2019年高考物理总复习 专题05 圆周运动精准导航学案.doc

专题05 圆周运动考纲定位本讲共3个考点，两个一级考点，（1）匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度 （2）离心现象一个二级考点（1）匀速圆周运动的向心力考试多从二级考点命制试题，选择题相对不是特别难，但是比较多综合题往往要结合功和能动量等知识命制。必备知识1解决圆周运动力学问题的关键(1)正确进行受力分析，明确向心力的来源，确定圆心以及半径(2)列出正确的动力学方程Fmmr2mvmr.结合vr、T等基本公式进行求解2抓住“两类模型”是解决问题的突破点(1)模型1水平面内的圆周运动，一般由牛顿运动定律列方程求解(2)模型2竖直面内的圆周运动(绳球模型和杆球模型)，通过最高点和最低点的速度常利用动能定理(或机械能守恒)来建立联系，然后结合牛顿第二定律进行动力学分析求解3竖直平面内圆周运动的两种临界问题(1)绳球模型：小球能通过最高点的条件是v.(2)杆球模型：小球能通过最高点的条件是v0.题型洞察一.题型研究一：轻绳模型（一）真题再现1（2018江苏卷）火车以60 m/s的速率转过一段弯道，某乘客发现放在桌面上的指南针在10 s内匀速转过了约10在此10 s时间内，火车（ ）A. 运动路程为600 mB. 加速度为零C. 角速度约为1 rad/sD. 转弯半径约为3.4 km【答案】AD【解析】本题考查匀速圆周的概念，意在考查考生的理解能力。圆周运动的弧长s=vt=6010m=600m，选项A正确；火车转弯是圆周运动，圆周运动是变速运动，所以合力不为零，加速度不为零，故选项B错误；由题意得圆周运动的角速度rad/s= rad/s，又，所以m=3439m，故选项C错误、D正确。2. (2016全国卷甲T16)小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上，P球的质量大于Q球的质量，悬挂P球的绳比悬挂Q球的绳短。将两球拉起，使两绳均被水平拉直，如图所示。将两球由静止释放。在各自轨迹的最低点()AP球的速度一定大于Q球的速度BP球的动能一定小于Q球的动能CP球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力DP球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度【答案】C3. (2016全国卷丙T20)如图所示，一固定容器的内壁是半径为R的半球面；在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P.它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中，克服摩擦力做的功为W.重力加速度大小为g.设质点P在最低点时，向心加速度的大小为a，容器对它的支持力大小为N，则()AaBaCNDN【答案】AC（二）精准练习1如图所示，竖直环A半径为r，固定在木板B上，木板B放在水平地面上，B的左右两侧各有一挡板固定在地上，B不能左右运动，在环的最低点静止放有一小球C，A、B、C的质量均为m.现给小球一水平向右的瞬时速度v，小球会在环内侧做圆周运动，为保证小球能通过环的最高点，且不会使环在竖直方向上跳起(不计小球与环的摩擦阻力)，则瞬时速度v必须满足()A最小值 B最小值C最大值 D最大值【答案】BD【解析】要保证小球能通过环的最高点，在最高点最小速度满足mg，由最低点到最高点由机械能守恒得mg2r，可得小球在最低点瞬时速度的最小值为，故选项A错误，B正确；为了不会使环在竖直方向上跳起，在最高点有最大速度时，球对环的压力为2mg，满足3mg，从最低点到最高点由机械能守恒得mg2r，可得小球在最低点瞬时速度的最大值为，故选项C错误，D正确2如图所示，不可伸长的轻绳长为，一端固定在O点，另一端拴接一质量为m的小球，将小球拉至与O等高，细绳处于伸直状态的位置后由静止释放，在小球由静止释放到运动至最低点的过程中，小球所受阻力做的功为W，重力加速度为g，则小球到达最低点时()A向心加速度B向心加速度C绳的拉力D绳的拉力【答案】AC【解析】从最高点到最低点过程中，重力做功，阻力做功，根据动能定理可得，在最低点重力和绳子的拉力充当向心力，所以有，联立可得，根据公式可得，AC正确；二.题型研究二：轻杆模型（一）真题再现1.（2017新课标 14）如图，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环，小环由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，大圆环对它的作用力A.一直不做功B.一直做正功C.始终指向大圆环圆心D.始终背离大圆环圆心【答案】A【解析】大圆环光滑，则大圆环对小环的作用力总是沿半径方向，与速度方向垂直，故大圆环对小环的作用力一直不做功，选项A正确，B错误；开始时大圆环对小环的作用力背离圆心，最后指向圆心，故选项CD错误；故选A. 2 (2014全国卷T17)如图，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下重力加速度大小为g.