《南方新高考高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題四 曲線運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力定律 第3講 勻速圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《南方新高考高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題四 曲線運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力定律 第3講 勻速圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課件（46頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3講勻速圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量1.線速度：描述質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量.某點(diǎn)的線速通過(guò)的弧長(zhǎng).2.角速度：描述質(zhì)點(diǎn)繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量，大小為切線rad/s3.周期和頻率：運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間叫周期，用 T 表示；質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)繞圓心轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)叫頻率，用 f 表示.4.向心力圓心大小(1)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，會(huì)受到指向_的合外力作用，這個(gè)合外力叫做向心力.(2)向心力總是指向_，始終與線速度垂直，只改變速度的方向而不改變速度的_.Fmv2rFm2r(3)向心力的公式為_(kāi)或_.圓心5.向心加速度(1)物理意義：描述某點(diǎn)線速度方向改變的快慢.(3)方向：總是指向_，與線速
2、度方向垂直.圓心【基礎(chǔ)檢測(cè)】1.(多選)如圖 4-3-1 所示，由于地球的自轉(zhuǎn)，地球表面上 P、O 兩物體均繞地球自轉(zhuǎn)軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)于 P、O 兩物體的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A.P、O 兩點(diǎn)的角速度大小相等B.P、O 兩點(diǎn)的線速度大小相等C.同一物體在 O 點(diǎn)的向心加速度比在 P 點(diǎn)的向心加速度大圖 4-3-1D.放在 P、O 兩處的物體均只受重力和支持力兩個(gè)力作用解析：同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的不同點(diǎn)角速度相等，A 正確；P、O 兩點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不同，根據(jù) vr 可知，兩點(diǎn)的線速度大小不同，B 錯(cuò)誤；根據(jù) a2r 可知，同一物體在 O 點(diǎn)的向心加速度比在 P 點(diǎn)的向心加速度大，C 正確；放在
3、P、O 兩處的物體均只受萬(wàn)有引力和支持力兩個(gè)力的作用，D 錯(cuò)誤.答案：AC二、勻速圓周運(yùn)動(dòng)和非勻速圓周運(yùn)動(dòng)1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)大小不變不變指向圓心(1)定義：線速度_的圓周運(yùn)動(dòng).(2)性質(zhì)：向心加速度大小_，方向_的曲線運(yùn)動(dòng).(3)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件：合力大小不變，方向始終與速度方向垂直且指向_.圓心2.非勻速圓周運(yùn)動(dòng)(1)定義：線速度大小、方向均_的圓周運(yùn)動(dòng).(2)合力的作用發(fā)生變化大小方向合力沿速度方向的分量 Ft產(chǎn)生切向加速度，F(xiàn)tmat ，它只改變速度的_.合力沿半徑方向的分量 Fn 產(chǎn)生向心加速度，F(xiàn)nman ，它只改變速度的_.【基礎(chǔ)檢測(cè)】2.(多選)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)
4、法正確的是()A.速度的大小和方向都改變B.勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)C.當(dāng)物體所受合力全部用來(lái)提供向心力時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)D.向心加速度大小不變，方向時(shí)刻改變答案：CD三、離心現(xiàn)象圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力1.概念：做_的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)_的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng).2.本質(zhì)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，總有沿著_飛出去的傾向.圓周切線方向3.受力特點(diǎn)mr2圓周切線方向(1)當(dāng) F_時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng).(2)當(dāng) F0 時(shí)，物體沿_飛出.mr2(3)當(dāng) F_時(shí)，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心.(4)當(dāng) Fm2r 時(shí)，物體逐漸靠近圓心.【基礎(chǔ)檢測(cè)】3.公路急轉(zhuǎn)彎處通
