高考物理大二輪總復習與增分策略 專題六 圓周運動 萬有引力定律課件.ppt

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專題六 圓周運動 萬有引力定律,考點基礎自清,考點互動探究,內(nèi)容索引,考點基礎自清,一、描述圓周運動的物理量 1.線速度：描述物體圓周運動快慢的物理量.,答案,2.角速度：描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動快慢的物理量.,3.周期和頻率：描述物體繞圓心 的物理量.,轉(zhuǎn)動快慢,答案,4.向心加速度：描述 變化快慢的物理量.,速度方向,v,r2,2rf,r,6.常見的三種傳動方式及特點 (1)皮帶傳動：如圖1中甲、乙所示，皮帶和兩輪之間無相對滑動時，兩輪邊緣線速度大小相等，即vAvB. (2)摩擦傳動：如圖丙所示，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vAvB. (3)同軸傳動：如圖丁所示，兩輪固定在一起繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，兩輪轉(zhuǎn)動的角速度大小相等，即AB.,圖1,答案,二、勻速圓周運動的向心力 1.作用效果：產(chǎn)生向心加速度，只改變線速度的 ，不改變線速度的 .,方向,大小,3.方向：始終沿半徑方向指向 . 4.來源：向心力可以由一個力提供，也可以由幾個力的 提供，還可以由一個力的 提供.,圓心,合力,分力,答案,三、離心現(xiàn)象 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，所做的沿切線飛出或逐漸遠離圓心的運動現(xiàn)象. 2.受力特點(如圖2所示),圓周運動,向心力,圖2,(1)當Fnm2r時，物體做 運動. (2)當Fn0時，物體沿 方向飛出. (3)當Fnm2r時，物體將逐漸 圓心，做近心運動.,勻速圓周,切線,遠離,靠近,答案,四、萬有引力定律 1.內(nèi)容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成 ，與它們之間距離r的平方成 .,3.適用條件 (1)公式適用于 間的相互作用.當兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時，物體可視為質(zhì)點. (2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點，r是 的距離.,正比,反比,質(zhì)點,兩球心間,答案,五、環(huán)繞速度 1.三個宇宙速度 (1)第一宇宙速度 v1 km/s，衛(wèi)星在 繞地球做勻速圓周運動的速度，又稱環(huán)繞速度. (2)第二宇宙速度 v2 km/s，使衛(wèi)星掙脫 引力束縛的最小地面發(fā)射速度，又稱脫離速度. (3)第三宇宙速度 v3 km/s，使衛(wèi)星掙脫 引力束縛的 地面發(fā)射速度，也叫逃逸速度.,地球表面附近,7.9,11.2,地球,16.7,太陽,最小,答案,第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度，也是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，此時它的運行周期最短，Tmin2 5 075 s85 min.,1.(2013浙江6月學考)如圖3所示，小強正在蕩秋千.關(guān)于繩上a點和b點的線速度和角速度，下列關(guān)系正確的是( ) A.vavb B.vavb C.ab D.ab,解析,1,2,3,4,5,學考通關(guān)練,解析 繩子繞O點轉(zhuǎn)動，a、b兩點角速度相等，ab，D錯，C對. 因rava，A、B均錯.,圖2,2.如圖4所示，質(zhì)量為m的木塊從半徑為R的半球形碗口下滑到碗的最低點的過程中，如果由于摩擦力的作用使木塊的速率不變，那么( ) A.加速度為零 B.加速度恒定 C.加速度大小不變，方向時刻改變，但不一定指向圓心 D.加速度大小不變，方向時刻指向圓心,1,2,3,4,5,解析,解析 木塊做的是勻速圓周運動，加速度大小不變，但方向時刻指向圓心，加速度時刻改變，故選項A、B、C錯誤，D正確.,圖4,3.(2016諸暨市期末)如圖5所示，拱形橋的半徑為40 m，質(zhì)量為1.0103 kg的汽車行駛到橋頂時的速度為10 m/s，假設重力加速度為10 m/s2，則此時汽車對橋的壓力為( ) A.1.0104 N B.7.5103 N C.5.0103 N D.2.5103 N,解析,1,2,3,4,5,解析 對汽車由牛頓第二定律得mgFNm 得FN7.5103 N， 又由牛頓第三定律知汽車對轎的壓力也為7.5103 N.,圖5,4.如圖6所示為某行星繞太陽運行的橢圓軌道，其中F1和F2是橢圓軌道的兩個焦點，已知該行星在A點的速率比在B點的大，則太陽是位于下列哪一位置( ) A.F1 B.F2 C.O D.