高考物理总复习第四章曲线运动万有引力与航天基础课3圆周运动课件

基础课基础课3圆周运动圆周运动第一页，共46页。匀速匀速圆周运周运动(yndng)1.定定义义：做做圆圆周周运运动动的的物物体体，若若在在相相等等的的时时间间内内通通过过的的圆圆弧弧长长，就是匀速圆周运动。，就是匀速圆周运动。2.特点：加速度大小特点：加速度大小，方向，方向(fngxing)始终指向始终指向，是是变变加加速速运运动。动。3.条件：合外力大小条件：合外力大小、方向、方向(fngxing)始终与始终与方方向向(fngxing)垂直且指向圆心。垂直且指向圆心。知知识(zh shi)排排查相等相等不不变圆心心不不变速度速度第二页，共46页。角速度、角速度、线速度、向心速度、向心(xin xn)加速度加速度2r第三页，共46页。匀速匀速圆周运周运动(yndng)的向心力的向心力方向方向(fngxing)大小大小(dxio)m2r圆心心合力合力分力分力第四页，共46页。1.定义：做定义：做 的的物物体体，在在所所受受合合外外力力突突然然消消失失或或不不足足以以提提供供圆圆周周运运动动所所需需 的的情情况况(qngkung)下下，就就做做逐逐渐渐远远离离圆圆心心的运动。的运动。离心离心(lxn)现象象圆周运周运动向心力向心力第五页，共46页。1.思考判断思考判断(1)做匀速做匀速圆圆周运周运动动的物体所受合外力是保持不的物体所受合外力是保持不变变的。的。()(2)做匀速做匀速圆圆周运周运动动的物体向心加速度与半径成反比。的物体向心加速度与半径成反比。()(3)随随圆圆盘盘一一起起匀匀速速转转动动的的物物体体受受重重力力、支支持持力力和和向向心心力力的的作作用用。()(4)做做圆圆周周运运动动的的物物体体所所受受合合外外力力突突然然(trn)消消失失，物物体体将将沿沿圆圆周切周切线线方向做匀速直方向做匀速直线线运运动动。()答案答案(1)(2)(3)(4)小小题(xio t)速速练第六页，共46页。A.A点与点与C点的角速度大小相等点的角速度大小相等(xingdng)B.A点与点与C点的点的线线速度大小相等速度大小相等(xingdng)C.B点与点与C点的角速度大小之比点的角速度大小之比为为2 1D.B点与点与C点的向心加速度大小之比点的向心加速度大小之比为为1 4图1第七页，共46页。答案答案(d n)BD第八页，共46页。3.人人教教版版必必修修2P25T2拓拓展展(多多选选)如如图图2所所示示，两两个个圆圆锥锥内内壁壁光光滑滑，竖竖直直放放置置在在同同一一水水平平面面上上，圆圆锥锥母母线线与与竖竖直直方方向向夹夹角角分分别别为为30和和60，有有A、B两两个个质质量量相相同同的的小小球球在在两两圆圆锥锥内内壁壁等等高高处处(o ch)做匀速圆周运动，下列说法正确的是做匀速圆周运动，下列说法正确的是()图2第九页，共46页。答案答案(d n)CD第十页，共46页。圆周运动的运动学问题圆周运动的运动学问题(wnt)第十一页，共46页。1.(2017浙浙江江(zh jin)台台州州模模拟拟)汽汽车车后后备备箱箱盖盖一一般般都都配配有有可可伸伸缩缩的的液液压压杆杆，如如图图3甲甲所所示示，其其示示意意图图如如同同乙乙所所示示，可可伸伸缩缩液液压压杆杆上上端端固固定定于于后后盖盖上上A点点，下下端端固固定定于于箱箱内内O点点，B也也为为后后盖盖上上一一点点，后后盖盖可可绕绕过过O点点的的固固定定铰铰链链转转动动，在在合合上上后备箱盖的过程中后备箱盖的过程中()图3第十二页，共46页。A.A点相点相对对O点做点做圆圆周运周运动动B.A点与点与B点相点相对对于于O点点转动转动的的线线速度大小相等速度大小相等C.A点与点与B点相点相对对于于O点点转动转动的角速度大小相等的角速度大小相等D.A点与点与B点相点相对对于于O点点转动转动的向心加速度大小相等的向心加速度大小相等解解析析在在合合上上后后备备箱箱盖盖的的过过程程中中，OA的的长长度度是是变变化化的的，因因此此A点点相相对对O点点不不是是做做圆圆周周运运动动，选选项项A错错误误(cuw)；在在合合上上后后备备箱箱盖盖的的过过程程中中，A点点与与B点点都都是是绕绕O点点做做圆圆周周运运动动，相相同同的的时时间间绕绕O点点转转过过的的角角度度相相同同，即即A点点与与B点点相相对对O点点的的角角速速度度相相等等，但但是是OB大大于于OA，根根据据vr，所所以以B点点相相对对于于O点点转转动动的的线线速速度度大大，故故选选项项B错错误误(cuw)，C正正确确；根根据据向向心心加加速速度度公公式式ar2可可知知，B点点相相对对O点点的的向向心心加加速速度度大大于于A点点相相对对O点的向心加速度，故点的向心加速度，故选项选项D错误错误(cuw)。