高考物理沖刺專(zhuān)題復(fù)習(xí)課件第五章 第五講 圓周運(yùn)動(dòng)及應(yīng)用

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及其相互關(guān)系描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量主要有線速度 角速度 周期 轉(zhuǎn)速 向心加速度 向心力等 現(xiàn)比較如下表 相切 快慢 圈數(shù) 轉(zhuǎn)動(dòng)快慢 方向 方向 圓心 圓心 大小 二 勻速圓周運(yùn)動(dòng)與非勻速圓周運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)具體比較如下表 三 離心運(yùn)動(dòng)和近心運(yùn)動(dòng)1 離心運(yùn)動(dòng) 1 本質(zhì) 離心現(xiàn)象是慣性的表現(xiàn) 離心運(yùn)動(dòng)并非沿半徑方向飛出的運(yùn)動(dòng) 而是運(yùn)動(dòng)的半徑變大 或沿切線方向飛出 離心運(yùn)動(dòng)并不是受到什么離心力的作用 2 受力特點(diǎn) 當(dāng)F 時(shí) 物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)F 0時(shí) 物體沿飛出 當(dāng)F mr 2時(shí) 物體逐漸遠(yuǎn)圖4 3 1離圓心 F為實(shí)際提供的向心力 如圖4 3 1所示 mr 2 切線 2 向心運(yùn)動(dòng)當(dāng)提供向心力的合外力大于做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力時(shí) 即Fmr 2 物體漸漸向圓心運(yùn)動(dòng) 如圖4 3 1所示 特別提醒 物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由力決定的 物體做離心運(yùn)動(dòng)還是近心運(yùn)動(dòng) 關(guān)鍵是看提供的向心力和所需向心力的大小關(guān)系 1 如圖4 3 2為一種早期的自行車(chē) 這種不帶鏈條傳動(dòng)的自行車(chē)前輪的直徑很大 這樣的設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)主要是為了 圖4 3 2 A 提高速度B 提高穩(wěn)定性C 騎行方便D 減小阻力 解析 人蹬自行車(chē)的角速度與自行車(chē)前輪相同 根據(jù)v r 前輪的半徑很大 其線速度也很大 可以提高自行車(chē)前進(jìn)的速度 選項(xiàng)A正確 答案 A 2 如圖4 3 3為質(zhì)點(diǎn)P Q做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度隨半徑變化的圖線 表示質(zhì)點(diǎn)P的圖線是雙曲線 表示質(zhì)點(diǎn)Q的圖線是過(guò)原點(diǎn)的一條直線 由圖線可知 圖4 3 3A 質(zhì)點(diǎn)P的線速度大小不變B 質(zhì)點(diǎn)P的角速度大小不變C 質(zhì)點(diǎn)Q的角速度隨半徑變化D 質(zhì)點(diǎn)Q的線速度大小不變 答案 A 3 關(guān)于向心力的說(shuō)法中正確的是 A 物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了一個(gè)指向圓心的力就是向心力B 向心力不能改變做圓周運(yùn)動(dòng)物體的速度大小C 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 其向心力是不變的D 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 其所受外力的合力的方向一定指向圓心 解析 向心力時(shí)刻指向圓心 其方向一定是改變的 C錯(cuò)誤 因向心力與速度方向垂直 故向心力不改變物體速度的大小 B正確 只有做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 其合外力才始終指向圓心 D錯(cuò)誤 物體因受到指向圓心的力而做圓周運(yùn)動(dòng) A錯(cuò)誤 答案 B 4 如圖4 3 4所示 一小球用細(xì)繩懸掛于O點(diǎn) 將其拉離豎直位置一個(gè)角度后釋放 則小球以O(shè)點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)中小球所需向心力是 A 繩的拉力圖4 3 4B 重力和繩拉力的合力C 重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力D 重力沿繩方向的分力 解析 分析向心力來(lái)源時(shí)就沿著半徑方向求合力即可 注意作出正確的受力分析圖 如圖所示 對(duì)小球進(jìn)行受力分析 它受到重力和繩子的拉力作用 向心力是指向圓心方向的合力 因此 它可以是小球所受合力沿繩方向的分力 也可以是各力沿繩方向的分力的合力 答案 C 5 下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是 A 當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象B 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 當(dāng)它所受的一切力都消失時(shí) 