2019版高考物理总复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 基础课3 圆周运动课件.ppt

基础课3圆周运动 匀速圆周运动 1 定义 做圆周运动的物体 若在相等的时间内通过的圆弧长 就是匀速圆周运动 2 特点 加速度大小 方向始终指向 是变加速运动 3 条件 合外力大小 方向始终与方向垂直且指向圆心 知识排查 相等 不变 圆心 不变 速度 角速度 线速度 向心加速度 2r 匀速圆周运动的向心力 方向 大小 m 2r 圆心 合力 分力 1 定义 做的物体 在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 离心现象 圆周运动 向心力 1 思考判断 1 做匀速圆周运动的物体所受合外力是保持不变的 2 做匀速圆周运动的物体向心加速度与半径成反比 3 随圆盘一起匀速转动的物体受重力 支持力和向心力的作用 4 做圆周运动的物体所受合外力突然消失 物体将沿圆周切线方向做匀速直线运动 答案 1 2 3 4 小题速练 A A点与C点的角速度大小相等B A点与C点的线速度大小相等C B点与C点的角速度大小之比为2 1D B点与C点的向心加速度大小之比为1 4 图1 答案BD 3 人教版必修2 P25 T2拓展 多选 如图2所示 两个圆锥内壁光滑 竖直放置在同一水平面上 圆锥母线与竖直方向夹角分别为30 和60 有A B两个质量相同的小球在两圆锥内壁等高处做匀速圆周运动 下列说法正确的是 图2 答案CD 圆周运动的运动学问题 1 2017 浙江台州模拟 汽车后备箱盖一般都配有可伸缩的液压杆 如图3甲所示 其示意图如同乙所示 可伸缩液压杆上端固定于后盖上A点 下端固定于箱内O 点 B也为后盖上一点 后盖可绕过O点的固定铰链转动 在合上后备箱盖的过程中 图3 A A点相对O 点做圆周运动B A点与B点相对于O点转动的线速度大小相等C A点与B点相对于O点转动的角速度大小相等D A点与B点相对于O点转动的向心加速度大小相等解析在合上后备箱盖的过程中 O A的长度是变化的 因此A点相对O 点不是做圆周运动 选项A错误 在合上后备箱盖的过程中 A点与B点都是绕O点做圆周运动 相同的时间绕O点转过的角度相同 即A点与B点相对O点的角速度相等 但是OB大于OA 根据v r 所以B点相对于O点转动的线速度大 故选项B错误 C正确 根据向心加速度公式a r 2可知 B点相对O点的向心加速度大于A点相对O点的向心加速度 故选项D错误 答案C 2 如图4所示 B和C是一组塔轮 即B和C半径不同 但固定在同一转动轴上 其半径之比为RB RC 3 2 A轮的半径大小与C轮相同 它与B轮紧靠在一起 当A轮绕过其中心的竖直轴转动时 由于摩擦作用 B轮也随之无相对滑动地转动起来 a b c分别为三轮边缘的三个点 则a b c三点在转动过程中的 图4 A 线速度大小之比为3 2 2B 角速度之比为3 3 2C 转速之比为2 3 2D 向心加速度大小之比为9 6 4 答案D 3 人教版必修2 P19 T4改编 图5是自行车传动装置的示意图 其中 是半径为r1的大齿轮 是半径为r2的小齿轮 是半径为r3的后轮 假设脚踏板的转速为nr s 则自行车前进的速度为 答案D 图5 常见的三种传动方式及特点 1 同轴传动 如图甲 乙所示 绕同一转轴转动的物体 角速度相同 A B 由v r知v与r成正比 2 皮带传动 如图甲 乙所示 皮带与两轮之间无相对滑动时 两轮边缘线速度大小相等 即vA vB 3 摩擦传动 如图所示 两轮边缘接触 接触点无打滑现象时 两轮边缘线速度大小相等 即vA vB 圆周运动中的动力学问题 1 向心力的来源 1 向心力的方向沿半径指向圆心 2 向心力来源 一个力或几个力的合力或某个力的分力 2 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 2 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 答案B 图6 答案C 3 如图7所示 用一根细绳一端系一个小球 另一端固定 给小球不同的初速度 使小球在水平面内做角速度不同的圆周运动 则下列细绳拉力F 悬点到轨迹圆心高度h 向心加速度a 线速度v与角速度平方 2的关系图象正确的是 图7 答案A 4 人教版必修2 P26 T4拓展 多选 在光滑水平桌面中央固定一边长为0 