5、常是交通事故多發(fā)地帶.如圖 4-3-2 所示，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車(chē)行駛的速率為 vc 時(shí)，汽車(chē)恰好沒(méi)有向公路內(nèi)、外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)，則在該彎道處()圖 4-3-2A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低B.車(chē)速只要低于 vc ，車(chē)輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C.車(chē)速雖然高于 vc ，但只要不超出某一最高限度，車(chē)輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D.當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比， vc 的值變小解析：汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，恰好沒(méi)有向公路內(nèi)、外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)，說(shuō)明公路外側(cè)高一些，支持力的水平分力剛好提供向心力，此時(shí)汽車(chē)不受靜摩擦力的作用，與路面是否結(jié)冰無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)A 正確，選項(xiàng) D 錯(cuò)誤；當(dāng) v vc 時(shí)，支持力的水平分力小于所需向心力，汽車(chē)有向
6、外側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)，在摩擦力大于最大靜摩擦力前不會(huì)側(cè)滑，故選項(xiàng) B 錯(cuò)誤，選項(xiàng)C 正確.答案：AC考點(diǎn) 1 圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 重點(diǎn)歸納2.傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)(1)共軸轉(zhuǎn)動(dòng)：固定在一起共軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，各點(diǎn)角速度相等. 典例剖析例 1：(多選)如圖 4-3-3 所示為一皮帶傳動(dòng)裝置，右輪的半徑為 r，a 是它邊緣上的一點(diǎn)，左側(cè)是一輪軸，大輪的半徑是 4r，小輪的半徑為 2r，b 點(diǎn)在小輪上，到小輪中心的距離為 r，c 點(diǎn)和 d 點(diǎn)分別位于小輪和大輪的邊緣上.若在傳動(dòng)過(guò)程中，皮帶不打滑，則()A.a 點(diǎn)與 b 點(diǎn)的線速度大小相等B.a 點(diǎn)與 b 點(diǎn)的角速度大小相等圖 4-3-3C.a 點(diǎn)與 c 點(diǎn)的線速
7、度大小相等D.a 點(diǎn)與 d 點(diǎn)的向心加速度大小相等思維點(diǎn)撥：求解此題先找出 a、c 兩點(diǎn)線速度大小相等，b、v2r解析：a、c 兩點(diǎn)是傳送帶傳動(dòng)的兩輪子邊緣上兩點(diǎn)，則vavc，b、c 兩點(diǎn)為共軸的輪子上兩點(diǎn)，bc，rc2rb，則vc2vb，所以va2vb，故A 錯(cuò)誤，C 正確.a、c 兩點(diǎn)是傳送帶傳動(dòng)的兩輪子邊緣上兩點(diǎn)，則vavc ，b、c 兩點(diǎn)為共軸的輪子所以 aaad.故 D 正確.答案：CDc、d 三點(diǎn)角速度大小相等，然后利用公式 vr，a 求解.備考策略：求解此類(lèi)問(wèn)題，一是對(duì)皮帶傳動(dòng)和輪軸的特點(diǎn)要明確，二是線速度、角速度、向心加速度與半徑的關(guān)系要清楚.從而能熟練地運(yùn)用在線速度或角速度相
8、等時(shí)，角速度、線速度、加速度與半徑的比值關(guān)系.【考點(diǎn)練透】1.(多選)如圖 4-3-4 所示為一鏈條傳動(dòng)裝置的示意圖.已知主動(dòng)輪是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的，轉(zhuǎn)速為 n，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的齒數(shù)比為 k，以下說(shuō)法中正確的是()A.從動(dòng)輪是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的B.主動(dòng)輪和從動(dòng)輪邊緣的線速度大小相等C.從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為 nk圖 4-3-4D.從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nk解析：主動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)輪也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，用鏈條傳動(dòng)，兩輪邊緣線速度大小相等，A 錯(cuò)誤，B 正確；由 r主：r從k,2nr主2n從r從可得n從nk ，C 正確，D 錯(cuò)誤.答案：BC考點(diǎn) 2 圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 重點(diǎn)歸納1.向心力的來(lái)源(1)向心力是按力的作
