2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13講 圓周運(yùn)動(dòng)課件 新人教版.ppt

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考點(diǎn)分階突破 高考模擬演練 教師備用習(xí)題 考綱解讀 第13講 掌握描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及它們之間的關(guān)系 理解向心力公式并能應(yīng)用其解決實(shí)際問題 了解物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件 掌握豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的模型 考點(diǎn)一圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 知能必備 切線 圓心 圓心 考向探究 例1 2018 杭州選考模擬 共享單車 極大地方便了人們的出行 如圖13 1所示 某 共享單車 通過變速器調(diào)整鏈條在輪盤和飛輪的掛入位置 從而改變行駛速度 輪盤和飛輪的齒數(shù)如下表所示 圖13 1 則下列說法中正確的是 A 當(dāng)A輪與C輪組合時(shí) 兩輪的轉(zhuǎn)速之比為1 1B 當(dāng)A輪與C輪組合時(shí) 兩輪邊緣上的點(diǎn)的線速度大小之比為1 2C 當(dāng)B輪與E輪組合時(shí) 兩輪角速度之比為1 3D 當(dāng)B輪與E輪組合時(shí) 兩輪邊緣上的點(diǎn)的向心加速度大小之比為3 1 答案 C 變式1 圓周運(yùn)動(dòng)中的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 在同一水平面內(nèi)有兩個(gè)圍繞各自固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤A B 轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖13 2所示 在A盤上距圓心48cm處固定一個(gè)小球P 在B盤上距圓心16cm處固定一個(gè)小球Q 已知P Q轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小都為4 m s 當(dāng)P Q相距最近時(shí)開始計(jì)時(shí) 經(jīng)過一段時(shí)間兩球相距最遠(yuǎn) 則這個(gè)時(shí)間的最小值為 A 0 08sB 0 12sC 0 24sD 0 48s 圖13 2 答案 B 答案 BC 方法技巧 常見的兩種傳動(dòng)方式及特點(diǎn)1 摩擦傳動(dòng) 如圖13 4甲和乙所示 皮帶與兩輪之間無相對(duì)滑動(dòng)時(shí) 以及如圖13 4丙所示 兩輪邊緣接觸 接觸點(diǎn)無打滑現(xiàn)象時(shí) 相互接觸的點(diǎn) 轉(zhuǎn)輪與皮帶上的接觸點(diǎn)或相互密合的轉(zhuǎn)輪圓周上的點(diǎn) 在相等時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)相等 兩輪邊緣的線速度大小相等 即vA vB 圖13 4 考點(diǎn)二圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析 知能必備 1 向心力 1 效果 產(chǎn)生向心加速度 只改變速度的方向 2 大小 F man m 2r 4m 2rf2 3 方向 總是指向 時(shí)刻 是一個(gè)變力 4 特點(diǎn) 向心力是按照作用效果命名的力 不是一種新的性質(zhì)的力 它可以由一個(gè)力提供 也可以由幾個(gè)力的合力提供 還可以由一個(gè)力沿半徑方向的分力與其他力的合力提供 圓心 變化 2 圓周運(yùn)動(dòng)的向心力特點(diǎn) 1 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 合外力就等于 產(chǎn)生向心加速度 改變速度的方向 則F合 man 2 變速圓周運(yùn)動(dòng) 合外力并不 始終 指向圓心 合力沿半徑方向的分量產(chǎn)生向心加速度 只改變速度的 則Fn man 合力沿切線方向的分量產(chǎn)生切向加速度 只改變速度的 則Ft mat 向心力 方向 大小 3 圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)中臨界問題的分析 首先應(yīng)考慮達(dá)到臨界條件時(shí)物體所處的狀態(tài) 分析該狀態(tài)下物體的受力特點(diǎn) 再結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解決問題 常見的臨界問題有 靜摩擦力達(dá)到最大值 輕繩 輕桿 接觸面的彈力恰好為零 軌道半徑變大或變小 離心或近心運(yùn)動(dòng) 等 答案 B 答案 AD 方法技巧 研究圓周運(yùn)動(dòng)問題的一般過程處理勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)問題時(shí) 關(guān)鍵在于分析清楚向心力的來源 從向心力的定義出發(fā) 找向心力時(shí)應(yīng)把握好兩點(diǎn) 1 對(duì)物體進(jìn)行受力分析 