2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力與航天 第3節(jié) 圓周運(yùn)動(dòng)課件 新人教版.ppt

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第3節(jié)圓周運(yùn)動(dòng) 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 一 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 角速度 線速度 向心加速度1 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 1 定義 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 若在相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的圓弧長(zhǎng)相等 其運(yùn)動(dòng)就是勻速圓周運(yùn)動(dòng) 2 特點(diǎn) 加速度大小不變 方向始終指向圓心 是變加速運(yùn)動(dòng) 3 條件 合外力大小不變 方向始終與速度方向垂直且指向圓心 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 2 描述圓周運(yùn)動(dòng)的主要物理量 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 二 勻速圓周運(yùn)動(dòng)和非勻速圓周運(yùn)動(dòng) 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 三 離心運(yùn)動(dòng)1 定義做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 在所受合外力突然消失或不足以提供做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的情況下 將做逐漸遠(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 總有沿著圓周切線方向飛出去的傾向 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 3 受力特點(diǎn) 1 當(dāng)Fn m 2r時(shí) 物體做圓周運(yùn)動(dòng) 2 當(dāng)Fn 0時(shí) 物體沿切線方向飛出 3 當(dāng)Fnm 2r時(shí) 物體將逐漸靠近圓心 做近心運(yùn)動(dòng) 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 1 如圖所示 a b是地球表面上不同緯度上的兩個(gè)點(diǎn) 如果把地球看作是一個(gè)球體 a b兩點(diǎn)隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 這兩個(gè)點(diǎn)具有大小相同的 A 線速度B 加速度C 角速度D 軌道半徑 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 2 多選 下列關(guān)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受向心力的說(shuō)法正確的是 A 因向心力總是沿半徑指向圓心 且大小不變 故向心力是一個(gè)恒力B 因向心力指向圓心 且與線速度方向垂直 所以它不能改變線速度的大小C 向心力就是物體所受的合外力D 向心力和向心加速度的方向都是不變的 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 3 如圖所示 小物體A與圓盤(pán)保持相對(duì)靜止 隨著圓盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則A受力情況是 A 重力 支持力B 重力 向心力C 重力 支持力和指向圓心的摩擦力D 重力 支持力 向心力和摩擦力 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 4 2017 山東煙臺(tái)模擬 一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球 以另一端O為圓心 使小球在豎直面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng) 如圖所示 則下列說(shuō)法正確的是 A 小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí) 桿所受到的彈力可以等于零B 小球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度是C 小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí) 桿對(duì)球的作用力一定隨速度增大而增大D 小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí) 桿對(duì)球的作用力一定隨速度增大而減小 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 5 2018 河北武邑中學(xué)二調(diào) 在冬奧會(huì)短道速滑項(xiàng)目中 運(yùn)動(dòng)員繞周長(zhǎng)僅111米的短道競(jìng)賽 運(yùn)動(dòng)員比賽過(guò)程中在通過(guò)彎道時(shí)如果不能很好地控制速度 將發(fā)生側(cè)滑而摔離正常比賽路線 圖中圓弧虛線Ob代表彎道 即運(yùn)動(dòng)正常運(yùn)動(dòng)路線 Oa為運(yùn)動(dòng)員在O點(diǎn)時(shí)的速度方向 研究時(shí)可將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)點(diǎn) 下列論述正確的是 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 A 發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員受到的合力方向背離圓心B 發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員受到的合力大于所需要的向心力C 若在O發(fā)生側(cè)滑 則滑動(dòng)的方向在Oa左側(cè)D 若在O發(fā)生側(cè)滑 則滑動(dòng)的方向在Oa右側(cè)與Ob之間 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圓周運(yùn)動(dòng)各物理量間的關(guān)系 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例1下圖是自行車傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖 其中 是半徑為r1的大齒輪 是半徑為r2的小齒輪 是半徑為r3的后輪 假設(shè)腳踏板的轉(zhuǎn)速為nr s 則自行車前進(jìn)的速度為 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥解決本題的關(guān)鍵是知道靠鏈條傳動(dòng) 線速度相等 共軸轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度相等 轉(zhuǎn)速為單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù) 因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)一圈 對(duì)圓心轉(zhuǎn)的角度為2 所以 2 n 常見(jiàn)的三種傳動(dòng)方式及特點(diǎn) 1 皮帶傳動(dòng) 如圖甲 乙所示 皮帶與兩輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)時(shí) 兩輪邊緣線速度大小相等 即vA vB 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 2 摩擦傳動(dòng) 如圖丙所示 兩輪邊緣接觸 接觸點(diǎn)無(wú)打滑現(xiàn)象時(shí) 兩輪邊緣線速度大小相等 即vA vB 3 同軸傳動(dòng) 