9、用效果命名的，可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力，因此在受力分析中要避免添加向心力.(2)將物體受到的合力沿向心方向和垂直向心方向分解，沿向心方向的分力就是向心力.(3)圓周運(yùn)動(dòng)中，物體受到的合力不一定等于向心力，只有當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心力才與合力相等.2.向心力的確定(1)確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡所在的平面，確定圓心的位置.(2)分析物體的受力情況，找出所有力沿半徑方向指向圓心的分力，這些分力的合力就是向心力.(3)無(wú)論物體是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力(4)在變速圓周運(yùn)動(dòng)中(如豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng))，合外力沿半徑方向的分力充當(dāng)向心力，會(huì)改變速度
10、的方向；合外力沿軌道切線方向的分力則會(huì)改變速度的大小. 典例剖析例 2：如圖 4-3-5 所示，“旋轉(zhuǎn)秋千”中的兩個(gè)座椅 A、B質(zhì)量相等，通過(guò)相同長(zhǎng)度的纜繩懸掛在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上.不考慮空氣阻力的影響，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)繞豎直的中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A.A 的速度比 B 的大B.A 與 B 的向心加速度大小相等圖 4-3-5C.懸掛 A、B 的纜繩與豎直方向的夾角相等D.懸掛 A 的纜繩所受的拉力比懸掛 B 的小解析：A、B 繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相等，即AB ，但 rArB ，根據(jù) vr 得，A 的速度比 B 的小，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤；根據(jù) a2r 得，A 的向心加速度比 B 的小，選項(xiàng) B
11、 錯(cuò)誤；A、B 做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況如圖 4-3-6 所示，根據(jù)豎直方向的夾角小，選項(xiàng) C 錯(cuò)誤；由圖知mgFTcos ，即 FTmgcos ，所以懸掛 A 的纜繩受到的圖 4-3-6拉力小，選項(xiàng) D 正確.答案：D【考點(diǎn)練透】2.如圖 4-3-7 所示，長(zhǎng)為 L 的細(xì)繩一端固定，另一端系一質(zhì)量為 m 的小球.給小球一個(gè)合適的初速度，小球便可在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)圓錐擺，設(shè)細(xì)繩與豎直方向的夾角為 .下列說(shuō)法中正確的是()A.小球受重力、細(xì)繩的拉力和向心力作用B.小球受重力、細(xì)繩的拉力的作用C. 越大，小球運(yùn)動(dòng)的線速度越大圖 4-3-7D. 越大，小球運(yùn)動(dòng)的線速度越小答案：
12、BC模型 1 水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)水平面內(nèi)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)：(1)物體所受合外力大小不變，方向總是沿水平方向指向圓心，豎直方向合力為零.(2)合外力充當(dāng)向心力.實(shí)例：圓錐擺、火車(chē)轉(zhuǎn)彎(如下圖所示)、飛機(jī)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)等.例 3：如圖 4-3-8 所示，半徑為 R 的半球形陶罐，固定在可以繞豎直軸旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸與過(guò)陶罐球心 O 的對(duì)稱(chēng)軸 OO重合.轉(zhuǎn)臺(tái)以一定角速度勻速旋轉(zhuǎn)，一質(zhì)量為 m 的小物塊落入陶罐內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小物塊隨陶罐一起轉(zhuǎn)動(dòng)且相對(duì)罐壁靜止，它和 O 點(diǎn)的連線與 OO之間的夾角 為 60，重力加速度大小為 g.(1)若0，小物塊受到的摩擦力恰好為零，求0
13、.(2)若(1k)0，且 0k1，求小物塊受到的摩擦力大小和方向.圖 4-3-8解：(1)當(dāng)0 時(shí)，小物塊只受重力和支持力作用，如圖4-3-9 甲所示，其合力提供向心力，有甲丙乙圖 4-3-9(2)當(dāng)(1k)0，且 0k1 時(shí)，所需要的向心力大于0 時(shí)的向心力，故摩擦力方向沿罐壁的切線方向向下.建立如圖乙所示坐標(biāo)系.在水平方向上： FNsin Ffcos m2r在豎直方向上： FNcos Ffsin mg0由幾何關(guān)系知 rRsin 當(dāng)(1k)0 時(shí)，摩擦力的方向沿罐壁的切線方向向上.建立如圖丙所示的坐標(biāo).在水平方向上： FNsin Ffcos m2r在豎直方向上： FNcos Ffsin mg
14、0由幾何關(guān)系知 rRsin 【觸類(lèi)旁通】1.為確保行車(chē)安全， 在高速公路的不同路段都會(huì)豎有限速指示牌.若有一段直行連接彎道的路段，其彎道半徑 R 為 60 m，彎道路面的傾斜角度為 5，最大靜摩擦力為壓力的0.37 倍.假定直行路段的限速為 120 km/h，限速指示牌的可見(jiàn)視野為 100 m，駕駛員的操作反應(yīng)時(shí)間為 2 s，為保持平穩(wěn)減速，限定最大減速加速度為 2.5 m/s2.已知 tan 50.087，g10 m/s2，試計(jì)算：(1)指示牌應(yīng)標(biāo)注的限速為多少？(2)至少應(yīng)該在彎道前多少距離處設(shè)置限速指示牌.解：(1)彎道最高車(chē)速時(shí)受力如圖 D19 所示，則圖 D19mgFfsin FNc
