《物理(滬科版)必修2教案：第四章 第2講 圓周運動的基本規(guī)律及應用》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理(滬科版)必修2教案：第四章 第2講 圓周運動的基本規(guī)律及應用（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第第 2 講講圓周運動的基本規(guī)律及應用圓周運動的基本規(guī)律及應用一、描述圓周運動的物理量一、描述圓周運動的物理量物理量物理量物理意義物理意義定義、公式、單位定義、公式、單位線速度線速度描述物體沿切向描述物體沿切向運動的快慢程度運動的快慢程度物體沿圓周通過的物體沿圓周通過的弧長弧長與時間的比值與時間的比值vlt單位：單位：m/s方向：沿圓弧方向：沿圓弧切線切線方向方向角速度角速度描述物體繞圓心描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動的快慢轉(zhuǎn)動的快慢連接運動質(zhì)點和圓心的半徑掃過的連接運動質(zhì)點和圓心的半徑掃過的角度角度與時與時間的比值間的比值t單位：單位：rad/s周期和轉(zhuǎn)速周期和轉(zhuǎn)速描述勻速圓周運描述勻速圓周運動的快慢程
2、度動的快慢程度周期周期 T：物體沿圓周運動：物體沿圓周運動一周一周所用的時間，所用的時間，公式公式 T2rv，單位：，單位：s轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n：物體單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的：物體單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)圈數(shù)，單，單位：位：r/s、r/min向心加速度向心加速度描述速度方向變描述速度方向變化快慢的物理量化快慢的物理量大小大?。篴nv2r2r方向：總是沿半徑指向方向：總是沿半徑指向圓心圓心，方向時刻變化，方向時刻變化單位：單位：m/s2v、T、n、a的相互關(guān)系的相互關(guān)系vr2rTav2r2rv2T2r二、向心力二、向心力1定義定義：做圓周運動的物體受到的指向圓心方向的做圓周運動的物體受到的指向圓心方向的合外力
3、合外力，只改變線速度，只改變線速度方向方向，不會改變線速度的，不會改變線速度的大小大小2大小大小：F向向ma向向mv2RmR2mR2T2mR(2f)2.3方向方向：總指向：總指向圓心圓心，時刻變化，是變力，時刻變化，是變力4向心力的向心力的向心力是按向心力是按效果效果來命名的來命名的，對各種情況下向心力對各種情況下向心力的來源要明確的來源要明確三、勻速圓周運動和非勻速圓周運動三、勻速圓周運動和非勻速圓周運動1勻速圓周運動勻速圓周運動(1)運動特點運動特點：線速度的大小線速度的大小恒定恒定，角速度角速度、周期和周期和頻率都恒定不變的圓周運動頻率都恒定不變的圓周運動(2)受力特點受力特點： 合外力
4、完全用來充當合外力完全用來充當向心力向心力 向心力向心力(向心加速度向心加速度)大小大小不變不變、 方向時刻指向方向時刻指向圓心圓心(始終與速度始終與速度方向方向垂直垂直)，是變力，是變力(3)運動性質(zhì)運動性質(zhì)：變加速變加速曲線運動曲線運動(加速度大小不變加速度大小不變、方向方向時刻變時刻變化化)2變速圓周運動變速圓周運動(非勻速圓周運動非勻速圓周運動)(1)運動特點運動特點：線速度大小、方向時刻在改變的圓周運動：線速度大小、方向時刻在改變的圓周運動(2)受力特點受力特點：變速圓周運動的合外力不指向：變速圓周運動的合外力不指向圓心圓心，合外力產(chǎn)，合外力產(chǎn)生兩個效果生兩個效果(如圖所示如圖所示)