答案答案C第十三页，共46页。2.如如图图4所所示示，B和和C是是一一组组塔塔轮轮，即即B和和C半半径径不不同同，但但固固定定在在同同一一转转动动轴轴上上，其其半半径径之之比比为为RB RC3 2，A轮轮的的半半径径大大小小与与C轮轮相相同同，它它与与B轮轮紧紧靠靠在在一一起起，当当A轮轮绕绕过过其其中中心心的的竖竖直直轴轴转转动动时时，由由于于摩摩擦擦作作用用，B轮轮也也随随之之无无相相对对滑滑动动地地转转动动起起来来。a、b、c分分别别为为三三轮轮(sn ln)边边缘缘的的三三个个点点，则则a、b、c三三点点在在转转动动过过程程中中的的()图4第十四页，共46页。A.线线速度大小之比速度大小之比为为3 2 2B.角速度之比角速度之比为为3 3 2C.转转速速(zhun s)之比之比为为2 3 2D.向心加速度大小之比向心加速度大小之比为为9 6 4答案答案(d n)D第十五页，共46页。3.人人教教版版必必修修(bxi)2P19T4改改编编图图5是是自自行行车车传传动动装装置置的的示示意意图图，其其中中是是半半径径为为r1的的大大齿齿轮轮，是是半半径径为为r2的的小小齿齿轮轮，是是半半径径为为r3的的后后轮轮，假假设设脚脚踏踏板板的的转转速速为为n r/s，则则自自行行车车前前进的速度为进的速度为()答案答案(d n)D图5第十六页，共46页。常见的三种传动方式及特点常见的三种传动方式及特点(1)同同轴轴传传动动：如如图图甲甲、乙乙所所示示，绕绕同同一一(tngy)转转轴轴转转动动的的物物体体，角角速速度度相相同同，AB，由由vr知知v与与r成成正正比。比。第十七页，共46页。(2)皮皮带带传传动动：如如图图甲甲、乙乙所所示示，皮皮带带与与两两轮轮之之间间无无相相对对滑动时，两轮边缘线速度大小滑动时，两轮边缘线速度大小(dxio)相等，即相等，即vAvB。(3)摩摩擦擦传传动动(chundng)：如如图图所所示示，两两轮轮边边缘缘接接触触，接接触触点点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即vAvB。第十八页，共46页。圆周运动中的动力学问题圆周运动中的动力学问题(wnt)1.向心力的来源向心力的来源(liyun)(1)向心力的方向沿半径指向圆心。向心力的方向沿半径指向圆心。(2)向向心心力力来来源源(liyun)：一一个个力力或或几几个个力力的的合合力力或或某某个个力力的的分力。分力。2.向心力的确定向心力的确定(1)确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置。确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置。(2)分分析析物物体体的的受受力力情情况况，找找出出所所有有的的力力沿沿半半径径方方向向指指向向圆圆心心的的合力就是向心力。合力就是向心力。第十九页，共46页。答案答案(d n)B第二十页，共46页。图6第二十一页，共46页。答案答案(d n)C第二十二页，共46页。3.如如图图7所所示示，用用一一根根细细绳绳一一端端系系一一个个(y)小小球球，另另一一端端固固定定，给给小小球球不不同同的的初初速速度度，使使小小球球在在水水平平面面内内做做角角速速度度不不同同的的圆圆周周运运动动，则则下下列列细细绳绳拉拉力力F、悬悬点点到到轨轨迹迹圆圆心心高高度度h、向向心心加加速速度度a、线线速速度度v与与角角速速度平方度平方2的关系的关系图图象正确的是象正确的是()图7第二十三页，共46页。答案答案(d n)A第二十四页，共46页。4.人人教教版版必必修修2P26T4拓拓展展(多多选选)在在光光滑滑水水平平桌桌面面中中央央固固定定一一边边长长为为0.3 m的的小小正正三三棱棱柱柱abc，俯俯视视图图如如图图8所所示示。