3m的小正三棱柱abc 俯视图如图8所示 长度为L 1m的细线 一端固定在a点 另一端拴住一个质量为m 0 5kg 不计大小的小球 初始时刻 把细线拉直在ca的延长线上 并给小球以v0 2m s且垂直于细线方向的水平速度 由于光滑三棱柱的存在 细线逐渐缠绕在三棱柱上 不计细线与三棱柱碰撞过程中的能量损失 已知细线所能承受的最大张力为7N 则下列说法正确的是 图8 A 细线断裂之前 小球速度的大小保持不变B 细线断裂之前 小球的速度逐渐减小C 细线断裂之前 小球运动的总时间为0 7 sD 细线断裂之前 小球运动的位移大小为0 9m 答案ACD 一 二 三 四 求解圆周运动问题 1 运动特点 1 竖直面内的圆周运动一般是变速圆周运动 2 只有重力做功的竖直面内的变速圆周运动机械能守恒 3 竖直面内的圆周运动问题 涉及知识面比较广 既有临界问题 又有能量守恒的问题 要注意物体运动到圆周的最高点的速度 4 一般情况下 竖直面内的圆周运动问题只涉及最高点和最低点的两种情形 竖直面内圆周运动中的临界问题 2 常见模型 典例 2016 海南高考 如图9 光滑圆轨道固定在竖直面内 一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动 已知小球在最低点时对轨道的压力大小为N1 在最高点时对轨道的压力大小为N2 重力加速度大小为g 则N1 N2的值为 A 3mgB 4mgC 5mgD 6mg 图9 解析设小球在最低点速度为v1 在最高点速度为v2 同时从最高点到最低点 根据机械能守恒定律得 联立以上三式可得N1 N2 6mg 故选项D正确 答案D 分析竖直平面内圆周运动临界问题的思路 1 2017 辽宁铁岭联考 飞机由俯冲到拉起时 飞行员处于超重状态 此时座椅对飞行员的支持力大于飞行员所受的重力 这种现象叫过荷 过荷过重会造成飞行员四肢沉重 大脑缺血 暂时失明 甚至昏厥 受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力的影响 g取10m s2 则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲 拉起的速度为100m s时 圆弧轨道的最小半径为 A 100mB 111mC 125mD 250m 图10 答案C 2 2017 山东青岛期末 多选 如图11所示 内壁光滑的大圆管 用一细轻杆固定在竖直平面内 在管内有一小球 可视为质点 做圆周运动 下列说法正确的是 A 小球通过最低点时 小球对圆管的压力向下B 小球通过最高点时 小球对圆管可能无压力C 细杆对圆管的作用力一定大于圆管的重力大小D 细杆对圆管的作用力可能会大于圆管和小球的总重力大小 图11 答案ABD 3 2017 江苏单科 5 如图12所示 一小物块被夹子夹紧 夹子通过轻绳悬挂在小环上 小环套在水平光滑细杆上 物块质量为M 到小环的距离为L 其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为F 小环和物块以速度v向右匀速运动 小环碰到杆上的钉子P后立刻停止 物块向上摆动 整个过程中 物块在夹子中没有滑动 小环和夹子的质量均不计 重力加速度为g 下列说法正确的是 图12 答案D 竖直面内圆周运动模型的应用 题源 人教版必修2 P30 T4 质量为25kg的小孩坐在秋千板上 小孩离系绳子的横梁2 5m 如果秋千板摆到最低点时 小孩运动速度的大小是5m s 她对秋千板的压力是多大 拓展1在上题中若把小孩换成杂技演员 且让演员能在竖直面内做圆周运动 其他条件不变 演员在最低点时的速度至少为 空气阻力不计 g 10m s2 答案C 解析若演员在竖直面内刚好做圆周运动 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 1 求小球在B A两点的动能之比 2 通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点 图13 解析 1 设小球的质量为m 小球在A点的动能为EkA 由机械能守恒得 设小球在B点的动能为EkB 同理有 2 若小球能沿轨道运动到C点 小球在C点所受轨道的正压力FN应满足FN 0 设小球在C点的速度大小为vC 由牛顿运动定律和向心加速度公式有 由 式可知 vC vC 即小球恰好可以沿轨道运动到C点 答案 1 5 1 2 能 理由见解析