找出物體所受到的一切外力 2 借助力的合成或分解方法 找出這些力在沿半徑方向的合力 最后根據(jù)牛頓第二定律列出等式解題 求解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)問題的一般步驟可以歸納為 考點(diǎn)三豎直面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng) 知能必備 在一定束縛條件下的豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)是典型的變速圓周運(yùn)動(dòng) 在中學(xué)階段只研究物體過最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的情況 且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)臨界問題 下面將輕繩牽球模型和輕桿牽球模型進(jìn)行比較 分析如下 mg FN 0 圓心 豎直向上 減小 豎直向下 增大 考向探究 例3 2017 杭州期末 若汽車在起伏不定的公路上行駛時(shí) 駕駛者應(yīng)控制車速 以避免造成危險(xiǎn) 如圖13 8所示為起伏不定的公路的簡(jiǎn)化模型圖 設(shè)公路由若干段半徑r 50m的圓弧相切連接 其中A C為最高點(diǎn) B D為最低點(diǎn) 一質(zhì)量為2000kg的汽車 可被視為質(zhì)點(diǎn) 行駛在公路上 g取10m s2 試求 1 當(dāng)汽車保持大小為20m s的速度在公路上行駛時(shí) 路面的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)受到的壓力 2 汽車在最高點(diǎn)對(duì)公路的壓力為零時(shí)的速度 3 汽車通過拱形橋面時(shí)速度不宜太大的原因 圖13 8 變式1 受力分析 如圖13 9所示 小球固定在輕桿一端繞過O點(diǎn)的軸在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 下列關(guān)于小球在最高點(diǎn)時(shí)以及在與O點(diǎn)等高處時(shí)的受力分析中錯(cuò)誤的是 圖13 9 變式3 臨界條件與能量綜合 男子體操運(yùn)動(dòng)員做 雙臂大回環(huán) 時(shí)用雙手抓住單杠并伸展身體 以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng) 如圖13 11所示 若運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為50kg 此過程中運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的總拉力至少約為 忽略空氣阻力 g取10m s2 A 500NB 2000NC 2500ND 3000N 圖13 11 方法技巧 3 研究狀態(tài) 通常情況下豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)只涉及最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況 4 受力分析 對(duì)物體在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)進(jìn)行受力分析 根據(jù)牛頓第二定律列出方程 F合 F向 5 過程分析 應(yīng)用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律列方程 將初 末兩個(gè)狀態(tài)聯(lián)系起來 答案 AC 2 2016 全國(guó)卷 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 使兩繩均被水平拉直 如圖13 13所示 將兩球由靜止釋放 在各自軌跡的最低點(diǎn) A 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 圖13 13 答案 C 3 多選 2016 浙江卷 如圖13 14所示為賽車場(chǎng)的一個(gè)水平 梨形 賽道 兩個(gè)彎道分別為半徑R 90m的大圓弧和r 40m的小圓弧 直道與彎道相切 大 小圓弧圓心O O 距離L 100m 賽車沿彎道路線行駛時(shí) 路面對(duì)輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2 25倍 假設(shè)賽車在直道上做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 要使賽車不打滑 繞賽道一圈時(shí)間最短 發(fā)動(dòng)機(jī)功率足夠大 重力加速度g取10m s2 3 14 則賽車 A 在繞過小圓弧彎道后加速B 在大圓弧彎道上的速率為45m sC 在直道上的加速度大小為5 63m s2D 通過小圓弧彎道的時(shí)間為5 58s 圖13 14 答案 AB 精選模擬 4 多選 2018 荊襄四校聯(lián)考 為保證汽車在高速公路上通行的安全 高速公路轉(zhuǎn)彎處的路面都被筑成外高內(nèi)低 并且對(duì)在轉(zhuǎn)彎路段行駛的汽車的最高速度進(jìn)行了限定 假設(shè)轉(zhuǎn)彎處的路段是圓弧的一部分 則 A 在汽車被限定的最高速度相同的情況下 圓弧半徑越大 要求路面與水平面間的夾角越大B 在汽車被限定的最高速度相同的情況下 