5、沿半徑方向的分力沿半徑方向的分力 Fn：此分力即此分力即向心力向心力，產(chǎn)生向心產(chǎn)生向心加速度而改變速度加速度而改變速度方向方向沿切線方向的分力沿切線方向的分力 F：產(chǎn)生切線方向加速度而改變產(chǎn)生切線方向加速度而改變速度速度大小大小(3)運動性質(zhì)運動性質(zhì)： 變加速變加速曲線運動曲線運動(加速度大小加速度大小、 方向都時方向都時刻變化刻變化)四、離心運動四、離心運動1定義定義：做做圓周運動圓周運動的物體的物體，在所受合外力突然消失或不足在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動以提供圓周運動所需向心力所需向心力的情況下的情況下， 就做逐漸遠離圓心的運動就做逐漸遠離圓心的運動2本質(zhì)本質(zhì)：做圓周運動的物體
6、做圓周運動的物體，由于本身的慣性由于本身的慣性，總有沿著總有沿著圓圓周切線方向周切線方向飛出去的傾向飛出去的傾向3受力特點受力特點：(1)當當 Fmr2時，物體做勻速圓周運動；時，物體做勻速圓周運動；(2)當當 F0 時，物體沿時，物體沿切線方向切線方向飛出；飛出；(3)當當 FrC， 據(jù)據(jù) vr 可知可知， 三點的線速度關(guān)三點的線速度關(guān)系系 vAvBvC，A、D 錯錯答案：答案：B在傳動裝置中各物理量之間的關(guān)系在傳動裝置中各物理量之間的關(guān)系傳動類型傳動類型圖示圖示結(jié)論結(jié)論共軸傳動共軸傳動各點角速度各點角速度相同相同，而線速度而線速度 vr 與半徑與半徑 r 成成正比正比，向心加速度大小向心加
7、速度大小 ar2與半徑與半徑 r 成正比成正比皮帶皮帶(鏈鏈條條)傳動傳動當皮帶不打滑時當皮帶不打滑時， 用皮帶連接的兩輪邊沿上的各用皮帶連接的兩輪邊沿上的各點線速度大小相等點線速度大小相等， 由由vr可知可知， 與與 r 成反比成反比，由由 av2r可知，可知，a 與與 r 成反比成反比.11：如圖所示為某一皮帶傳動裝置如圖所示為某一皮帶傳動裝置主動輪的半主動輪的半徑為徑為 r1，從動輪的半徑為從動輪的半徑為 r2.已知主動輪做順時針轉(zhuǎn)動已知主動輪做順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 n，轉(zhuǎn)動過程中皮帶不打滑下列說法正確的是轉(zhuǎn)動過程中皮帶不打滑下列說法正確的是()A從動輪做順時針轉(zhuǎn)動從動輪做順時針轉(zhuǎn)動
8、B從動輪做逆時針轉(zhuǎn)動從動輪做逆時針轉(zhuǎn)動C從動輪的轉(zhuǎn)速為從動輪的轉(zhuǎn)速為r1r2nD從動輪的轉(zhuǎn)速為從動輪的轉(zhuǎn)速為r2r1n解析：解析：因為主動輪順時針轉(zhuǎn)動，從動輪通過皮帶的摩擦力帶因為主動輪順時針轉(zhuǎn)動，從動輪通過皮帶的摩擦力帶動轉(zhuǎn)動，所以從動輪逆時針轉(zhuǎn)動，動轉(zhuǎn)動，所以從動輪逆時針轉(zhuǎn)動，A 錯誤、錯誤、B 正確；由于通過皮正確；由于通過皮帶傳動帶傳動， 皮帶與輪邊緣接觸處的速度相等皮帶與輪邊緣接觸處的速度相等， 所以由所以由 2nr12n2r2，得從動輪的轉(zhuǎn)速為得從動輪的轉(zhuǎn)速為 n2nr1r2，C 正確、正確、D 錯誤錯誤答案：答案：BC勻速圓周運動的實例分析勻速圓周運動的實例分析1汽車轉(zhuǎn)彎類問題汽