在F1與F2之間,解析,1,2,3,4,5,解析 vAvB，由開普勒定律知，太陽處于橢圓軌道的焦點F1處.,圖6,5.2013年6月11日17時38分，“神舟十號”飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，航天員王亞平進行了首次太空授課.在飛船進入圓形軌道環(huán)繞地球飛行時，它的線速度大小( ) A.等于7.9 km/s B.介于7.9 km/s和11.2 km/s之間 C.小于7.9 km/s D.介于7.9 km/s和16.7 km/s之間,解析,1,2,3,4,5,返回,考點互動探究,1.向心力的來源 向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是幾個力的合力或某個力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一個向心力. 2.向心力的確定 (1)先確定圓周運動的軌道所在的平面，確定圓心的位置. (2)再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.,3.解決圓周運動問題的主要步驟 (1)審清題意，確定研究對象；明確物體做圓周運動的平面是至關(guān)重要的一環(huán)； (2)分析物體的運動情況，即物體的線速度是否變化、軌道平面、圓心位置、半徑大小等； (3)分析物體的受力情況，畫出受力分析圖，確定向心力的來源； (4)根據(jù)牛頓運動定律及向心力公式列方程.,例1 擺式列車是集電腦、自動控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車.當列車轉(zhuǎn)彎時，在電腦控制下，車廂會自動傾斜，抵消離心力的作用；行走在直線上時，車廂又恢復原狀，就像玩具“不倒翁”一樣.假設有一超高速列車在水平面內(nèi)行駛，以360 km/h的速度拐彎，拐彎半徑為1 km，則質(zhì)量為50 kg的乘客，在拐彎過程中所受到的火車給他的作用力為(g取10 m/s2)( ) A.500 N B.1 000 N C.500 N D.0,解析,方法感悟,解決動力學問題的三個分析 (1)幾何關(guān)系的分析：確定圓周運動的圓心、半徑等. (2)運動分析：確定圓周運動的線速度、角速度. (3)受力分析：利用力的合成與分解知識，表示出物體做圓周運動時，外界所提供的向心力.,解析,1.如圖7所示，質(zhì)量相等的a、b兩物體放在圓盤上，到圓心的距離之比是23，圓盤繞圓心做勻速圓周運動，兩物體相對圓盤靜止，a、b兩物體做圓周運動的向心力之比是( ) A.11 B.32 C.23 D.94,解析 a、b隨圓盤轉(zhuǎn)動，角速度相同，由Fnm2r知向心力正比于半徑，C正確.,1,2,3,變式題組,圖7,2.(2016諸暨市調(diào)研)如圖8所示，半徑為r的圓筒，繞豎直中心軸OO旋轉(zhuǎn)，小物塊a靠在圓筒的內(nèi)壁上，它與圓筒內(nèi)壁間的動摩擦因數(shù)為，最大靜摩擦力與滑動摩擦力相同，要使a不下落，則圓筒轉(zhuǎn)動的角速度至少為( ),圖8,1,2,3,解析,3.(多選)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶.如圖9，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當汽車行駛的速率為v時，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢.則在該彎道處( ) A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 B.車速只要低于v，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動 C.車速雖然高于v，但只要不超出某一最高限度， 車輛便不會向外側(cè)滑動 D.當路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，v的值變小,1,2,3,解析,圖9,解析 當汽車行駛的速度為v時，路面對汽車沒有摩擦力，路面對汽車的支持力與汽車重力的合力提供向心力，此時要求路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低，選項A正確. 當速度稍大于v時，汽車有向外側(cè)滑動的趨勢，因而受到向內(nèi)側(cè)的摩擦力，當摩擦力小于最大靜摩擦力時，車輛不會向外側(cè)滑動，選項C正確. 同樣，速度稍小于v時，車輛不會向內(nèi)側(cè)滑動，選項B錯誤. v的大小只與路面的傾斜程度和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，與地面的粗糙程度無關(guān)，D錯誤.,1,2,3,1.