长长度度为为L1 m的的细细线线，一一端端固固定定在在a点点，另另一一端端拴拴住住一一个个质质量量为为m0.5 kg、不不计计大大小小的的小小球球。初初始始时时刻刻，把把细细线线拉拉直直在在ca的的延延长长线线上上，并并给给小小球球以以v02 m/s 且且垂垂直直于于细细线线方方向向的的水水平平速速度度，由由于于光光滑滑三三棱棱柱柱的的存存在在，细细线线逐逐渐渐缠缠绕绕在在三三棱棱柱柱上上(不不计计细细线线与与三三棱棱柱柱碰碰撞撞过过程程中中的的能能量量损损失失)。已已知知细细线线所所能能承承受受(chngshu)的的最大张力为最大张力为7 N，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是()图8第二十五页，共46页。A.细线细线断裂之前，小球速度的大小保持不断裂之前，小球速度的大小保持不变变B.细线细线断裂之前，小球的速度逐断裂之前，小球的速度逐渐渐减小减小C.细线细线断裂之前，小球运断裂之前，小球运动动的的总时间总时间(shjin)为为0.7 sD.细线细线断裂之前，小球运断裂之前，小球运动动的位移大小的位移大小为为0.9 m第二十六页，共46页。答案答案(d n)ACD第二十七页，共46页。“一、二、三、四一、二、三、四”求解求解(qi ji)圆周运动问题圆周运动问题第二十八页，共46页。1.运运动动特点特点(tdin)(1)竖竖直面内的直面内的圆圆周运周运动动一般是一般是变变速速圆圆周运周运动动。(2)只有重力做功的只有重力做功的竖竖直面内的直面内的变变速速圆圆周运周运动动机械能守恒。机械能守恒。(3)竖竖直直面面内内的的圆圆周周运运动动问问题题，涉涉及及知知识识面面比比较较广广，既既有有临临界界问问题题，又有能量守恒的又有能量守恒的问题问题，要注意物体运，要注意物体运动动到到圆圆周的最高点的速度。周的最高点的速度。(4)一一般般情情况况下下，竖竖直直面面内内的的圆圆周周运运动动问问题题只只涉涉及及最最高高点点和和最最低低点点的的两种情形。两种情形。竖直竖直(sh zh)面内圆周运动中的临界问题面内圆周运动中的临界问题第二十九页，共46页。2.常见常见(chn jin)模型模型物理情物理情景景最高点无支撑最高点无支撑最高点有支撑最高点有支撑实例例球与球与绳连接、水流星、接、水流星、沿内沿内轨道运道运动的的“过山山车”等等球与杆球与杆连接、球在光滑接、球在光滑管道中运管道中运动等等图示示受力受力特征特征除重力外，物体受到除重力外，物体受到的的弹力方向：向下或力方向：向下或等于零等于零除重力外，物体受到的除重力外，物体受到的弹力方向：向下、等于力方向：向下、等于零或向上零或向上第三十页，共46页。第三十一页，共46页。【典典例例】(2016海海南南(hi nn)高高考考)如如图图9，光光滑滑圆圆轨轨道道固固定定在在竖竖直直面面内内，一一质质量量为为m的的小小球球沿沿轨轨道道做做完完整整的的圆圆周周运运动动。已已知知小小球球在在最最低低点点时时对对轨轨道道的的压压力力大大小小为为N1，在在最最高高点点时时对对轨轨道道的的压压力力大大小小为为N2。重重力力加加速速度度大大小小为为g，则则N1N2的的值值为为()A.3mg B.4mg C.5mg D.6mg图9第三十二页，共46页。解解析析(ji x)设设小小球球在在最最低低点点速速度度为为v1，在在最最高高点点速速度度为为v2，同时同时(tngsh)从最高点到最低点，根据机械能守恒定律得从最高点到最低点，根据机械能守恒定律得联立以上三式可得联立以上三式可得N1N26mg，故选项，故选项D正确正确(zhngqu)。答案答案D第三十三页，共46页。分析竖直平面分析竖直平面(pngmin)内圆周运动临界问题的思路内圆周运动临界问题的思路第三十四页，共46页。1.(2017辽辽宁宁铁铁岭岭联联考考)飞飞机机由由俯俯冲冲到到拉拉起起时时，飞飞行行员员处处于于(chy)超超重重状状态态，此此时时座座椅椅对对飞飞行行员员的的支支持持力力大大于于飞飞行行员员所所受受的的重重力力，这这种种现现象象叫叫过过荷荷。过过荷荷过过重重会会造造成成飞飞行行员员四四肢肢沉沉重重，大大脑脑缺缺血血，暂暂时时失失明明，甚甚至至昏昏厥厥。受受过过专专门门训训练练的的空空军军飞飞行行员员最最多多可可承承受受9倍倍重重力力的的影影响响。