它將做背離圓心的圓周運(yùn)動(dòng)C 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí) 它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)D 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí) 它將做曲線運(yùn)動(dòng) 解析 物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 合外力必須滿足物體所需要的向心力F m 2r 若F 0 物體由于慣性而沿切線飛出 若F m 2r 物體由于慣性而遠(yuǎn)離圓心 并不是受到離心力作用 所以A B D均錯(cuò) C正確 答案 C 6 如圖4 3 5所示 在傾角為 30 的光滑斜面上 有一根長(zhǎng)為L(zhǎng) 0 8m的細(xì)繩 一端固定在O點(diǎn) 另一端系一質(zhì)量為m 0 2kg的小球 小圖4 3 5球沿斜面做圓周運(yùn)動(dòng) 試計(jì)算 g 10m s2 1 小球通過(guò)最高點(diǎn)A的最小速度 2 若細(xì)繩的抗拉力為Fmax 10N 小球在最低點(diǎn)B的最大速度是多少 答案 1 2m s 2 6m s 典例啟迪 例1 2011 桂林質(zhì)檢 某種變速自行車(chē) 有六個(gè)飛輪和三個(gè)鏈輪 如圖4 3 6所示 鏈輪和飛輪的齒數(shù)如下表所示 前 后輪直徑約為660mm 人騎該種自行車(chē)行進(jìn)速度為4m s時(shí) 腳踩踏板做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度最小值約為 A 1 9rad sB 3 8rad sC 6 5rad sD 7 1rad s 圖4 3 6 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)把握好以下幾個(gè)關(guān)系 1 后輪與飛輪的角速度相等 2 鏈輪與飛輪邊緣線速度相等 3 當(dāng)飛輪齒數(shù)取最小值 鏈輪齒數(shù)取最大值時(shí) 腳踏板的角速度有最小值 答案 B 歸納領(lǐng)悟 兩種常見(jiàn)的傳動(dòng)裝置特點(diǎn) 1 同軸傳動(dòng) 固定在一起共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體上各點(diǎn)角速度相同 2 皮帶傳動(dòng) 不打滑的摩擦傳動(dòng)和皮帶 或齒輪 傳動(dòng)的兩輪邊緣上相接觸各點(diǎn)線速度大小相等 題組突破 1 如圖4 3 7所示 靠摩擦傳動(dòng)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的大 小兩輪接觸面互不打滑 大輪半徑是小輪半徑的2倍 A B分別為大 小輪邊緣上的點(diǎn) C為大輪上一條半徑的中點(diǎn) 則 圖4 3 7 A 兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相等B 大輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是小輪的2倍C 質(zhì)點(diǎn)加速度aA 2aBD 質(zhì)點(diǎn)加速度aB 4aC 答案 D 2 如圖4 3 8所示為某一皮帶傳動(dòng)裝置 主動(dòng)輪的半徑為r1 從動(dòng)輪的半徑為r2 已知主動(dòng)輪做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)速為n 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中皮帶不打滑 下列說(shuō)法正確的是 圖4 3 8 答案 B 典例啟迪 例2 某橋面設(shè)計(jì)行車(chē)速度每小時(shí)100公里 假設(shè)一輛質(zhì)量m 2 0t的小轎車(chē) 駛過(guò)半徑R 90m的一段圓弧形橋面 重力加速度g 10m s2 求 1 若橋面為凹形 小轎車(chē)以20m s的速度通過(guò)橋面最低點(diǎn)時(shí) 對(duì)橋面壓力是多大 2 若橋面為凸形 小轎車(chē)以10m s的速度通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí) 對(duì)橋面壓力是多大 3 小轎車(chē)以多大速度通過(guò)凸形橋面頂點(diǎn)時(shí) 對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力 思路點(diǎn)撥 分析小轎車(chē)所在處轎車(chē)的受力情況 根據(jù)沿半徑方向的合外力提供向心力列式求解 再應(yīng)用牛頓第三定律求出小轎車(chē)對(duì)橋面的壓力 答案 1 2 89 104N 2 1 78 104N 3 30m s 歸納領(lǐng)悟 輕繩 輕桿 兩種模型比較 題組突破 3 如圖4 3 9所示 在雙人花樣滑冰運(yùn)動(dòng)中 有時(shí)會(huì)看到被男運(yùn)動(dòng)員拉著的女運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)地面在空中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的精彩場(chǎng)面 目測(cè)體重為G的女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí)和水平冰面圖4 