高考物理总复习 第4章第三节 圆周运动课件 大纲版

第三节圆周运动第三节圆周运动第三节第三节圆周运动圆周运动基础知识梳理基础知识梳理课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练基础知识梳理基础知识梳理3周期和频率：描述物体绕圆心周期和频率：描述物体绕圆心_的物理量的物理量转动快慢转动快慢4向心加速度：描述向心加速度：描述_变化快变化快慢的物理量慢的物理量线速度方向线速度方向5向心力：作用效果产生向心力：作用效果产生_，Fma.向心加速度向心加速度思考感悟思考感悟1由由av2/r和和a2r得出得出a与与r既成正比，又既成正比，又成反比的结论是否正确？成反比的结论是否正确？二、匀速圆周运动和非匀速圆周运动的比较二、匀速圆周运动和非匀速圆周运动的比较项目项目匀速圆周运动匀速圆周运动非匀速圆周运动非匀速圆周运动定义定义线速线速度度_的的圆圆周运动周运动线速度大线速度大小小_的的圆周运动圆周运动运动运动特点特点F、a、v均大小不均大小不变，方向变化，变，方向变化，不变不变F、a、v大小、方向大小、方向均发生变化，均发生变化，发生发生变化变化向心向心力力FF合合由由F合合沿半径方向的沿半径方向的分力提供分力提供大小不变大小不变变化变化名师点拨：名师点拨：匀速圆周运动既不是速度不变，匀速圆周运动既不是速度不变，也不是匀变速曲线运动，而是变加速曲线运也不是匀变速曲线运动，而是变加速曲线运动动三、离心运动三、离心运动1定义：做定义：做_运动的物体，在合力运动的物体，在合力_或者或者_提供圆周运动所提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐需的向心力的情况下，就做逐渐_圆圆心的运动心的运动2原因：做圆周运动的物体，由于本身的原因：做圆周运动的物体，由于本身的_，总有沿着圆周，总有沿着圆周_方向飞出去的方向飞出去的倾向倾向圆周圆周突然消失突然消失不足以不足以远离远离惯性惯性切线切线3供需关系与运动供需关系与运动如图如图431所示，所示，F为实际提供的向心力，为实际提供的向心力，则：则：图图431(1)当当_时，物体做匀速圆周运动；时，物体做匀速圆周运动；(2)当当_时，物体沿切线方向飞出；时，物体沿切线方向飞出；(3)当当_时，物体逐渐远离圆心；时，物体逐渐远离圆心；(4)当当_时，物体逐渐靠近圆心时，物体逐渐靠近圆心思考感悟思考感悟2物体做离心运动是受到了离心力的作用吗？物体做离心运动是受到了离心力的作用吗？提示：提示：不是，而是物体受到的力小于所需向不是，而是物体受到的力小于所需向心力的缘故心力的缘故Fm2rF0Fm2r课堂互动讲练课堂互动讲练2传动装置特点传动装置特点(1)同轴传动：固定在一起共轴转动的物体上同轴传动：固定在一起共轴转动的物体上各点角速度相同；各点角速度相同；(2)皮带传动：不打滑的摩擦传动和皮带皮带传动：不打滑的摩擦传动和皮带(或齿或齿轮轮)传动的两轮边缘上各点线速度大小相等传动的两轮边缘上各点线速度大小相等特别提醒：特别提醒：(1)在讨论在讨论v、r三者关系时，三者关系时，应采用控制变量法，即保持其中一个量不变应采用控制变量法，即保持其中一个量不变来讨论另外两个量的关系来讨论另外两个量的关系(2)在处理传动装置中各量间的关系时，应首在处理传动装置中各量间的关系时，应首先明确传动的方式及传动的特点先明确传动的方式及传动的特点1.(2011年山东泰安模拟年山东泰安模拟)如图如图432所示，所示，两个啮合齿轮，小齿轮半径为两个啮合齿轮，小齿轮半径为10 cm，大齿轮，大齿轮半径为半径为20 cm，大齿轮中，大齿轮中C点离圆心点离圆心O2的距离的距离为为10 cm，A、B分别为两个齿轮边缘上的点，分别为两个齿轮边缘上的点，则则A、B、C三点的三点的()A线速度之比为线速度之比为111B角速度之比为角速度之比为111C向心加速度之比为向心加速度之比为421D转动周期之比为转动周期之比为211图图432二、圆周运动中的动力学分析二、圆周运动中的动力学分析1向心力的来源向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的，可以是重向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力中要避免再另外添加一个向心力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，确定圆确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