15、os v2RFNsin Ffcos mFfFN 聯(lián)立以上各式解得即指示牌應(yīng)標(biāo)注的限速為 60 km/h.(2)直行路段的限速 v2 120 km/h33.3 m/sv160 km/h16.7 m/s人反應(yīng)時(shí)間內(nèi)車(chē)通過(guò)的距離 lv2t66.6 m設(shè)置限速牌的距離 sl100 m132.6 m故至少應(yīng)該在彎道前 132.6 m 的距離處設(shè)置限速指示牌.模型 2 豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)(1)概述：在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，按運(yùn)動(dòng)至軌道最高點(diǎn)時(shí)的受力情況可分為兩類(lèi).一類(lèi)是無(wú)支撐體，如球與繩連接、沿內(nèi)軌道的過(guò)山車(chē)、水流星等，稱(chēng)為“繩(環(huán))約束模型”，另一類(lèi)是有支撐體，如球與桿連接、汽車(chē)過(guò)拱形橋、物體在
16、彎管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)等，稱(chēng)為“桿(管道)約束模型”.類(lèi)型輕繩模型輕桿模型情景圖示彈力特征彈力可能向下，也可能等于零彈力可能向下，可能向上，也可能等于零受力示意圖力學(xué)方程(2)兩類(lèi)模型的對(duì)比類(lèi)型輕繩模型輕桿模型臨界特征 v2FT0，即 mgm ，得 rvv0，即 F向0，此時(shí)FNmg v 的意義物體能否過(guò)最高點(diǎn)的臨界點(diǎn)FN 表現(xiàn)為拉力還是支持力的臨界點(diǎn)(續(xù)表)grgr例 4：(多選，2016 年湖北宜昌聯(lián)考)如圖 4-3-10 所示，半徑為 R 的光滑細(xì)圓環(huán)軌道被固定在豎直平面上，軌道正上方和正下方分別有質(zhì)量為 2m 和 m 的靜止小球 A、B，它們由長(zhǎng)為2R 的輕桿固定連接，圓環(huán)軌道內(nèi)壁開(kāi)有環(huán)形小槽，
17、可使細(xì)桿無(wú)摩擦、無(wú)障礙地繞其中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng).現(xiàn)在對(duì)上方小球 A 施加微小擾動(dòng).兩球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后，下列說(shuō)法正確的是()圖 4-3-10A.輕桿轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)兩球的加速度大小相等B.輕桿轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)兩球的加速度大小不相等解析：兩球做圓周運(yùn)動(dòng)，在任意位置角速度相等，則線速度和向心加速度大小相等，選項(xiàng) A 正確，B 錯(cuò)誤；A、B 球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，當(dāng)系統(tǒng)重力勢(shì)能最小(即 A 在最低點(diǎn))時(shí)，答案：ACD【觸類(lèi)旁通】2.(2016 年新課標(biāo)全國(guó)卷)如圖 4-3-11 所示小球 P 和 Q 用不可伸長(zhǎng)的輕繩懸掛在天花板上，P 球的質(zhì)量大于 Q 球的質(zhì)量，懸掛 P 球的繩比懸掛 Q 球的繩短.將兩球拉起，使
18、兩繩均被水平拉直.將兩球由靜止釋放，在各自軌跡的最低點(diǎn)()圖 4-3-11A.P 球的速度一定大于 Q 球的速度B.P 球的動(dòng)能一定小于 Q 球的動(dòng)能C.P 球所受繩的拉力一定大于 Q 球所受繩的拉力D.P 球的向心加速度一定小于 Q 球的向心加速度答案：C易錯(cuò)點(diǎn) 豎直平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)例 4：質(zhì)量為 m 的石塊從半徑為 R 的半球形的碗口下滑到碗的最低點(diǎn)的過(guò)程中，如果摩擦力的作用使得石塊的速度大小不變，如圖 4-3-12 所示，那么()A.因?yàn)樗俾什蛔?，所以石塊的加速度為零B.石塊下滑過(guò)程中受的合外力越來(lái)越大C.石塊下滑過(guò)程中受的摩擦力大小不變圖 4-3-12D.石塊下滑過(guò)程中的加速度大小
19、不變，方向始終指向球心正解分析：由于石塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，只存在向心加速度，大小不變，方向始終指向球心，D 正確，A 錯(cuò)誤.由 F合F向ma向 知合外力大小不變，B 錯(cuò)誤.又因?yàn)槭瘔K在運(yùn)動(dòng)方向(切線方向)上合力為零，才能保證速率不變，在該方向重力的分力不斷減小，所以摩擦力不斷減小，C 錯(cuò)誤.答案：D指點(diǎn)迷津：豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，如果是“繩球模型”或“桿球模型”，都屬于變速圓周運(yùn)動(dòng)，一般只討論最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中它們也滿(mǎn)足機(jī)械能守恒.少數(shù)豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，如果題目中有速度大小(速率)不變的條件，則它們是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，就不能再簡(jiǎn)單套用“繩球模型”或“桿球模型”了.【觸類(lèi)旁通】3.(2015 年湖南四校聯(lián)考)如圖 4-3-13 所示，在粗糙水平板上放一個(gè)物塊，使水平板和物塊一起在豎直平面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，ab 為水平直徑，cd 為豎直直徑，在運(yùn)動(dòng)過(guò))程中木板始終保持水平，物塊相對(duì)木板始終靜止，則(圖 4-3-13A.物塊始終受到三個(gè)力作用B.只有在 a、b、c、d 四點(diǎn)，物塊受到合外力才指向圓心C.從 a 到 b，物體所受的摩擦力先增大后減小D.從 b 到 a，物塊處于超重狀態(tài)答案：D
南方新高考高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題四 曲線運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力定律 第3講 勻速圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課件
