2019年高考物理一輪復習 第13講 圓周運動課件 新人教版.ppt

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考點分階突破 高考模擬演練 教師備用習題 考綱解讀 第13講 掌握描述圓周運動的物理量及它們之間的關系 理解向心力公式并能應用其解決實際問題 了解物體做離心運動的條件 掌握豎直平面內圓周運動的模型 考點一圓周運動的運動學分析 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A輪與C輪組合時 兩輪的轉速之比為1 1B 當A輪與C輪組合時 兩輪邊緣上的點的線速度大小之比為1 2C 當B輪與E輪組合時 兩輪角速度之比為1 3D 當B輪與E輪組合時 兩輪邊緣上的點的向心加速度大小之比為3 1 答案 C 變式1 圓周運動中的相對運動 在同一水平面內有兩個圍繞各自固定軸勻速轉動的圓盤A B 轉動方向如圖13 2所示 在A盤上距圓心48cm處固定一個小球P 在B盤上距圓心16cm處固定一個小球Q 已知P Q轉動的線速度大小都為4 m s 當P Q相距最近時開始計時 經過一段時間兩球相距最遠 則這個時間的最小值為 A 0 08sB 0 12sC 0 24sD 0 48s 圖13 2 答案 B 答案 BC 方法技巧 常見的兩種傳動方式及特點1 摩擦傳動 如圖13 4甲和乙所示 皮帶與兩輪之間無相對滑動時 以及如圖13 4丙所示 兩輪邊緣接觸 接觸點無打滑現(xiàn)象時 相互接觸的點 轉輪與皮帶上的接觸點或相互密合的轉輪圓周上的點 在相等時間內轉動的弧長相等 兩輪邊緣的線速度大小相等 即vA vB 圖13 4 考點二圓周運動的動力學分析 知能必備 1 向心力 1 效果 產生向心加速度 只改變速度的方向 2 大小 F man m 2r 4m 2rf2 3 方向 總是指向 時刻 是一個變力 4 特點 向心力是按照作用效果命名的力 不是一種新的性質的力 它可以由一個力提供 也可以由幾個力的合力提供 還可以由一個力沿半徑方向的分力與其他力的合力提供 圓心 變化 2 圓周運動的向心力特點 1 勻速圓周運動 合外力就等于 產生向心加速度 改變速度的方向 則F合 man 2 變速圓周運動 合外力并不 始終 指向圓心 合力沿半徑方向的分量產生向心加速度 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 圓周運動的臨界問題對圓周運動中臨界問題的分析 首先應考慮達到臨界條件時物體所處的狀態(tài) 分析該狀態(tài)下物體的受力特點 再結合圓周運動的知識解決問題 常見的臨界問題有 靜摩擦力達到最大值 輕繩 輕桿 接觸面的彈力恰好為零 軌道半徑變大或變小 離心或近心運動 等 答案 B 答案 AD 方法技巧 研究圓周運動問題的一般過程處理勻速圓周運動的動力學問題時 關鍵在于分析清楚向心力的來源 從向心力的定義出發(fā) 找向心力時應把握好兩點 1 對物體進行受力分析 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 求解勻速圓周運動的動力學問題的一般步驟可以歸納為 考點三豎直面內的變速圓周運動 知能必備 在一定束縛條件下的豎直平面內的圓周運動是典型的變速圓周運動 在中學階段只研究物體過最高點和最低點的情況 且經常會出現(xiàn)臨界問題 下面將輕繩牽球模型和輕桿牽球模型進行比較 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 駕駛者應控制車速 以避免造成危險 如圖13 8所示為起伏不定的公路的簡化模型圖 設公路由若干段半徑r 50m的圓弧相切連接 其中A C為最高點 B D為最低點 一質量為2000kg的汽車 可被視為質點 行駛在公路上 g取10m s2 試求 1 當汽車保持大小為20m s的速度在公路上行駛時 路面的最高點和最低點受到的壓力 2 汽車在最高點對公路的壓力為零時的速度 3 汽車通過拱形橋面時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點的軸在豎直平面內做勻速圓周運動 下列關于小球在最高點時以及在與O點等高處時的受力分析中錯誤的是 圖13 9 變式3 臨界條件與能量綜合 男子體操運動員做 雙臂大回環(huán) 時用雙手抓住單杠并伸展身體 以單杠為軸做圓周運動 如圖13 11所示 若運動員的質量為50kg 此過程中運動員到達最低點時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的圓周運動只涉及最高點和最低點的運動情況 4 