9、車轉(zhuǎn)彎類問題汽車汽車(或自行車或自行車)在水平路面上轉(zhuǎn)彎如圖所示路面對汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎如圖所示路面對汽車(或或自行車自行車)的靜摩擦力提供向心力若動摩擦因數(shù)為的靜摩擦力提供向心力若動摩擦因數(shù)為，則由，則由mgmv2R得汽車得汽車(或自行車或自行車)安全轉(zhuǎn)彎的安全轉(zhuǎn)彎的最大速度為最大速度為 v gR.2火車拐彎問題火車拐彎問題設(shè)火車車軌間距為設(shè)火車車軌間距為 L，兩軌高兩軌高度差為度差為 h，火車轉(zhuǎn)彎半徑為，火車轉(zhuǎn)彎半徑為 R，火車質(zhì)量為，火車質(zhì)量為 M，如圖所示，如圖所示因為因為角很小角很小，所以所以 sin tan ，故故hLFnMg，所以向心所以向心力力 FnhLMg.又因為又因為 F
10、nMv2/R，所以車速，所以車速 vghRL.3汽車過橋問題汽車過橋問題項目項目凸形橋凸形橋凹形橋凹形橋受力受力分析圖分析圖以以 a 方向為正方方向為正方向向，根據(jù)牛頓第根據(jù)牛頓第二定律列方程二定律列方程mgFN1mv2rFN1mgmv2rFN2mgmv2rFN2mgmv2r討論討論v 增大，小車對橋的壓力增大，小車對橋的壓力 FN1減小減??；當當 v 增大到增大到 rg時時，F(xiàn)N10v 增大增大， 小車對橋的壓小車對橋的壓力力 FN2增大增大；只要只要 v0，F(xiàn)N1FN2由列表比較可知由列表比較可知， 汽車在凹形橋上行駛對橋面及輪胎損害大汽車在凹形橋上行駛對橋面及輪胎損害大，但在凸形橋上但在
11、凸形橋上， 最高點速率不能超過最高點速率不能超過 gr.在半徑為在半徑為 r 的半圓柱面最的半圓柱面最高點，汽車以高點，汽車以 v gr的速率行駛將脫離橋面的速率行駛將脫離橋面在高速公路的拐彎處在高速公路的拐彎處， 通常路面都是外高內(nèi)低通常路面都是外高內(nèi)低 如如圖所示，在某路段汽車向左拐彎，司機左側(cè)的路面比右側(cè)的路面圖所示，在某路段汽車向左拐彎，司機左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些汽車的運動可看做是做半徑為低一些汽車的運動可看做是做半徑為 R 的圓周運動設(shè)內(nèi)外路的圓周運動設(shè)內(nèi)外路面高度差為面高度差為 h， 路基的水平寬度路基的水平寬度為為 d， 路面的寬度為路面的寬度為 L.已知重力已知重力加速度
12、為加速度為 g.要使車輪與路面之要使車輪與路面之間的橫向摩擦力間的橫向摩擦力(即垂直于前進即垂直于前進方向方向)等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時的等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時的車速應等于車速應等于()A.gRhLB.gRhdC.gRLhD.gRdh解析：解析：汽車做勻速圓周運動，向心力由重力與斜面對汽車的汽車做勻速圓周運動，向心力由重力與斜面對汽車的支持力的合力提供支持力的合力提供， 且向心力的方向水平且向心力的方向水平， 向心力大向心力大小小 F向向mgtan.根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律：F向向mv2R，tan hd，解得汽車轉(zhuǎn)彎時的車解得汽車轉(zhuǎn)彎時的車速速 vgRhd，B 對對答案：答案：B解決圓周運動
13、問題的主要步驟解決圓周運動問題的主要步驟21：“飛車走壁飛車走壁”是一種傳統(tǒng)的雜技藝是一種傳統(tǒng)的雜技藝術(shù)，演員騎車在傾角很大的桶面上術(shù)，演員騎車在傾角很大的桶面上做圓周運動而不掉下來如圖做圓周運動而不掉下來如圖所示所示，已知桶壁的傾角為已知桶壁的傾角為，車和人的總質(zhì)量為車和人的總質(zhì)量為 m，做圓周運做圓周運動的半徑為動的半徑為 r.若使演員騎車做圓周運動時不受桶壁的摩擦若使演員騎車做圓周運動時不受桶壁的摩擦力，下列說法正確的是力，下列說法正確的是()A人和車的速度為人和車的速度為 grtan B人和車的速度為人和車的速度為 grsin C桶面對車的彈力為桶面對車的彈力為mgcos D桶面對車的