圓弧半徑越大 要求路面與水平面間的夾角越小 C 在圓弧半徑相同的情況下 路面與水平面間的夾角越大 要求汽車被限定的最高速度越大D 在圓弧半徑相同的情況下 路面與水平面間的夾角越大 要求汽車被限定的最高速度越小 5 多選 2017 河南濮陽(yáng)三模 如圖13 15所示 穿過桌面上光滑小孔的輕質(zhì)細(xì)繩的一端與質(zhì)量為m的小球相連 另一端與質(zhì)量為M的物塊相連 小球和物塊均可被視為質(zhì)點(diǎn) 小孔上端連接物塊的細(xì)線水平 物塊處于靜止?fàn)顟B(tài) 小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 若改變小球的速度 使小球到更高的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng) A 位置 物塊的位置沒有變化 且仍保持靜止 則下列說法中正確的是 A 繩子的張力變大B 小球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度變小C 桌面對(duì)物塊的摩擦力變大D 小球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大 圖13 15 3 太極球 是近年來在廣大市民中較流行的一種健身器材 做該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)時(shí) 健身者半馬步站立 手持太極球拍 拍上放一橡膠太極球 健身者舞動(dòng)球拍 球卻不會(huì)掉落地上 現(xiàn)將 太極球 簡(jiǎn)化成如圖甲所示的平板和小球 熟練的健身者讓球在豎直面內(nèi)始終不脫離板做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 且在運(yùn)動(dòng)到圖甲中的A B C D位置時(shí)球與板間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) A為圓周的最高點(diǎn) C為最低點(diǎn) B D與圓心O等高 已知球的重力為1N 不計(jì)拍的重力 則下列說法中正確的是 A 健身者在C處所需施加的力比在A處大3NB 健身者在C處所需施加的力比在A處大1NC 設(shè)在A處時(shí)健身者需施加的力為F 當(dāng)球運(yùn)動(dòng)到B D位置時(shí) 板與水平方向需有一定的夾角 作出的tan F圖像為圖乙D 設(shè)在A處時(shí)健身者需施加的力為F 當(dāng)球運(yùn)動(dòng)到B D位置時(shí) 板與水平方向需有一定的夾角 作出的tan F圖像為圖丙 6 如圖所示為某學(xué)生為游樂園設(shè)計(jì)的一個(gè)表演裝置 設(shè)計(jì)的目的是利用左邊的圓周運(yùn)動(dòng)裝置將一只裝在保護(hù)球里的表演猴子隨球一起拋上表演臺(tái) 工作時(shí)將保護(hù)球安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)桿的末端 轉(zhuǎn)動(dòng)桿的長(zhǎng)度L 2 5m 桿被安裝在支架上 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 已知猴子和保護(hù)球的總質(zhì)量m 5kg 當(dāng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)到與豎直方向成60 角時(shí) 保護(hù)球與桿脫離連接并被拋出 保護(hù)球到達(dá)水平表演臺(tái)時(shí) 速度v2方向水平 大小為2 5m s 忽略空氣阻力 g取10m s2 求 1 保護(hù)球被拋出時(shí)的速度v1 2 保護(hù)球被拋出時(shí)受到桿的作用力F 7 如圖所示 質(zhì)量為m的小球置于正方體的光滑盒子中 盒子的邊長(zhǎng)略大于球的直徑 某同學(xué)拿著該盒子使其在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 已知重力加速度為g 空氣阻力不計(jì) 1 要使盒子在最高點(diǎn)時(shí)盒子與小球之間恰好無作用力 則該盒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為多少 2 若盒子的周期變?yōu)榈?1 問中周期的一半 則當(dāng)盒子運(yùn)動(dòng)到圖示球心與O點(diǎn)位于同一水平面的位置時(shí) 小球?qū)凶拥哪男┟嬗凶饔昧?作用力為多大 8 如圖所示 內(nèi)側(cè)為圓錐凹面的圓柱固定在可以繞豎直軸旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上 圓錐凹面與水平面夾角為 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸與圓錐凹面的對(duì)稱軸OO 重合 轉(zhuǎn)臺(tái)以一定角速度 勻速旋轉(zhuǎn) 一質(zhì)量為m的小物塊落入圓錐凹面內(nèi) 經(jīng)過一段時(shí)間后 小物塊隨圓錐凹面一起轉(zhuǎn)動(dòng)且相對(duì)圓錐凹面靜止 小物塊和O點(diǎn)的距離為L(zhǎng) 重力加速度大小為g 已知 0時(shí)小物塊受到的摩擦力恰好為零 1 求 0 2 若 1 k 0 且0 k 1 小物塊仍相對(duì)圓錐凹面靜止 求小物塊受到的摩擦力大小和方向