2018高中物理 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 第11節(jié) 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析學(xué)案 新人教版必修2.doc

《2018高中物理 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 第11節(jié) 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析學(xué)案 新人教版必修2.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018高中物理 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 第11節(jié) 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析學(xué)案 新人教版必修2.doc（4頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析一、考點(diǎn)突破知識(shí)點(diǎn)考綱要求題型分值圓周運(yùn)動(dòng)輕繩、輕桿等豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析選擇題、解答題610分二、重難點(diǎn)提示恰能過最高點(diǎn)的速度分析。1. 水流星模型當(dāng)物體在受到繩牽拉在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，繩對物體的作用力可以有，可以無，如果有作用力只能是拉力。如：在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，繩一定有拉力；在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)有無繩的拉力要依據(jù)條件判定。類似模型“外”軌道模型當(dāng)物體是沿只有外側(cè)軌道做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)（如過山車、臺(tái)型圓筒內(nèi)的飛車走壁），如果軌道有提供作用力，只能是垂直支承面向內(nèi)的壓力，也可以不提供作用力。 2. 輕質(zhì)桿模型當(dāng)物體與桿的一端固定連接，以桿的另一端為軸在水平或豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿對物體的作用力可以為拉力，可以為壓（推）力，也可以沒有，要視物理問題的具體情況確定。如：在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)桿一定是拉力；運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，如果物體重力提供的向心力已超過需要的向心力，這時(shí)桿就提供向外的壓力（推動(dòng)），如果物體重力提供的向心力不足以提供需要的向心力，桿就提供向內(nèi)的拉力，如果物體重力提供的向心力恰好等于需要的向心力，桿就不提供作用力了。3. 管道軌道模型當(dāng)物體沿管道做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，管道提供的作用力可以是只由內(nèi)側(cè)提供（指向外），也可以是只由外側(cè)提供（指向內(nèi)），也可以內(nèi)外側(cè)均不提供，也可能內(nèi)外側(cè)都有提供（內(nèi)外側(cè)有壓力差）?！竞诵目偨Y(jié)】在分析做圓周運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，關(guān)鍵是要根據(jù)題意，明確物體所在的位置需要的向心力，再經(jīng)受力分析找出應(yīng)提供的向心力，要維持這點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)，必須滿足提供的向心力等于所需要的向心力。例題1 如圖甲所示，用一輕質(zhì)繩拴著一質(zhì)量為m的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)（不計(jì)一切阻力），小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)繩對小球的拉力為T，小球在最高點(diǎn)的速度大小為v，其Tv2圖象如圖乙所示，則（）圖甲圖乙A. 輕質(zhì)繩長為B. 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹镃. 當(dāng)v2c時(shí)，輕質(zhì)繩的拉力大小為aD. 當(dāng)v2=2b時(shí)，小球受到的彈力與重力相等。思路分析：令繩長為R，由牛頓第二定律知小球在最高點(diǎn)滿足Tmgm，即Tv2mg，由題圖乙知amg，bgR，所以g，R，A對、B錯(cuò)；當(dāng)v2c時(shí)，有Tmgm。將g和R的值代入得Ta，C錯(cuò)；當(dāng)v2=2b時(shí)，由Tmgm可得T=a=mg，故拉力與重力相等，D對。答案：AD例題2 如圖所示，小球m可以在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是（）A. 小球通過最高點(diǎn)的最小速度至為B. 小球通過最高點(diǎn)的最小速度可以為0C. 小球在水平線ab以下管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)側(cè)管壁對小球一定有作用力D. 小球在水平線ab以上管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)側(cè)管壁對小球一定有作用力思路分析：在最高點(diǎn)，由于外管或內(nèi)管都可以對小球產(chǎn)生彈力作用，當(dāng)小球的速度等于0時(shí)，內(nèi)管對小球產(chǎn)生彈力，大小為mg，故最小速度為0。故A錯(cuò)誤，B正確；小球在水平線ab以下管道運(yùn)動(dòng)，由于沿半徑方向的合力提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，所以外側(cè)管壁對小球一定有作用力，內(nèi)側(cè)沒有力的作用. 故C錯(cuò)誤；小球在水平線ab以上管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力沿半徑方向的分離可以提供向心力，當(dāng)小球速度較小時(shí)，重力的分力足夠提供向心力時(shí)，內(nèi)側(cè)管壁沒有作用力，如果速度更小，則提供的向心力大于需要的向心力，則內(nèi)壁產(chǎn)生向外的支持力。當(dāng)速度較大時(shí)，重力的分力不足以提供向心力，則有內(nèi)側(cè)管壁有作用力。故D錯(cuò)誤。CD兩項(xiàng)也可以用極限的思維進(jìn)行分析，更容易理解。答案：B例題3 如圖所示，質(zhì)量為m的小球固定在長為r的輕桿一端，繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，a、b分別為圓周運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。（1）在a點(diǎn)時(shí)，桿對小球的的作用力為重力的一半，求小球通過a點(diǎn)的速度；（2）在b點(diǎn)時(shí)，桿對小球的的作用力為重力的2倍，求小球通過b點(diǎn)的速度。思路分析：在a點(diǎn)，桿對小球的作用力可能是向上的推力，即，解得；桿對小球的作用力也可能是向下拉力，即，解得。在b點(diǎn)，桿對小球的作用力只可能為向上的拉力，解得。答案：（1）或 （2）【綜合拓展】豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)的綜合問題1. 問題特點(diǎn)此類問題有時(shí)物體先做豎直面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)，后做平拋運(yùn)動(dòng)，有時(shí)物體先做平拋運(yùn)動(dòng)，后做豎直面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)，往往要結(jié)合能量關(guān)系求解，多以計(jì)算題形式考查。2. 解題關(guān)鍵（1）首先要明確是“輕桿模型”還是“輕繩模型”，然后分析物體能夠達(dá)到圓周最高點(diǎn)的臨界條件. （2）注意前后兩過程中速度的連續(xù)性. 【滿分訓(xùn)練】小明站在水平地面上，手握不可伸長的輕繩一端，繩的另一端系有質(zhì)量為m的小球，甩動(dòng)手腕，使球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)球某次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，繩突然斷掉，球飛行水平距離d后落地，如圖所示。已知握繩的手離地面高度為d，手與球之間的繩長為d，重力加速度為g。忽略手的運(yùn)動(dòng)半徑和空氣阻力。（1）求繩斷時(shí)球的速度大小v；（2）問繩能承受的最大拉力多大？思路分析：（1）設(shè)繩斷后球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，豎直方向上：水平方向上：d=vt1解得（2）設(shè)繩能承受的最大拉力為Fm球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 解得答案：（1） （2）最大拉力為