置心的位置(2)分析物体的受力情况，找出所有的力沿半分析物体的受力情况，找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力径方向指向圆心的合力就是向心力3解决圆周运动问题的主要步骤解决圆周运动问题的主要步骤(1)审清题意，确定研究对象；审清题意，确定研究对象；(2)分析物体的运动情况，即物体的线速度、分析物体的运动情况，即物体的线速度、角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等；角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等；(3)分析物体的受力情况，画出受力示意图，分析物体的受力情况，画出受力示意图，确定向心力的来源；确定向心力的来源；(4)据牛顿运动定律及向心力公式列方程；据牛顿运动定律及向心力公式列方程；(5)求解、讨论求解、讨论特别提醒：特别提醒：(1)无论匀速圆周运动还是非匀速圆无论匀速圆周运动还是非匀速圆周运动，沿半径指向圆心的合力均为向心力周运动，沿半径指向圆心的合力均为向心力(2)当采用正交分解法分析向心力的来源时，做当采用正交分解法分析向心力的来源时，做圆周运动的物体在坐标原点，一定有一个坐标圆周运动的物体在坐标原点，一定有一个坐标轴沿半径指向圆心轴沿半径指向圆心2(2011年湖南省桃源一中月考年湖南省桃源一中月考)如图如图433所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两个物体向放着用细线相连的质量相等的两个物体A和和B，它们与盘间的摩擦因数，它们与盘间的摩擦因数相同，当圆盘转动到两个物相同，当圆盘转动到两个物体刚好还未发生滑动时，体刚好还未发生滑动时，烧断细线，两个物体的烧断细线，两个物体的运动情况是运动情况是()图图433A两物体沿切向方向滑动两物体沿切向方向滑动B两物体均沿半径方向滑动，离圆盘圆心两物体均沿半径方向滑动，离圆盘圆心越来越远越来越远C两物体仍随圆盘一起做圆周运动，不发两物体仍随圆盘一起做圆周运动，不发生滑动生滑动D物体物体B仍随圆盘一起做匀速圆周运动，物仍随圆盘一起做匀速圆周运动，物体体A发生滑动，离圆盘圆心越来越远发生滑动，离圆盘圆心越来越远解析：解析：选选D.在圆盘上，角速度相同，由在圆盘上，角速度相同，由Fm2r可知，在质量相同的情况下，可知，在质量相同的情况下，A需要的需要的向心力更多，所以向心力更多，所以D正确正确三、竖直面内圆周运动的临界问题分析三、竖直面内圆周运动的临界问题分析物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动，该类运动常有临界问题，并伴变速曲线运动，该类运动常有临界问题，并伴有有“最大最大”、“最小最小”、“刚好刚好”等词语，常等词语，常分析两种模型分析两种模型轻绳模型和轻杆模型，分析轻绳模型和轻杆模型，分析比较如下：比较如下：3有一长度为有一长度为L0.50 m的轻质细杆的轻质细杆OA，A端有一质量为端有一质量为m3.0 kg的小球，如图的小球，如图434所示，小球以所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速度是周运动，通过最高点时小球的速度是2.0 m/s，g取取10 m/s2，则此时细杆，则此时细杆OA受到受到()A6.0 N的拉力的拉力B6.0 N的压力的压力C24 N的拉力的拉力 D24 N的压力的压力图图434经典题型探究经典题型探究解决圆周运动问题的常用方法解决圆周运动问题的常用方法 (2009年高考广东卷年高考广东卷)如图如图435所示，所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴OO转转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R和和H，筒内壁，筒内壁A点的高度为筒高的一半内壁上点的高度为筒高的一半内壁上有一质量为有一质量为m的小物块求：的小物块求：图图435(1)当筒不转动时，物块静止在筒壁当筒不转动时，物块静止在筒壁A点受到点受到的摩擦力和支持力的大小；的摩擦力和支持力的大小；(2)当物块在当物块在A点随筒匀速转动，且其受到的点随筒匀速转动，且其受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度摩擦力为零时，筒转动的角速度【思路点拨思路点拨】对物块进行受力分析，分别对物块进行受力分析，分别根据共点力平衡和圆周运动所需向心力利用根据共点力平衡和圆周运动所需向心力利用正交分解列方程求解正交分解列方程求解图图436图图437【答案答案】见解析见解析【规律总结规律总结】解答有关圆周运动问题时，解答有关圆周运动问题时，首先必须做好关键的几步：首先必须做好关键的几步：(1)对研究对象受对研究对象受力分析，确定好向心力的来源力分析，确定好向心力的来源(2)确定圆周确定圆周运动的轨迹和半径运动的轨迹和半径(3)应用相关的力学规律应用相关的力学规律列方程求解列方程求解竖直面内的圆周运动问题竖直面内的圆周运动问题 