14、彈力為桶面對車的彈力為mgsin 解析：解析：對人和車進行受力分析如圖所示根據(jù)直角三角形的對人和車進行受力分析如圖所示根據(jù)直角三角形的邊角關(guān)系和向心力公式可列方程：邊角關(guān)系和向心力公式可列方程：FNcos mg，mgtan mv2r.解得解得 v grtan ，F(xiàn)Nmgcos .答案：答案：AC豎直面內(nèi)圓周運動中的臨界問題豎直面內(nèi)圓周運動中的臨界問題有關(guān)臨界問題出現(xiàn)在變速圓周運動中，豎直平面內(nèi)的圓周運有關(guān)臨界問題出現(xiàn)在變速圓周運動中，豎直平面內(nèi)的圓周運動是典型的變速圓周運動，一般情況下，只討論最高點和最低點動是典型的變速圓周運動，一般情況下，只討論最高點和最低點的情況的情況.(2012濟南模擬
15、濟南模擬)如圖所示，小球緊貼在豎直放如圖所示，小球緊貼在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)壁做圓周運動置的光滑圓形管道內(nèi)壁做圓周運動，內(nèi)側(cè)壁半徑為內(nèi)側(cè)壁半徑為 R，小球小球半徑為半徑為 r，則下列說法正確的是，則下列說法正確的是()A小球通過最高點時的最小速度小球通過最高點時的最小速度 vmin g Rr B小球通過最高點時的最小速度小球通過最高點時的最小速度 vmin0C小球在水平線小球在水平線 ab 以下的管道中運動時，內(nèi)側(cè)管壁以下的管道中運動時，內(nèi)側(cè)管壁對小球一定無作用力對小球一定無作用力D小球在水平線小球在水平線 ab 以上的管道中運動時，外側(cè)管壁以上的管道中運動時，外側(cè)管壁對小球一定有作用力對
16、小球一定有作用力解析：解析：小球沿管上升到最高點的速度可以為零，故小球沿管上升到最高點的速度可以為零，故 A 錯誤，錯誤，B 正確正確；小球在水平線小球在水平線 ab 以下的管道中運動時以下的管道中運動時，由外側(cè)管壁對小由外側(cè)管壁對小球的作用球的作用力力FN與球重力在背離圓心方向的分與球重力在背離圓心方向的分力力 Fmg的合力提供向的合力提供向心力，即：心力，即：FNFmgma，因此，外側(cè)管壁一定對球有作用力，因此，外側(cè)管壁一定對球有作用力，而內(nèi)側(cè)壁無作用力而內(nèi)側(cè)壁無作用力，C 正確正確；小球在水平線小球在水平線 ab 以上的管道中運動以上的管道中運動時，小球受管壁的作用力情況與小球速度大小有
17、關(guān)，時，小球受管壁的作用力情況與小球速度大小有關(guān)，D 錯誤錯誤答案：答案：BC(2012江西南昌模擬江西南昌模擬)如圖所示，兩段長均為如圖所示，兩段長均為 L的輕質(zhì)線共同系住一個質(zhì)量為的輕質(zhì)線共同系住一個質(zhì)量為 m 的小球，另一端分別固的小球，另一端分別固定在等高的定在等高的 A、B 兩點，兩點，A、B 兩點間距也為兩點間距也為 L.現(xiàn)使小球現(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，當小球到達最高點的速率為在豎直平面內(nèi)做圓周運動，當小球到達最高點的速率為 v時時，兩段線中張力恰好均為零兩段線中張力恰好均為零，若小球到達最高點速率若小球到達最高點速率為為2v，則此時每段線中張力為多大？，則此時每段線中張力