当小环滑到大环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为()AMg5mg BMgmgCMg5mg DMg10mg【答案】C解法二设小环滑到大环最低点时速度为v，加速度为a，根据机械能守恒定律mv2mg2R，且a，所以a4g，以整体为研究对象，受力情况如图所示FMgmgmaM0所以FMg5mg，C正确（二）精准练习1如图所示，一内壁光滑、质量为m、半径为r的环形细圆管，用硬杆竖直固定在天花板上，有一质量为m的小球(可看做质点)在圆管中运动小球以速率v0经过圆管最低点时，杆对圆管的作用力大小为()A BmgC2mg D2mg【答案】C【解析】以球为研究对象，根据牛顿第二定律得，FNmg，解得FNmg.由牛顿第三定律知：球对圆管的作用力大小FNFNmg，方向向下再以圆管为研究对象，由平衡条件可得：杆对圆管的作用力大小FmgFN2mg.2如图所示，半径为R，内径很小的光滑半圆形管道竖直放置，其底端与水平地面相切一质量为m的小球(小球直径很小且略小于管道内径)以某一水平初速度进入管内，小球通过最高点P时，对管壁的压力大小为0.5mg(不考虑小球落地后反弹情况)，则()A小球落地点到P点的水平距离可能为RB小球落地点到P点的水平距离可能为RC小球进入圆管道的初速度可能为D小球进入圆管道的初速度可能为【答案】AD三.题型研究三：转盘模型（一）真题再现1(2014全国卷T20)如图.两个质盘均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a与转轴OO的距离为l, b与转轴的距离为2l。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是()Ab一定比a先开始滑动B a、b所受的摩擦力始终相等C是b开始滑动的临界角速度D当时，a所受摩擦力的大小为kmg【答案】A C【解析】两物块共轴转动，角速度相等，b的转动半径是a的2倍，所以b物块最先达到最大静摩擦，最先滑动，A对的；两物块的向心力由静摩擦力提供的，由于半径不等，所以向心力不等，B错误的；当b要滑动时kmg=m22l，所以C对的；同理a要滑动时，kmg=m2l，解得其临界角速度，显然实际角速度小于临界角速度，a还没达到最大静摩擦力，D错误的。2. (2014全国卷T21)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为vc时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处()A.路面外侧高内侧低 B.车速只要低于vc，车辆便会向内侧滑动 C.车速虽然高于vc，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D.当路面结冰时，与未结冰时相比，vc的值变小 【答案】AC【解析】据题意，当汽车行驶的速率为vc时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处，汽车与地面间没有摩擦力的作用，向心力由重力和地面支持力的合力提供，故路面外侧高内侧低，A正确；车速小于vc时，汽车的向心力减小，由于地面比较粗糙，故汽车受到的静摩擦力将会阻碍车辆向内侧滑动，B错误；同理可知只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动，C正确；由选项A的分析可知当路面结冰时，与未结冰时相比，向心力的大小不变，故临界速度vc的值不变，D错误。（二）精准练习1摩擦传动是传动装置中的一个重要模型，如图所示，甲、乙两个水平放置的轮盘靠摩擦传动，其中O、O分别为两轮盘的轴心，已知r甲r乙31，且在正常工作时两轮盘不打滑今在两轮盘上分别放置两个同种材料制成的滑块a、b，两滑块与轮盘间的动摩擦因数相等，两滑块到轴心O、O的距离分别为Ra、Rb，且Ra2Rb.若轮盘乙由静止开始缓慢地转动，且转速逐渐增大，则下列叙述正确的是()A滑块相对轮盘开始滑动前，a、b的角速度大小之比为ab13B滑块相对轮盘开始滑动前，a、b的向心加速度大小之比为aaab13C转速增大后最终滑块a先发生相对滑动D转速增大后最终滑块b先发生相对滑动【答案】AD 2如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度转动，盘面上离转轴距离2.5 m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止物体与盘面间的动摩擦因数为 (设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，盘面与水平面的夹角为30，g取10 m/s2.则的最大值是()A. rad/s B. rad/s C1.0 rad/s D0.5 rad/s【答案】C【解析】当物体转到圆盘的最低点恰好不滑动时，转盘的角速度最大，其受力如图所示(其中O为对称轴位置)由沿斜面的合力提供向心力，有mgcos 30mgsin 30m2R得1.0 rad/s，选项C正确3如图所示，叠放在水平转台上的物体A、B、C能随转台一起以角速度匀速转动，A、B、C的质量分别为3m、2m、m，A与B及B、C与转台间的动摩擦因数都为，AB整体、C离转台中心的距离分别为r、1.5r.设本题中的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法正确的是()AB对A的摩擦力一定为3mgBB对A的摩擦力一定为3m2rC转台的角速度一定满足：D转台的角速度一定满足：【答案】BD【解析】A做圆周运动的向心力由B对A的摩擦力提供，由牛顿第二定律及向心加速度公式有：Ff3m2r，B项正确；A、B整体恰好未发生相对转台的滑动时(3m2m)g(3m2m)2r，解得角速度最大值为，C恰好未发生相对滑动时，mg1.5m2r，解得，所以D选项正确