高考物理專題曲線運(yùn)動(dòng)--圓周運(yùn)動(dòng)及應(yīng)用.ppt

一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及其相互關(guān)系 描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量主要有線速度、角速度、周期、轉(zhuǎn)速、向心加速度等，現(xiàn)比較如下表：,快慢,相切,轉(zhuǎn)動(dòng)快慢,一圈,圈數(shù),方向,快慢,圓心,m2r,方向,大小,圓心,(1)對(duì)于某一確定的勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言，角速度()、周期 (T)是恒定不變的 (2)向心力是一種“效果力”，可以是某一個(gè)力，也可以 是幾個(gè)力的合力或某一個(gè)力的分力，方向時(shí)刻指向圓心,二、勻速圓周運(yùn)動(dòng) (1)定義：線速度的 的圓周運(yùn)動(dòng) (2)特點(diǎn)：線速度的大小 ，角速度、周期和頻率都是恒定 不變的，向心加速度和向心力的 也是恒定不變的 (3)性質(zhì)：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是速度大小 而方向時(shí)刻改變的非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，并且加速度大小 ，方向指向 ， 所以加速度時(shí)刻在改變,大小不變,不變,大小,不變,不變,圓心,(4)條件：合外力大小不變，方向始終與速度垂直 (5)兩個(gè)特例 同一轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(或物體)上各點(diǎn)的 相同 皮帶連接的兩輪不打滑時(shí)，輪緣上各點(diǎn)的 大小相等,角速度,線速度,三、離心運(yùn)動(dòng) 定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合力突然消失或不足以 提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的 的情況下，就做逐漸 圓 心的運(yùn)動(dòng),向心力,遠(yuǎn)離,1向心力的來源 向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、彈力、摩 擦力、磁場(chǎng)力或電場(chǎng)力等各種力，也可以是幾個(gè)力的合力 或某一個(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 首先確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道所在的平面；其次找出軌道圓 心的位置；然后分析做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的力，并作 出受力圖；最后找出這些力指向圓心的合力就是向心力,1如圖422所示，一小球用細(xì)繩懸掛于 O點(diǎn)，將其拉離豎直位置一個(gè)角度后釋放， 則小球以O(shè)點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中小 球所需的向心力是( ),A繩的拉力 B重力和繩的拉力的合力 C重力和繩的拉力的合力沿繩方向的分力 D繩的拉力和重力沿繩方向分力的合力,答案：CD,臨界問題總是出現(xiàn)在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，而豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)是典型的變速圓周運(yùn)動(dòng)，其常見模型有輕繩模型和輕桿模型現(xiàn)比較如下：,1. 繩模型和桿模型過最高點(diǎn)的臨界條件不同，其原因是繩不 能有支撐力，而桿可有支撐力 2對(duì)于桿模型，在最高點(diǎn)時(shí)，如果不知是支撐力還是拉力， 此時(shí)可假設(shè)，然后根據(jù)其方向再確定,1長(zhǎng)度為L(zhǎng)0.50 m的輕質(zhì)細(xì)桿OA， A端有一質(zhì)量為m3.0 kg的小球， 如圖423所示，小球以O(shè)點(diǎn)為 圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)， 通過最高點(diǎn)時(shí)小球的速率是2.0 m/s，g取10 m/s2， 則此時(shí)細(xì)桿OA受到 ( ) A6.0 N的拉力 B6.0 N的壓力 C24 N的拉力 D24 N的壓力,解析：法一：設(shè)小球以速率v0通過最高點(diǎn)時(shí)，球?qū)U的作用力恰好為零，即mgm ， 得v0 m/s m/s. 由于v2.0 m/s m/s，可知過最高點(diǎn)時(shí)，球?qū)?xì)桿產(chǎn)生壓力，則桿對(duì)球的作用力方向向上小球的受力情況如圖甲所示 由牛頓第二定律mgFNm ，得 FNmgm 3.0(10 ) N6.0 N. 即細(xì)桿OA受到6.0 N的壓力,法二：設(shè)桿對(duì)小球的作用力為FN(由于方向未知，可以設(shè)為向下)，對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖乙所示 由向心力公式得FNmgm ，則 FNm mg(3.0 3.010) N6.0 N. 負(fù)號(hào)說明FN的方向與假設(shè)方向相反，即向上，即桿對(duì)球作用力為6.0 N的支持力 由牛頓第三定律可知細(xì)桿OA受到6.0 N的壓力,答案：B,2在用高級(jí)瀝青鋪設(shè)的高速公路上，汽車的設(shè)計(jì)時(shí)速是 108 km/h.汽車在這種路面上行駛時(shí)，它的輪胎與地面 間的最大靜摩擦力為車重的0.6倍取g10 m/s2，試 問：汽車在這種高速公路的水平彎道上安全拐彎時(shí)， 其彎道的最小半徑是多少？,解析：汽車在水平彎道上拐彎時(shí)，向心力由靜摩擦力來提供，但不能超過最大靜摩擦力； 汽車在水平路面上拐彎，可視為汽車做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，恰好不滑動(dòng)時(shí)有：0.6mgm ，將v30 m/s代入，得最小彎道半徑r150 m.,如圖427所示， 在光滑的圓錐體頂端用長(zhǎng)為l的細(xì) 線懸掛一質(zhì)量為m的小球圓錐 體固定在水平面上不動(dòng)，其軸線 沿豎直方向，母線與軸線之間的 夾角為30.小球以速率v繞圓錐體軸線在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),(1)當(dāng)v1 時(shí)，求線對(duì)小球的拉力； (2)當(dāng)v2 時(shí)，求線對(duì)小球的拉力,解題樣板 如圖428甲所示，小球在錐面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)支持力FN0時(shí)，小球只受重力mg和線的拉力FT的作用，其合力F應(yīng)沿水平面指向軸線，由幾何關(guān)系知 Fmgtan30 又Fm m 由兩式解得v,(1)因?yàn)関1v0，所以小球與錐面接觸并產(chǎn)生彈力FN，此時(shí)小球受力如圖428乙所示根據(jù)牛頓第二定律有 FTsinFncos FTcosFNsinmg0 由兩式解得FT 1.03mg,(2)因?yàn)関2v0，所以小球與錐面脫離并不接觸，設(shè)此時(shí)線與豎直方向的夾角為，小球受力如圖428丙所示則 FTsin FTcosmg0 由兩式解得FT2mg,2(2010東北師大附中模擬)如圖4210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)做圓周運(yùn)動(dòng)，通過 最高點(diǎn)時(shí)，由于球?qū)p桿有作用，使輕桿 發(fā)生了微小形變，關(guān)于輕桿的形變量與球在最高點(diǎn)時(shí)的 速度大小關(guān)系，下列說法正確的是 ( ) A形變量越大，速度一定越大 B形變量越大，速度一定越小 C形變量為零，速度一定不為零 D速度為零，可能無形變,答案：c,3鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的彎道處要 求外軌比內(nèi)軌高，其內(nèi)、外軌高度差h的設(shè)計(jì)不僅與r有 關(guān)，還與火車在彎道上的行駛速率v有關(guān)下列說法正 確的是 ( ) Av一定時(shí)，r越小則要求h越大 Bv一定時(shí)，r越大則要求h越大 Cr一定時(shí)，v越小則要求h越大 Dr一定時(shí)，v越大則要求h越大,答案：AD,4小球質(zhì)量為m，用長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì) 細(xì)線懸掛在O點(diǎn)，在O點(diǎn)的正下 方 處有一釘