18、為多大？(重力加速度為重力加速度為 g)解析：解析：本題屬于最高點無支持物的情況本題屬于最高點無支持物的情況當速率為當速率為 v 時，時，mgmv2R當速率為當速率為 2v 時，滿足時，滿足mgFm 2v 2R得得 F3mg則設(shè)每根線上的張力為則設(shè)每根線上的張力為 FT，滿足：，滿足：2FTcos6023mg即即 FT 3mg.答案：答案：3mg1.如圖是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時的情形轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)如圖是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時的情形轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托車轉(zhuǎn)彎有一個最大安全速度，若超過此速低，摩托車轉(zhuǎn)彎有一個最大安全速度，若超過此速度，摩托車將發(fā)生滑動對于摩托車滑動的問題，度，摩托車將發(fā)生滑動對
19、于摩托車滑動的問題，下列論述正確的是下列論述正確的是()A 摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力作摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力作用用B摩托車所受外力的合力小于所需的向心力摩托車所受外力的合力小于所需的向心力C摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去D摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去解析：解析：本題考查圓周運動的規(guī)律和離心現(xiàn)象摩托車只受重本題考查圓周運動的規(guī)律和離心現(xiàn)象摩托車只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，A 項錯誤；項錯誤；摩托車正確轉(zhuǎn)彎時可看做是做勻速圓周運動，所
20、受的合力等于向摩托車正確轉(zhuǎn)彎時可看做是做勻速圓周運動，所受的合力等于向心力，如果向外滑動，說明提供的向心力即合力小于需要的向心心力，如果向外滑動，說明提供的向心力即合力小于需要的向心力，力，B 項正確；摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間項正確；摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間做離心曲線運動，做離心曲線運動，C、D 項錯誤項錯誤答案：答案：B2如如圖所示圖所示，用細線拴著一個小球用細線拴著一個小球，在光滑水平面上做勻速在光滑水平面上做勻速圓周運動，則下列說法中正確的是圓周運動，則下列說法中正確的是()A 小球線速度大小一定時小球線速度大小一定時， 線越長越容易斷線越長越容易斷B
21、小球線速度大小一定時小球線速度大小一定時，線越短越容易斷線越短越容易斷C小球角速度一定時，線越長越容易斷小球角速度一定時，線越長越容易斷D 小球角速度一定時小球角速度一定時， 線越短一定越容易斷線越短一定越容易斷解析：解析：小球線速度大小一定時，線的拉力大小與線的長度小球線速度大小一定時，線的拉力大小與線的長度 L的關(guān)系可用的關(guān)系可用 Fmv2L來判斷來判斷； 小球角速度一定時小球角速度一定時， 線的拉力大小與線的拉力大小與線的長度線的長度 L 的關(guān)系可用的關(guān)系可用 Fm2L 來判斷來判斷答案：答案：BC3.如圖所示的齒輪傳動裝置中如圖所示的齒輪傳動裝置中， 主動輪的齒數(shù)主動輪的齒數(shù) z124