3 9的夾角約為30 重力加速度為g 估算該女運(yùn)動(dòng)員 答案 B 4 在高速公路的拐彎處 通常路面都是外高內(nèi)低 如圖4 3 10所示 在某路段汽車(chē)向左拐彎 司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些 汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)可看成是做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng) 設(shè)內(nèi)外路面高度差為h 路基的水平寬度為d 路面的寬度為L(zhǎng) 已知重力加速度為g 要使車(chē)輪與路面之間的橫向摩擦力 即垂直于前進(jìn)方向 等于零 則汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的車(chē)速應(yīng)等于 答案 B 5 如圖4 3 11所示 小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 內(nèi)側(cè)壁半徑為R 小球半徑為r 則下列說(shuō)法正確的是 圖4 3 11 答案 C 典例啟迪 例3 如圖4 3 12所示 在光滑的圓錐體頂端用長(zhǎng)為l的細(xì)線懸掛一質(zhì)量為m的小球 圓錐體固定在水平面上不動(dòng) 其軸線沿豎直方向 母線與軸線之間的夾角為30 小球以速率v繞圖4 3 12圓錐體軸線在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 思路點(diǎn)撥 當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率v足夠大時(shí) 小球有可能脫離圓錐體表面 因此應(yīng)當(dāng)求出臨界速度 然后對(duì) 1 2 問(wèn)中的速度下小球的運(yùn)動(dòng)情況做出判斷 答案 1 1 03mg 2 2mg 歸納領(lǐng)悟 1 先確定臨界值v0 再對(duì)v1 v2所對(duì)應(yīng)的情況做出判斷 可以減少解題的盲目性 少走彎路 2 當(dāng)小球與圓錐面脫離后 線與豎直方向的夾角發(fā)生了變化 應(yīng)重新設(shè)角度 題組突破 6 2011 蕪湖模擬 如圖4 3 13所示 物塊在水平圓盤(pán)上 與圓盤(pán)一起繞固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 下列說(shuō)法中正確的是 A 物塊處于平衡狀態(tài)圖4 3 13B 物塊受三個(gè)力作用C 在角速度一定時(shí) 物塊到轉(zhuǎn)軸的距離越遠(yuǎn) 物塊越不容易脫離圓盤(pán)D 在物塊到轉(zhuǎn)軸距離一定時(shí) 物塊運(yùn)動(dòng)周期越小 越不容易脫離圓盤(pán) 答案 B 7 如圖4 3 14所示 用細(xì)繩一端系著的質(zhì)量為M 0 6kg的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤(pán)上 細(xì)繩另一端通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)中心的光滑小孔O吊著質(zhì)量為m 0 3kg的小球B A的重心到O點(diǎn)的距離為0 2m 若A與轉(zhuǎn)盤(pán)間的最大靜摩擦力為Ff 2N 為使小球B圖4 3 14保持靜止 求轉(zhuǎn)盤(pán)繞中心O旋轉(zhuǎn)的角速度 的取值范圍 取g 10m s2 解析 要使B靜止 A必須相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)靜止 具有與轉(zhuǎn)盤(pán)相同的角速度 A需要的向心力由繩的拉力和靜摩擦力合成 角速度取最大值時(shí) A有離心趨勢(shì) 靜摩擦力指向圓心O 角速度取最小值時(shí) A有向心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 靜摩擦力背離圓心O 對(duì)于B FT mg 對(duì)于A FT Ff Mr 12或FT Ff Mr 22 解得 1 6 5rad s 2 2 9rad s所以2 9rad s 6 5rad s 答案 2 9rad s 6 5rad s 12分 一內(nèi)壁光滑的環(huán)形圓管位于豎直平面內(nèi) 環(huán)的半徑為R 比圓管的半徑大得多 圓管中有兩個(gè)直徑與圓管內(nèi)徑相同的小球A B 可視為質(zhì)點(diǎn) 已知A球的質(zhì)量為m1 B球的質(zhì)量為m2 它們沿環(huán)形圓管順時(shí)針運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度都為v0 設(shè)A球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí) B球恰好運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn) 若要此時(shí)兩球作用于圓管的合力為零 那么m1 m2 R與v0應(yīng)滿足什么關(guān)系 自主嘗試 試一試 能否做到正確解答 點(diǎn)擊下圖進(jìn)入 創(chuàng)新演練 大沖關(guān) 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全