如圖丁所示 兩輪固定在一起繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng) 兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小相等 即 A B 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練1 2017 浙江嘉興調(diào)研 科技館的科普器材中常有如圖所示的勻速率的傳動(dòng)裝置 在大齒輪盤(pán)內(nèi)嵌有三個(gè)等大的小齒輪 若齒輪的齒很小 大齒輪的半徑 內(nèi)徑 是小齒輪半徑的3倍 則當(dāng)大齒輪順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 下列說(shuō)法正確的是 A 小齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B 小齒輪每個(gè)齒的線速度均相同C 小齒輪的角速度是大齒輪角速度的3倍D 大齒輪每個(gè)齒的向心加速度大小是小齒輪的3倍 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 2 2017 四川成都質(zhì)檢 光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器讀取數(shù)據(jù)的某種方式可簡(jiǎn)化為以下模式 在讀取內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)時(shí) 以恒定角速度方式讀取 而在讀取外環(huán)數(shù)據(jù)時(shí) 以恒定線速度的方式讀取 如圖所示 設(shè)內(nèi)環(huán)內(nèi)邊緣半徑為R1 內(nèi)環(huán)外邊緣半徑為R2 外環(huán)外邊緣半徑為R3 A B C分別為各邊緣線上的點(diǎn) 則讀取內(nèi)環(huán)上A點(diǎn)時(shí) A點(diǎn)的向心加速度大小和讀取外環(huán)上C點(diǎn)時(shí) C點(diǎn)的向心加速度大小之比為 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析1 向心力的來(lái)源向心力是按力的作用效果命名的 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再另外添加一個(gè)向心力 2 向心力的確定 1 確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道所在的平面 確定圓心的位置 2 分析物體的受力情況 找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力 就是向心力 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例2某游樂(lè)場(chǎng)有一種叫 空中飛椅 的游樂(lè)設(shè)施 其基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣上 繩子下端連接座椅 人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋 若將人和座椅看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn) 則可簡(jiǎn)化為如圖所示的物理模型 其中P為處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤(pán) 可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)繩長(zhǎng)l 10m 人和座椅的質(zhì)量m 60kg 轉(zhuǎn)盤(pán)靜止時(shí)座椅與轉(zhuǎn)軸之間的距離d 4m 轉(zhuǎn)盤(pán)逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 此時(shí)繩與豎直方向的夾角 37 不計(jì)空氣阻力及繩重 繩不可伸長(zhǎng) sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度及繩的拉力大小 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 解析 質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R d lsin 10m 求質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度及所受拉力 可以通過(guò)以下兩種方法 解法一合成法質(zhì)點(diǎn)受力分析如圖 1 將質(zhì)點(diǎn)所受拉力和重力合成 合力充當(dāng)向心力 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 解法二正交分解法將質(zhì)點(diǎn)所受拉力和重力沿水平方向和豎直方向分解 如圖 2 在豎直方向上FTcos mg 在水平方向上FTsin mR 2 聯(lián)立 兩式解得FT 750N 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥 1 質(zhì)點(diǎn)受到幾個(gè)力的作用 畫(huà)出質(zhì)點(diǎn)的受力示意圖 2 質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑是多少 提示 2個(gè)力 提示 質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R d lsin 10m 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 一 二 三 四 求解圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練3 如圖所示 一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐筒 其軸線垂直于水平面 圓錐筒固定不動(dòng) 有一質(zhì)量為m的小球A緊貼著筒內(nèi)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 筒口半徑和筒高分別為R和H 小球A所在的高度為筒高的一半 已知重力加速度為g 則 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 4 如圖所示 小物體P放在水平圓盤(pán)上隨圓盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng) 下列關(guān)于小物體所受摩擦力Ff的敘述正確的是 A 圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) Ff 0B 圓盤(pán)加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) Ff的方向總是指向圓心C 圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 在物體與轉(zhuǎn)軸O的距離一定的條件下 Ff的大小跟圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的二次方成正比D 圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 在圓盤(pán)轉(zhuǎn)速一定的條件下 Ff的大小跟物體到轉(zhuǎn)軸O的距離成反比 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問(wèn)題臨界問(wèn)題廣泛地存在于圓周運(yùn)動(dòng)中 解答臨界問(wèn)題的關(guān)鍵是準(zhǔn)確判斷臨界狀態(tài) 再選擇相應(yīng)的規(guī)律靈活求解 1 判斷臨界狀態(tài) 有些題目中有 剛好 恰好 正好 等字眼 明顯表明題述的過(guò)程存在著臨界點(diǎn) 若題目中有 取值范圍 多長(zhǎng)時(shí)間 多大距離 等詞語(yǔ) 表明題述的過(guò)程存在著 起止點(diǎn) 而這些起止點(diǎn)往往就是臨界狀態(tài) 若題目中有 最大 最小 至多 至少 等字眼 表明題述的過(guò)程存在著極值 這個(gè)極值點(diǎn)也往往是臨界狀態(tài) 2 確定臨界條件 