在豎直平面內(nèi)做圓周運動的物體，按運動到軌道最高點時的受力情況可分為兩類：一是無支撐(如球與繩連接、沿內(nèi)軌道運動的過山車等)，稱為“繩(環(huán))約束模型”，二是有支撐(如球與桿連接、在彎管內(nèi)的運動等)，稱為“桿(管)約束模型”.,2.繩、桿模型涉及的臨界問題,例2 一輛質(zhì)量m2 t的轎車，駛過半徑R90 m的一段凸形橋面，g取10 m/s2，求： (1)轎車以10 m/s的速度通過橋面最高點時，對橋面的壓力是多大？,解析答案,解析 轎車通過凸形橋面最高點時，受力分析如圖所示,根據(jù)牛頓第三定律，轎車在橋的頂點時對橋面壓力的大小為1.78104 N.,答案 1.78104 N,(2)在最高點對橋面的壓力等于轎車重力的一半時，車的速度大小是多少？,解析答案,解析 對橋面的壓力等于轎車重力的一半時，向心力FnmgFN0.5mg，,技巧點撥,豎直面內(nèi)圓周運動類問題的解題技巧 1.定模型：首先判斷是繩模型還是桿模型，兩種模型過最高點的臨界條件不同. 2.確定臨界點：抓住繩模型中最高點v 及桿模型中v0這兩個臨界條件. 3.研究狀態(tài)：通常情況下豎直平面內(nèi)的圓周運動只涉及最高點和最低點的運動情況. 4.受力分析：對物體在最高點或最低點時進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律列出方程，F(xiàn)合F向. 5.過程分析：應用動能定理或機械能守恒定律將初、末兩個狀態(tài)聯(lián)系起來列方程.,解析,4.如圖10所示，乘坐游樂園的翻滾過山車時，質(zhì)量為m的人隨車在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，下列說法正確的是( ) A.過山車在最高點時人處于倒坐狀態(tài)，全靠保險帶拉住，沒有保險帶，人就會掉下來 B.人在最高點時對座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力 C.人在最低點時對座位的壓力等于mg D.人在最低點時對座位的壓力大于mg,4,5,變式題組,圖10,4,5,解析,4,5,解析,5.(多選)如圖11所示，豎直放置的光滑圓軌道被固定在水平地面上，半徑r0.4 m，最低點處有一小球(半徑比r小很多)，現(xiàn)給小球一水平向右的初速度v0，則要使小球不脫離圓軌道運動，v0應當滿足(取g10 m/s2)( ),4,5,圖11,4,5,1.解決天體(衛(wèi)星)運動問題的基本思路 (1)天體運動的向心力來源于天體之間的萬有引力，即,2.天體質(zhì)量和密度的估算 (1)利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R.,3.衛(wèi)星的各物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律,例3 “嫦娥一號”是我國首次發(fā)射的探月衛(wèi)星，它在距月球表面高度為h的圓形軌道上運行，運行周期為T.已知引力常量為G，月球的半徑為R.利用以上數(shù)據(jù)估算月球質(zhì)量的表達式為( ),解析,規(guī)律總結(jié),應用萬有引力定律時應注意的問題 1.估算天體質(zhì)量和密度時應注意的問題 (1)利用萬有引力提供天體做圓周運動的向心力估算天體質(zhì)量時，估算的只是中心天體的質(zhì)量，并非環(huán)繞天體的質(zhì)量. (2)區(qū)別天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r，只有在天體表面附近的衛(wèi)星才有rR；計算天體密度時，V R3中的R只能是中心天體的半徑. 2.運動參量an、v、T均與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)，只由軌道半徑r和中心天體質(zhì)量共同決定.所有參量的比較，最終歸結(jié)到半徑的比較.,6.(2016浙江10月學考12)如圖12所示，“天宮二號”在距離地面393 km的近圓軌道運行.已知萬有引力常量G6.671011 Nm2/kg2，地球質(zhì)量M6.01024 kg，地球半徑R6.4103 km.由以上數(shù)據(jù)可估算( ) A.“天宮二號”的質(zhì)量 B.“天宮二號”的運行速度 C.“天宮二號”受到的向心力 D.地球?qū)Α疤鞂m二號”的引力,6,7,8,變式題組,圖12,7.(2016浙江4月選考)2015年12月，我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空進入高為5.0102 km的預定軌道.“悟空”衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星的運動均可視為勻速圓周運動.已知地球半徑R6.4103 km.下列說法正確的是( ) A.“悟空”衛(wèi)星的線速度比同步衛(wèi)星的線速度小 B.