如图如图438所示，所示，LMPQ是光滑轨道，是光滑轨道，LM水平，长为水平，长为5.0 m，MPQ是一半径为是一半径为R1.6 m的半圆，的半圆，QOM在同一竖直线上，在恒力在同一竖直线上，在恒力F作作用下，质量用下，质量m1 kg的物体的物体A由静止开始运动，由静止开始运动，当达到当达到M时立即停止用力时立即停止用力欲使欲使A刚好能通过刚好能通过Q点，点，则力则力F大小为多少？大小为多少？(g取取10 m/s2)图图438图图439【答案答案】8 N【规律总结规律总结】(1)正确理解正确理解A物体物体“刚好能通刚好能通过过Q点点”含义是解决本题的关键常用来表达含义是解决本题的关键常用来表达临界状态的词语还有临界状态的词语还有“恰好恰好”“”“恰能恰能”“”“至至少少”“”“至多至多”等，同学们在审题时必须高度注等，同学们在审题时必须高度注意小球沿圆弧意小球沿圆弧MPQ通过最高点通过最高点Q时，应时，应服从圆周运动的规律，即应从向心力与线速度服从圆周运动的规律，即应从向心力与线速度的关系求解小球经过的关系求解小球经过Q点的临界速度点的临界速度(2)圆周运动常与机械能守恒定律、动能定理、圆周运动常与机械能守恒定律、动能定理、电荷在磁场中的偏转等知识相联系，构成综合电荷在磁场中的偏转等知识相联系，构成综合性较强的题目性较强的题目圆周运动的临界问题分析圆周运动的临界问题分析【思路点拨思路点拨】当小球做圆周运动的速度当小球做圆周运动的速度v足足够大时，小球有可能脱离圆锥体表面，因此够大时，小球有可能脱离圆锥体表面，因此应当求出临界速度，然后对应当求出临界速度，然后对(1)、(2)问中的速问中的速度下小球的运动情况做出判断度下小球的运动情况做出判断图图4310解题样板规范步骤，该得的分一分不丢！解题样板规范步骤，该得的分一分不丢！如图如图4311甲所示，小球在锥面上运动，甲所示，小球在锥面上运动，当支持力当支持力FN0时，小球只受重力时，小球只受重力mg和线的和线的拉力拉力FT的作用，其合力的作用，其合力F应沿水平面指向轴应沿水平面指向轴线，由几何关系知线，由几何关系知Fmgtan30(1分分)图图4311【答案答案】(1)1.03mg(2)2mg【规律总结规律总结】有关圆周运动的临界问题一有关圆周运动的临界问题一般有两类，一类是提供向心力的某个力出现般有两类，一类是提供向心力的某个力出现临界值；另一类是物体的速度出现临界临界值；另一类是物体的速度出现临界值有些题目是根据临界状态列方程求解，值有些题目是根据临界状态列方程求解，有些题目是根据跨越临界点后物体所处状态有些题目是根据跨越临界点后物体所处状态或运动规律列方程求解或运动规律列方程求解如图如图4312所示，用细绳一端系着的质量所示，用细绳一端系着的质量为为M0.6 kg的物体的物体A静止在水平转盘上，细静止在水平转盘上，细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O吊着质吊着质量为量为m0.3 kg的小球的小球B，A的重心到的重心到O点的距点的距离为离为0.2 m若若A与转盘间的最大静摩擦力为与转盘间的最大静摩擦力为Ff2 N，为使小球，为使小球B保持静止，保持静止，求转盘绕中心求转盘绕中心O旋转的角速旋转的角速度度的取值范围的取值范围(g取取10 m/s2)图图4312解析：解析：要使要使B静止，静止，A必须相对于转盘静止必须相对于转盘静止具有与转盘相同的角速度具有与转盘相同的角速度A需要的向心力由需要的向心力由绳的拉力和静摩擦力的合力提供角速度取最绳的拉力和静摩擦力的合力提供角速度取最大值时，大值时，A有离心趋势，静摩擦力指向圆心有离心趋势，静摩擦力指向圆心O；角速度取最小值时，角速度取最小值时，A有向心运动的趋势，静有向心运动的趋势，静摩擦力背离圆心摩擦力背离圆心O.对于对于B：FTmg答案：答案：2.9 rad/s6.5 rad/s