高考物理一輪復習 第4章 曲線運動 萬有引力與航天 基礎課時10 圓周運動課件.ppt
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基礎課時10圓周運動 知識梳理 知識點一 勻速圓周運動 角速度 線速度 向心加速度1 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 相等 不變 圓心 不變 速度 2 描述勻速圓周運動的物理量 快慢 轉動快慢 一圈 方向 m s rad s s 2r m s2 圓心 思考 如圖1為一輛自行車傳動裝置的結構圖 觀察自行車是怎樣用鏈條傳動來驅動后輪前進的 圖1 1 同一齒輪上到轉軸距離不同的各點的線速度 角速度是否相同 2 兩個齒輪相比較 其邊緣的線速度是否相同 角速度是否相同 轉速是否相同 分力 圓心 m 2r 合力 大小 方向 思考 如圖2所示 圓盤上物體隨圓盤一起勻速轉動 在光滑漏斗內壁上 小球做勻速圓周運動 圖2 1 它們運動所需要的向心力分別由什么力提供 2 計算圓盤上物體所受的向心力和漏斗內壁上小球的角速度分別需要知道哪些信息 知識點三 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 就做逐漸遠離圓心的運動 2 本質 做圓周運動的物體 由于本身的慣性 總有沿著圓周 飛出去的趨勢 3 受力特點當F 時 物體做勻速圓周運動 當F 0時 物體沿 方向飛出 當F 時 物體逐漸遠離圓心 F為實際提供的向心力 如圖3所示 圖3 圓周運動 向心力 切線方向 m 2r 切線 m 2r 診斷自測 1 多選 下列關于做勻速圓周運動的物體所受向心力的說法正確的是 A 因向心力總是沿半徑指向圓心 且大小不變 故向心力是一個恒力B 因向心力指向圓心 且與線速度方向垂直 所以它不能改變線速度的大小C 物體所受的合外力D 向心力和向心加速度的方向都是不變的 解析做勻速圓周運動的物體所受的向心力是物體所受的合外力 由于指向圓心 且與線速度垂直 不能改變線速度的大小 只用來改變線速度的方向 向心力雖大小不變 但方向時刻改變 不是恒力 由此產生的向心加速度也是變化的 所以A D錯誤 B C正確 答案BC 2 如圖4所示 洗衣機脫水筒在轉動時 衣服貼靠在勻速轉動的圓筒內壁上而不掉下來 則衣服 圖4 A 受到重力 彈力 靜摩擦力和離心力四個力的作用B 所需的向心力由重力提供C 所需的向心力由彈力提供D 轉速越快 彈力越大 摩擦力也越大 解析衣服只受重力 彈力和靜摩擦力三個力作用 A錯誤 衣服做圓周運動的向心力為它所受到的合力 由于重力與靜摩擦力平衡 故彈力提供向心力 即FN m 2r 轉速越大 FN越大 C正確 B D錯誤 答案C 3 多選 如圖5為A B兩物體做勻速圓周運動的向心加速度a的大小隨半徑r變化的圖象 其中A為雙曲線的一個分支 由圖可知 圖5A A物體運動的線速度大小不變B A物體運動的角速度不變C B物體運動的角速度不變D B物體運動的線速度大小不變 答案AC 4 多選 2016 江蘇無錫模擬 如圖6所示 當正方形薄板繞著過其中心O與板垂直的轉動軸轉動時 板上A B兩點的 圖6 答案AD 5 擺式列車是集電腦 自動控制等高新技術于一體的新型高速列車 如圖7所示 當列車轉彎時 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 實現(xiàn)高速行車 并能達到既安全又舒適的要求 假設有一超高速列車在水平面內行駛 以360km h的速度拐彎 由列車上的傳感器測得一個質量為50kg的乘客在拐彎過程中所受合力為500N 則列車的拐彎半徑為 圖7 A 500mB 1kmC 1 5kmD 2km 答案B 考點一圓周運動中的運動學分析1 對公式v r的理解當r一定時 v與 成正比 當 一定時 v與r成正比 當v一定時 與r成反比 圖8A 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 答案BD 反思提升常見的三種傳動方式及特點 1 皮帶傳動 如圖9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 圖9 2 摩擦傳動 如圖10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 圖10圖11 3 同軸傳動 如圖11甲 乙所示 繞同一轉軸轉動的物體 角速度相同 A B 由v r知v與r成正比 變式訓練 1 2016 浙江嘉興調研 科技館的科普器材中常有如圖12所示的勻速率的傳動裝置 