判斷題述的過(guò)程存在臨界狀態(tài)之后 要通過(guò)分析弄清臨界狀態(tài)出現(xiàn)的條件 并以數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來(lái) 3 選擇物理規(guī)律 當(dāng)確定了物體運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)和臨界條件后 對(duì)于不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程或現(xiàn)象 要分別選擇相對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律 然后再列方程求解 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例3 2017 遼寧沈陽(yáng)模擬 如圖所示 半徑為 質(zhì)量為m的小球用兩根不可伸長(zhǎng)的輕繩a b連接 兩輕繩的另一端系在一根豎直桿的A B兩點(diǎn)上 A B兩點(diǎn)相距為l 當(dāng)兩輕繩伸直后 A B兩點(diǎn)到球心的距離均為l 當(dāng)豎直桿以自己為軸轉(zhuǎn)動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 輕繩a b與桿在同一豎直平面內(nèi) 求 1 豎直桿角速度 為多大時(shí) 小球恰好離開(kāi)豎直桿 2 輕繩a的張力Fa與豎直桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 之間的關(guān)系 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 解析 1 小球恰好離開(kāi)豎直桿時(shí) 小球與豎直桿間的作用力為零 設(shè)此時(shí)輕繩a與豎直桿間的夾角為 由題意可知 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 若角速度 再增大 小球?qū)㈦x開(kāi)豎直桿 在輕繩b恰伸直前 設(shè)輕繩a與豎直桿的夾角為 此時(shí)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r lsin 水平方向 Fasin m 2r豎直方向 Facos mg聯(lián)立解得Fa m 2l當(dāng)輕繩b恰伸直時(shí) 60 此時(shí) 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 若角速度 再增大 輕繩b拉直后 小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r lsin60 水平方向 Fasin60 Fbsin60 m 2r豎直方向 Facos60 Fbcos60 mg 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 思維點(diǎn)撥 1 小球恰好離開(kāi)豎直桿時(shí) 受重力和拉力 拉力的豎直分力與重力平衡 水平分力提供向心力 2 分墻壁對(duì)球有彈力 球飛起 繩子b也有彈力三種情況討論 注意合力的水平分力提供向心力 合力豎直分力為零 當(dāng)角速度 變化時(shí) 物體有遠(yuǎn)離或向著圓心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 半徑有變化 這時(shí)要根據(jù)物體的受力情況 判斷某個(gè)力是否存在以及這個(gè)力存在時(shí)方向朝哪 特別是一些接觸力 如靜摩擦力 繩的拉力等 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練5 2017 湖南株洲月考 用一根細(xì)線一端系一小球 可視為質(zhì)點(diǎn) 另一端固定在一光滑錐頂上 如圖所示 設(shè)小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度為 線的張力為FT 則FT隨 2變化的圖象是下圖中的 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 6 多選 2018 重慶巴蜀中學(xué)月考 如圖 水平圓形轉(zhuǎn)盤(pán)可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng) 圓盤(pán)上放有小物體A B C 質(zhì)量分別為m 2m 3m 物塊A疊放在B上 B C到轉(zhuǎn)盤(pán)中心O的距離分別為3r 2r B C間用一輕質(zhì)細(xì)線相連 圓盤(pán)靜止時(shí) 細(xì)線剛好伸直無(wú)拉力 已知B C與圓盤(pán)間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 A B間動(dòng)摩擦因數(shù)為3 設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力 重力加速度為g 現(xiàn)讓圓盤(pán)從靜止開(kāi)始加速 則 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的 輕繩 和 輕桿 模型繩 桿模型涉及臨界問(wèn)題分析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 例4 2017 浙江諸暨期末 如圖甲所示 一輕桿一端固定在O點(diǎn) 另一端固定一小球 在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng) 小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí) 桿與小球間彈力大小為FN 小球在最高點(diǎn)的速度大小為v FN v2圖象如圖乙所示 下列說(shuō)法正確的是 C 當(dāng)v2 c時(shí) 桿對(duì)小球彈力方向向上D 若v2 2b 則桿對(duì)小球彈力大小為2a 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 分析豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)臨界問(wèn)題的思路 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 即學(xué)即練7 如圖所示 乘坐游樂(lè)園的翻滾過(guò)山車時(shí) 質(zhì)量為m的人隨車在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn) 下列說(shuō)法正確的是 A 過(guò)山車在過(guò)最高點(diǎn)時(shí)人處于倒坐狀態(tài) 全靠保險(xiǎn)帶拉住 沒(méi)有保險(xiǎn)帶 人就會(huì)掉下來(lái)B 人在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力C 人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力等于mgD 人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力大于mg 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)四 8 多選 如圖所示 長(zhǎng)L 0 5m的輕質(zhì)細(xì)桿 一端固定有一個(gè)質(zhì)量為m 3kg的小球 另一端由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 使桿繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 小球的速率為v 2m s g取10m s2 下列說(shuō)法正確的是 A 小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí) 對(duì)桿的拉力大小是24NB 小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí) 對(duì)桿的壓力大小是6NC 小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí) 對(duì)桿的拉力大小是54ND 小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí) 對(duì)桿的拉力大小是24N 答案 解析