受力分析 對物體在最高點或最低點時進行受力分析 根據(jù)牛頓第二定律列出方程 F合 F向 5 過程分析 應用動能定理或機械能守恒定律列方程 將初 末兩個狀態(tài)聯(lián)系起來 答案 AC 2 2016 全國卷 小球P和Q用不可伸長的輕繩懸掛在天花板上 P球的質量大于Q球的質量 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 A P球的速度一定大于Q球的速度B P球的動能一定小于Q球的動能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所示為賽車場的一個水平 梨形 賽道 兩個彎道分別為半徑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 路面對輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2 25倍 假設賽車在直道上做勻變速直線運動 在彎道上做勻速圓周運動 要使賽車不打滑 繞賽道一圈時間最短 發(fā)動機功率足夠大 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 高速公路轉彎處的路面都被筑成外高內低 并且對在轉彎路段行駛的汽車的最高速度進行了限定 假設轉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 河南濮陽三模 如圖13 15所示 穿過桌面上光滑小孔的輕質細繩的一端與質量為m的小球相連 另一端與質量為M的物塊相連 小球和物塊均可被視為質點 小孔上端連接物塊的細線水平 物塊處于靜止狀態(tài) 小球在水平面上做勻速圓周運動 若改變小球的速度 使小球到更高的軌道上做勻速圓周運動 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 小球做圓周運動的線速度變小C 桌面對物塊的摩擦力變大D 小球做圓周運動的周期變大 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 做該項運動時 健身者半馬步站立 手持太極球拍 拍上放一橡膠太極球 健身者舞動球拍 球卻不會掉落地上 現(xiàn)將 太極球 簡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始終不脫離板做勻速圓周運動 且在運動到圖甲中的A B C D位置時球與板間無相對運動趨勢 A為圓周的最高點 C為最低點 B D與圓心O等高 已知球的重力為1N 不計拍的重力 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 設在A處時健身者需施加的力為F 當球運動到B D位置時 板與水平方向需有一定的夾角 作出的tan F圖像為圖乙D 設在A處時健身者需施加的力為F 當球運動到B D位置時 板與水平方向需有一定的夾角 作出的tan F圖像為圖丙 6 如圖所示為某學生為游樂園設計的一個表演裝置 設計的目的是利用左邊的圓周運動裝置將一只裝在保護球里的表演猴子隨球一起拋上表演臺 工作時將保護球安裝在轉動桿的末端 轉動桿的長度L 2 5m 桿被安裝在支架上 電動機帶動其勻速轉動 已知猴子和保護球的總質量m 5kg 當桿轉動到與豎直方向成60 角時 保護球與桿脫離連接并被拋出 保護球到達水平表演臺時 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 保護球被拋出時的速度v1 2 保護球被拋出時受到桿的作用力F 7 如圖所示 質量為m的小球置于正方體的光滑盒子中 盒子的邊長略大于球的直徑 某同學拿著該盒子使其在豎直平面內做半徑為R的勻速圓周運動 已知重力加速度為g 空氣阻力不計 1 要使盒子在最高點時盒子與小球之間恰好無作用力 則該盒子做勻速圓周運動的周期為多少 2 若盒子的周期變?yōu)榈?1 問中周期的一半 則當盒子運動到圖示球心與O點位于同一水平面的位置時 小球對盒子的哪些面有作用力 作用力為多大 8 如圖所示 內側為圓錐凹面的圓柱固定在可以繞豎直軸旋轉的水平轉臺上 圓錐凹面與水平面夾角為 轉臺轉軸與圓錐凹面的對稱軸OO 重合 轉臺以一定角速度 勻速旋轉 一質量為m的小物塊落入圓錐凹面內 經過一段時間后 小物塊隨圓錐凹面一起轉動且相對圓錐凹面靜止 小物塊和O點的距離為L 重力加速度大小為g 已知 0時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 小物塊仍相對圓錐凹面靜止 求小物塊受到的摩擦力大小和方向