方向始終指向 是變加速運動 3 條件 合外力大小 方向始終與方向垂直且指向圓心 知識排查 相等 不變 圓心 不變 速度 角速度 線速度 向心加速度 2r 勻速圓周運動的向心力 方向 大小 m 2r 圓心 合力 分力 1 定義 做的物體 在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需的情況下 就做逐漸遠離圓心的運動 離心現(xiàn)象 圓周運動 向心力 1 思考判斷 1 做勻速圓周運動的物體所受合外力是保持不變的 2 做勻速圓周運動的物體向心加速度與半徑成反比 3 隨圓盤一起勻速轉(zhuǎn)動的物體受重力 支持力和向心力的作用 4 做圓周運動的物體所受合外力突然消失 物體將沿圓周切線方向做勻速直線運動 答案 1 2 3 4 小題速練 A A點與C點的角速度大小相等B A點與C點的線速度大小相等C B點與C點的角速度大小之比為2 1D B點與C點的向心加速度大小之比為1 4 圖1 答案BD 3 人教版必修2 P25 T2拓展 多選 如圖2所示 兩個圓錐內(nèi)壁光滑 豎直放置在同一水平面上 圓錐母線與豎直方向夾角分別為30 和60 有A B兩個質(zhì)量相同的小球在兩圓錐內(nèi)壁等高處做勻速圓周運動 下列說法正確的是 圖2 答案CD 圓周運動的運動學問題 1 2017 浙江臺州模擬 汽車后備箱蓋一般都配有可伸縮的液壓桿 如圖3甲所示 其示意圖如同乙所示 可伸縮液壓桿上端固定于后蓋上A點 下端固定于箱內(nèi)O 點 B也為后蓋上一點 后蓋可繞過O點的固定鉸鏈轉(zhuǎn)動 在合上后備箱蓋的過程中 圖3 A A點相對O 點做圓周運動B A點與B點相對于O點轉(zhuǎn)動的線速度大小相等C A點與B點相對于O點轉(zhuǎn)動的角速度大小相等D A點與B點相對于O點轉(zhuǎn)動的向心加速度大小相等解析在合上后備箱蓋的過程中 O A的長度是變化的 因此A點相對O 點不是做圓周運動 選項A錯誤 在合上后備箱蓋的過程中 A點與B點都是繞O點做圓周運動 相同的時間繞O點轉(zhuǎn)過的角度相同 即A點與B點相對O點的角速度相等 但是OB大于OA 根據(jù)v r 所以B點相對于O點轉(zhuǎn)動的線速度大 故選項B錯誤 C正確 根據(jù)向心加速度公式a r 2可知 B點相對O點的向心加速度大于A點相對O點的向心加速度 故選項D錯誤 答案C 2 如圖4所示 B和C是一組塔輪 即B和C半徑不同 但固定在同一轉(zhuǎn)動軸上 其半徑之比為RB RC 3 2 A輪的半徑大小與C輪相同 它與B輪緊靠在一起 當A輪繞過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動時 由于摩擦作用 B輪也隨之無相對滑動地轉(zhuǎn)動起來 a b c分別為三輪邊緣的三個點 則a b c三點在轉(zhuǎn)動過程中的 圖4 A 線速度大小之比為3 2 2B 角速度之比為3 3 2C 轉(zhuǎn)速之比為2 3 2D 向心加速度大小之比為9 6 4 答案D 3 人教版必修2 P19 T4改編 圖5是自行車傳動裝置的示意圖 其中 是半徑為r1的大齒輪 是半徑為r2的小齒輪 是半徑為r3的后輪 假設(shè)腳踏板的轉(zhuǎn)速為nr s 則自行車前進的速度為 答案D 圖5 常見的三種傳動方式及特點 1 同軸傳動 如圖甲 乙所示 繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的物體 角速度相同 A B 由v r知v與r成正比 2 皮帶傳動 如圖甲 乙所示 皮帶與兩輪之間無相對滑動時 兩輪邊緣線速度大小相等 即vA vB 3 摩擦傳動 如圖所示 兩輪邊緣接觸 接觸點無打滑現(xiàn)象時 兩輪邊緣線速度大小相等 即vA vB 圓周運動中的動力學問題 1 向心力的來源 1 向心力的方向沿半徑指向圓心 2 向心力來源 一個力或幾個力的合力或某個力的分力 2 向心力的確定 1 確定圓周運動的軌道所在的平面 確定圓心的位置 2 分析物體的受力情況 找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力就是向心力 答案B 圖6 答案C 3 如圖7所示 用一根細繩一端系一個小球 另一端固定 給小球不同的初速度 使小球在水平面內(nèi)做角速度不同的圓周運動 則下列細繩拉力F 懸點到軌跡圓心高度h 向心加速度a 線速度v與角速度平方 2的關(guān)系圖象正確的是 