g取取10 m/s2，则则当当飞飞机机在在竖竖直直平平面面上上沿沿圆圆弧弧轨轨道道俯冲、拉起的速度俯冲、拉起的速度为为100 m/s时时，圆圆弧弧轨轨道的最小半径道的最小半径为为()A.100 m B.111 m C.125 m D.250 m图10第三十五页，共46页。答案答案(d n)C第三十六页，共46页。2.(2017山山东东青青岛岛期期末末)(多多选选)如如图图11所所示示，内内壁壁光光滑滑的的大大圆圆管管，用用一一细细轻轻杆杆固固定定在在竖竖直直平平面面内内；在在管管内内有有一一小小球球(可可视视为为质质点点)做做圆圆周周运运动动。下下列列(xili)说说法法正正确的是确的是()A.小球通小球通过过最低点最低点时时，小球，小球对圆对圆管的管的压压力向下力向下B.小球通小球通过过最高点最高点时时，小球，小球对圆对圆管可能无管可能无压压力力C.细细杆杆对圆对圆管的作用力一定管的作用力一定(ydng)大于大于圆圆管的重力大小管的重力大小D.细细杆杆对圆对圆管的作用力可能会大于管的作用力可能会大于圆圆管和小球的管和小球的总总重力大小重力大小图11第三十七页，共46页。答案答案(d n)ABD第三十八页，共46页。3.(2017江江苏苏单单科科，5)如如图图12所所示示，一一小小物物块块被被夹夹子子夹夹紧紧，夹夹子子通通过过轻轻绳绳悬悬挂挂在在小小环环上上，小小环环套套在在水水平平光光滑滑细细杆杆上上。物物块块质质量量(zhling)为为M，到到小小环环的的距距离离为为L，其其两两侧侧面面与与夹夹子子间间的的最最大大静静摩摩擦擦力力均均为为F。小小环环和和物物块块以以速速度度v向向右右匀匀速速运运动动，小小环环碰碰到到杆杆上上的的钉钉子子P后后立立刻刻停停止止，物物块块向向上上摆摆动动。整整个个过过程程 中中，物物 块块 在在 夹夹 子子 中中 没没 有有 滑滑 动动。小小 环环 和和 夹夹 子子 的的 质质 量量(zhling)均均不不计计，重重力力加加速速度度为为g。下下列列说说法法正正确确的的是是()图12第三十九页，共46页。第四十页，共46页。答案答案(d n)D第四十一页，共46页。竖直直面面内内圆周周运运动模模型型(mxng)的的应用用题源：人教版必修题源：人教版必修2P30T4质质量量为为25 kg的的小小孩孩(xio hi)坐坐在在秋秋千千板板上上，小小孩孩(xio hi)离离系系绳绳子子的的横横梁梁2.5 m。如如果果秋秋千千板板摆摆到到最最低低点点时时，小小孩孩(xio hi)运动速度的大小是运动速度的大小是5 m/s，她对秋千板的压力是多大？，她对秋千板的压力是多大？第四十二页，共46页。拓拓展展1在在上上题题中中若若把把小小孩孩换换成成杂杂技技演演员员，且且让让演演员员能能在在竖竖直直面面内内做做圆圆周周运运动动(其其他他(qt)条条件件不不变变)，演演员员在在最最低低点点时时的的速速度度至至少少为为(空空气气阻力不计，阻力不计，g10 m/s2)()答案答案(d n)C解析若演员在竖直面内刚好解析若演员在竖直面内刚好(gngho)做圆周运动，则满足做圆周运动，则满足演员从最低点运动到最高点过程中，满足机械能守恒定律演员从最低点运动到最高点过程中，满足机械能守恒定律第四十三页，共46页。(1)求小球在求小球在B、A两点的两点的动动能之比；能之比；(2)通通过过(tnggu)计计算判断小球能否沿算判断小球能否沿轨轨道运道运动动到到C点。点。图13第四十四页，共46页。解解析析(1)设设小小球球(xio qi)的的质质量量为为m，小小球球(xio qi)在在A点点的的动能为动能为EkA，由机械能守恒得，由机械能守恒得设小球设小球(xio qi)在在B点的动能为点的动能为EkB，同理有，同理有(2)若若小小球球能能沿沿轨轨道道(gudo)运运动动到到C点点，小小球球在在C点点所所受受轨轨道道(gudo)的正压力的正压力FN应满足应满足FN0第四十五页，共46页。设设小小球球在在C点点的的速速度度大大小小为为vC，由由牛牛顿顿运运动动定定律律和和向向心心(xin xn)加速度公式有加速度公式有由由式式可可知知，vCvC，即即小小球球恰恰好好可可以以沿沿轨轨道道(gudo)运运动到动到C点。点。答案答案(1)5 1(2)能，理由见解析能，理由见解析第四十六页，共46页。