22、， 從動輪從動輪的齒數(shù)的齒數(shù) z28， 當主動輪以角速度當主動輪以角速度順時針轉(zhuǎn)動時順時針轉(zhuǎn)動時， 從動從動輪的運動情況是輪的運動情況是()A順時針轉(zhuǎn)動，周期為順時針轉(zhuǎn)動，周期為 2/3B逆時針轉(zhuǎn)動，周期為逆時針轉(zhuǎn)動，周期為 2/3C順時針轉(zhuǎn)動，周期為順時針轉(zhuǎn)動，周期為 6/D逆時針轉(zhuǎn)動，周期為逆時針轉(zhuǎn)動，周期為 6/解析解析：主動輪順時針轉(zhuǎn)動主動輪順時針轉(zhuǎn)動，從動輪逆時針轉(zhuǎn)動從動輪逆時針轉(zhuǎn)動，兩兩輪邊緣的線速度相等，由齒數(shù)關(guān)系知主動輪轉(zhuǎn)一周時輪邊緣的線速度相等，由齒數(shù)關(guān)系知主動輪轉(zhuǎn)一周時，從動輪轉(zhuǎn)三周，故從動輪轉(zhuǎn)三周，故 T從從23，B 正確正確答案：答案：B4如圖所示，長如圖所示，長為為
23、L 的輕桿一端固定一質(zhì)量為的輕桿一端固定一質(zhì)量為 m 的小球，的小球，另一端可繞固定光滑水平轉(zhuǎn)軸另一端可繞固定光滑水平轉(zhuǎn)軸 O 轉(zhuǎn)動，現(xiàn)使小球在豎直平轉(zhuǎn)動，現(xiàn)使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動面內(nèi)做圓周運動，C 為圓周的最高點為圓周的最高點， 若小球通過圓周最低若小球通過圓周最低點點 D 的速度大小為的速度大小為 6gL，則小球在，則小球在 C 點點()A速度等于速度等于 gLB速度大于速度大于 gLC受到輕桿向上的彈力受到輕桿向上的彈力D受到輕桿向下的拉力受到輕桿向下的拉力解析：解析：小球從最低點轉(zhuǎn)到最高點，由小球從最低點轉(zhuǎn)到最高點，由 2mgL12mv2D12mv2C，解得解得 vC 2gL，
24、則小球在則小球在 C 點的速度大于點的速度大于 gL， B 項對項對 在在 C 點點，由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得 Fmgmv2CL，得，得 Fmg，F(xiàn) 方向向下，故方向向下，故 D項正確項正確答案：答案：BD5.“飛車走壁飛車走壁”雜技表演比較受青少年的喜愛，這項運動由雜技表演比較受青少年的喜愛，這項運動由雜技演員駕駛摩托車，簡化后的模型如圖所示表演者沿表演臺雜技演員駕駛摩托車，簡化后的模型如圖所示表演者沿表演臺的側(cè)壁做勻速圓周運動若表演時雜技演員和摩托的側(cè)壁做勻速圓周運動若表演時雜技演員和摩托車的總質(zhì)量不變摩托車與側(cè)壁間沿側(cè)壁傾斜方向車的總質(zhì)量不變摩托車與側(cè)壁間沿側(cè)壁傾斜方向的摩擦力恰
25、好為零，軌道平面離地面的高度為的摩擦力恰好為零，軌道平面離地面的高度為 H、側(cè)壁傾斜角度側(cè)壁傾斜角度不變，則下列說法中正確的是不變，則下列說法中正確的是()A摩托車做圓周運動的摩托車做圓周運動的 H 越高，向心力越大越高，向心力越大B摩托車做圓周運動的摩托車做圓周運動的 H 越高，線速度越大越高，線速度越大C摩托車做圓周運動的摩托車做圓周運動的 H 越高，向心力做功越高，向心力做功越多越多D摩托車對側(cè)壁的壓力隨高度摩托車對側(cè)壁的壓力隨高度 H 變大而減小變大而減小解析：解析：考查圓周運動向心力相關(guān)知識，學生的分析能力、建考查圓周運動向心力相關(guān)知識，學生的分析能力、建模能力經(jīng)分析可知向心力由重力及側(cè)壁對摩托車彈力的合力提模能力經(jīng)分析可知向心力由重力及側(cè)壁對摩托車彈力的合力提供，因摩托車和演員整體做勻速圓周運動，所受合外力等于向心供，因摩托車和演員整體做勻速圓周運動，所受合外力等于向心力，因而力，因而 B 正確正確答案：答案：B
物理(滬科版)必修2教案：第四章 第2講 圓周運動的基本規(guī)律及應用