圖7 答案A 4 人教版必修2 P26 T4拓展 多選 在光滑水平桌面中央固定一邊長為0 3m的小正三棱柱abc 俯視圖如圖8所示 長度為L 1m的細線 一端固定在a點 另一端拴住一個質(zhì)量為m 0 5kg 不計大小的小球 初始時刻 把細線拉直在ca的延長線上 并給小球以v0 2m s且垂直于細線方向的水平速度 由于光滑三棱柱的存在 細線逐漸纏繞在三棱柱上 不計細線與三棱柱碰撞過程中的能量損失 已知細線所能承受的最大張力為7N 則下列說法正確的是 圖8 A 細線斷裂之前 小球速度的大小保持不變B 細線斷裂之前 小球的速度逐漸減小C 細線斷裂之前 小球運動的總時間為0 7 sD 細線斷裂之前 小球運動的位移大小為0 9m 答案ACD 一 二 三 四 求解圓周運動問題 1 運動特點 1 豎直面內(nèi)的圓周運動一般是變速圓周運動 2 只有重力做功的豎直面內(nèi)的變速圓周運動機械能守恒 3 豎直面內(nèi)的圓周運動問題 涉及知識面比較廣 既有臨界問題 又有能量守恒的問題 要注意物體運動到圓周的最高點的速度 4 一般情況下 豎直面內(nèi)的圓周運動問題只涉及最高點和最低點的兩種情形 豎直面內(nèi)圓周運動中的臨界問題 2 常見模型 典例 2016 海南高考 如圖9 光滑圓軌道固定在豎直面內(nèi) 一質(zhì)量為m的小球沿軌道做完整的圓周運動 已知小球在最低點時對軌道的壓力大小為N1 在最高點時對軌道的壓力大小為N2 重力加速度大小為g 則N1 N2的值為 A 3mgB 4mgC 5mgD 6mg 圖9 解析設(shè)小球在最低點速度為v1 在最高點速度為v2 同時從最高點到最低點 根據(jù)機械能守恒定律得 聯(lián)立以上三式可得N1 N2 6mg 故選項D正確 答案D 分析豎直平面內(nèi)圓周運動臨界問題的思路 1 2017 遼寧鐵嶺聯(lián)考 飛機由俯沖到拉起時 飛行員處于超重狀態(tài) 此時座椅對飛行員的支持力大于飛行員所受的重力 這種現(xiàn)象叫過荷 過荷過重會造成飛行員四肢沉重 大腦缺血 暫時失明 甚至昏厥 受過專門訓練的空軍飛行員最多可承受9倍重力的影響 g取10m s2 則當飛機在豎直平面上沿圓弧軌道俯沖 拉起的速度為100m s時 圓弧軌道的最小半徑為 A 100mB 111mC 125mD 250m 圖10 答案C 2 2017 山東青島期末 多選 如圖11所示 內(nèi)壁光滑的大圓管 用一細輕桿固定在豎直平面內(nèi) 在管內(nèi)有一小球 可視為質(zhì)點 做圓周運動 下列說法正確的是 A 小球通過最低點時 小球?qū)A管的壓力向下B 小球通過最高點時 小球?qū)A管可能無壓力C 細桿對圓管的作用力一定大于圓管的重力大小D 細桿對圓管的作用力可能會大于圓管和小球的總重力大小 圖11 答案ABD 3 2017 江蘇單科 5 如圖12所示 一小物塊被夾子夾緊 夾子通過輕繩懸掛在小環(huán)上 小環(huán)套在水平光滑細桿上 物塊質(zhì)量為M 到小環(huán)的距離為L 其兩側(cè)面與夾子間的最大靜摩擦力均為F 小環(huán)和物塊以速度v向右勻速運動 小環(huán)碰到桿上的釘子P后立刻停止 物塊向上擺動 整個過程中 物塊在夾子中沒有滑動 小環(huán)和夾子的質(zhì)量均不計 重力加速度為g 下列說法正確的是 圖12 答案D 豎直面內(nèi)圓周運動模型的應(yīng)用 題源 人教版必修2 P30 T4 質(zhì)量為25kg的小孩坐在秋千板上 小孩離系繩子的橫梁2 5m 如果秋千板擺到最低點時 小孩運動速度的大小是5m s 她對秋千板的壓力是多大 拓展1在上題中若把小孩換成雜技演員 且讓演員能在豎直面內(nèi)做圓周運動 其他條件不變 演員在最低點時的速度至少為 空氣阻力不計 g 10m s2 答案C 解析若演員在豎直面內(nèi)剛好做圓周運動 則滿足 演員從最低點運動到最高點過程中 滿足機械能守恒定律 1 求小球在B A兩點的動能之比 2 通過計算判斷小球能否沿軌道運動到C點 圖13 解析 1 設(shè)小球的質(zhì)量為m 小球在A點的動能為EkA 由機械能守恒得 設(shè)小球在B點的動能為EkB 同理有 2 若小球能沿軌道運動到C點 小球在C點所受軌道的正壓力FN應(yīng)滿足FN 0 設(shè)小球在C點的速度大小為vC 由牛頓運動定律和向心加速度公式有 由 式可知 vC vC 即小球恰好可以沿軌道運動到C點 答案 1 5 1 2 能 理由見解析