在大齒輪盤內嵌有三個等大的小齒輪 若齒輪的齒很小 大齒輪的半徑 內徑 是小齒輪半徑的3倍 則當大齒輪順時針勻速轉動時 下列說法正確的是 圖12 A 小齒輪逆時針轉動B 小齒輪每個齒的線速度均相同C 小齒輪的角速度是大齒輪角速度的3倍D 大齒輪每個齒的向心加速度大小是小齒輪的3倍 答案C 考點二圓周運動中的動力學分析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 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 例2 2016 福建晉江月考 如圖13所示 AB為豎直轉軸 細繩AC和BC的結點C系一質量為m的小球 兩繩能承受的最大拉力均為2mg 當AC和BC均拉直時 ABC 90 ACB 53 BC 1m ABC能繞豎直軸AB勻速轉動 因而C球在水平面內做勻速圓周運動 當小球的線速度增大時 兩繩均會被拉斷 則最先被拉斷的那根繩及另一根繩被拉斷時的速度分別為 g取10m s2 圖13 A AC5m sB BC5m sC AC5 24m sD BC5 24m s 答案B 方法提煉 一 二 三 四 求解圓周運動問題 變式訓練 2 2016 上海金山月考 有一種雜技表演叫 飛車走壁 由雜技演員駕駛摩托車沿光滑圓臺形表演臺的側壁高速行駛 在水平面內做勻速圓周運動 圖14中粗線圓表示摩托車的行駛軌跡 軌跡離地面的高度為h 如果增大高度h 則下列關于摩托車說法正確的是 圖14 A 對側壁的壓力FN增大B 做圓周運動的周期T不變C 做圓周運動的向心力F增大D 做圓周運動的線速度增大 答案D 考點三圓周運動的實例分析1 凹形橋與拱形橋模型 2 火車轉彎問題 例3 汽車沿半徑為R的圓形跑道勻速行駛 設跑道的路面是水平的 路面作用于車的摩擦力的最大值是車重的1 10 要使汽車不致沖出圓形跑道 車速最大不能超過多少 圖15所示是汽車沿圓形跑道行駛時的背影簡圖 試根據(jù)圖中車廂的傾側情況和左右輪胎受擠壓后的形變情況判斷圓形跑道的圓心位置在左側還是在右側 圖15 變式訓練 3 一輛汽車勻速率通過一座圓弧形拱形橋后 接著又以相同速率通過一圓弧形凹形橋 設兩圓弧半徑相等 汽車通過拱形橋橋頂時 對橋面的壓力FN1為車重的一半 汽車通過圓弧形凹形橋的最低點時 對橋面的壓力為FN2 則FN1與FN2之比為 A 3 1B 3 2C 1 3D 1 2 解析汽車過圓弧形橋的最高點 或最低點 時 由重力與橋面對汽車的支持力的合力提供向心力 如圖甲所示 汽車過圓弧形拱形橋的最高點時 由牛頓第三定律可知 汽車受橋面對它的支持力與它對橋面的壓力大小相等 即FN1 FN1 所以由牛頓第二定律可得 甲乙 答案C 1 如圖16所示 光滑水平面上 小球m在拉力F作用下做勻速圓周運動 若小球運動到P點時 拉力F發(fā)生變化 下列關于小球運動情況的說法正確的是 圖16 A 若拉力突然消失 小球將沿軌跡Pa做離心運動B 若拉力突然變小 小球將沿軌跡Pa做離心運動C 若拉力突然變大 小球將沿軌跡Pb做離心運動D 若拉力突然變小 小球將沿軌跡Pc運動答案A 2 2016 安徽江淮十校聯(lián)考 如圖17所示 拖拉機后輪的半徑是前輪半徑的2倍 A和B是前輪和后輪邊緣上的點 若車行進時輪與路面沒有滑動 則 圖17A A點和B點的線速度大小之比為1 2B 前輪和后輪的角速度之比為2 1C 兩輪轉動的周期相等D A點和B點的向心加速度大小相等 答案B 3 多選 2016 江西上饒中學月考 火車轉彎可近似看成做勻速圓周運動 當提高火車速度時會使軌道的外軌受損 為解決火車高速轉彎時外軌受損這一難題 你認為以下措施可行的是 A 減小內 外軌的高度差B 增大內 外軌的高度差C 減小彎道半徑D 增大彎道半徑 答案BD 4 如圖18所示是某課外研究小組設計的可以用來測量轉盤轉速的裝置 該裝置上方是一與轉盤固定在一起有橫向均勻刻度的標尺 帶孔的小球穿在光滑細桿上與一輕彈簧相連 彈簧的另一端固定在轉動軸上 小球可沿桿自由滑動并隨轉盤在水平面內轉動 當轉盤不轉動時 指針指在O處 當轉盤轉動的角速度為 1時 指針指在A處 當轉盤轉動的角速度為 2時 指針指在B處 設彈簧均沒有超過彈性限度 則 1與 2的比值為 圖18 答案B 5 多選 如圖19所示 在光滑的橫桿上穿著兩質量分別為m1 m2的小球 小球用細線連接起來 當轉臺勻速轉動時 下列說法正確的是 圖19A 兩小球速率必相等B 兩小球角速度必相等C 兩小球加速度必相等D 兩小球到轉軸距離與其質量成反比 答案BD
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