“悟空”衛(wèi)星的角速度比同步衛(wèi)星的角速度小 C.“悟空”衛(wèi)星的運行周期比同步衛(wèi)星的運行周期小 D.“悟空”衛(wèi)星的向心加速度比同步衛(wèi)星的向心加速度小,6,7,8,解析,6,7,8,8.(2015浙江10月選考)在同一軌道平面上繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星A、B、C，某時刻恰好在同一過地心的直線上，如圖13所示，當衛(wèi)星B經(jīng)過一個周期時( ) A.A超前于B，C落后于B B.A超前于B，C超前于B C.A、C都落后于B D.各衛(wèi)星角速度相等，因而三顆衛(wèi)星仍在同一直線上,圖13,解析,6,7,8,6,7,8,當B經(jīng)過一個周期時，A已經(jīng)完成了一個多周期，而C還沒有完成一個周期，所以選項A正確，B、C、D錯誤.,1.宇宙速度與運動軌跡的關(guān)系 (1)v發(fā)7.9 km/s時，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動. (2)7.9 km/sv發(fā)11.2 km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓. (3)11.2 km/sv發(fā)16.7 km/s，衛(wèi)星繞太陽做橢圓運動. (4)v發(fā)16.7 km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間. 2.地球同步衛(wèi)星的特點 (1)軌道平面一定：軌道平面和赤道平面重合. (2)周期一定：與地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T24 h86 400 s. (3)角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同.,(5)繞行方向一定：與地球自轉(zhuǎn)的方向一致.,例4 天文學家近日在銀河系發(fā)現(xiàn)一顆全新的星球“超級地球”.它的半徑是地球的2.3倍，而質(zhì)量卻是地球的17倍，科學家們認為這顆星球可能是由巖石組成.它的發(fā)現(xiàn)將有助于探索地球之外是否存在生命.這顆“超級地球”的第一宇宙速度約為( ) A.3 km/s B.15 km/s C.21 km/s D.28 km/s,解析,規(guī)律總結(jié),對宇宙速度的三點理解 1.第一宇宙速度v17.9 km/s，既是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，又是衛(wèi)星繞地球運行的最大環(huán)繞速度. 2.由第一宇宙速度的表達式v 可以看出：第一宇宙速度由中心天體的質(zhì)量和半徑或由天體表面的重力加速度和天體的半徑?jīng)Q定. 3.第二宇宙速度、第三宇宙速度也都是指發(fā)射速度.,9.(2016杭州學考模擬)如圖14所示，由我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星.目前已經(jīng)實現(xiàn)了覆蓋亞太地區(qū)的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力，預計到2020年左右，將建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng).關(guān)于其中的靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)，下列說法中正確的是( ),9,10,變式題組,圖14,A.該衛(wèi)星一定不會運動到杭州正上方天空 B.該衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài)，衛(wèi)星所在處的重力加速度為零 C.該衛(wèi)星若受到太陽風暴影響后速度變小，它的軌道半徑將變大 D.該衛(wèi)星相對于地球靜止，其運行速度等于地球赤道處自轉(zhuǎn)的線速度,9,10,解析 根據(jù)同步衛(wèi)星的定義知，它只能在赤道上空，故A項正確； 衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài)，重力加速度等于向心加速度，故B錯； 速度變小后，萬有引力大于所需向心力，衛(wèi)星的軌道半徑將變小，C項錯； 衛(wèi)星相對地球靜止是指角速度等于地球自轉(zhuǎn)角速度，由vr知，其運行速度大于地球赤道處自轉(zhuǎn)的線速度，故D項錯.,解析,10.宇航員在月球上做自由落體實驗，將某物體由距月球表面高h處釋放，經(jīng)時間t后落到月球表面(設月球半徑為R).據(jù)上述信息推斷，飛船在月球表面附近繞月球做勻速圓周運動所必須具有的速率為( ),9,10,解析,返回,