2021高考物理一輪復習第五章曲線運動萬有引力與航天第3節(jié)圓周運動課件魯科版

1、第第3 3節(jié)圓周運動節(jié)圓周運動知識梳理知識梳理教材梳理教材梳理自主預習自主預習一、圓周運動一、圓周運動1.描述圓周運動的物理量描述圓周運動的物理量快慢快慢 轉動轉動 rad/s 重復一次重復一次 次數(shù)次數(shù) 次數(shù)次數(shù) 圓心圓心 2r2.勻速圓周運動勻速圓周運動(1)定義定義:在任意相等時間內(nèi)通過的弧長都在任意相等時間內(nèi)通過的弧長都 的圓周運動的圓周運動.(2)特點特點:速度大小速度大小 ,方向時刻發(fā)生變化方向時刻發(fā)生變化,加速度大小加速度大小 ,方向始終方向始終指向指向 ,是變加速運動是變加速運動.(3)條件條件:合外力大小合外力大小 、方向始終與速度方向、方向始終與速度方向 且指向圓心且指向圓

2、心.相等相等不變不變不變不變圓心圓心不變不變垂直垂直自主探究自主探究如圖是自行車傳動機構的示意圖如圖是自行車傳動機構的示意圖,a點位于大齒輪的邊緣上點位于大齒輪的邊緣上,b點位于小齒輪的點位于小齒輪的邊緣上邊緣上,c點位于后輪的邊緣上點位于后輪的邊緣上,轉動過程中轉動過程中a與與b,b與與c有怎樣的關系有怎樣的關系?答案答案:a與與b線速度大小相等線速度大小相等,b與與c角速度大小相等角速度大小相等.二、勻速圓周運動的向心力二、勻速圓周運動的向心力1.作用效果作用效果:產(chǎn)生向心加速度產(chǎn)生向心加速度,只改變速度的只改變速度的 ,不改變速度的不改變速度的 .3.方向方向:始終沿半徑方向指向始終沿半

3、徑方向指向 ,時刻在改變時刻在改變,即向心力是一個變力即向心力是一個變力.4.來源來源:物體受到的力提供物體受到的力提供,可以是一個力可以是一個力,也可以是幾個力的也可以是幾個力的 ,還可以還可以是一個力的是一個力的 .方向方向大小大小mr2圓心圓心合力合力分力分力自主探究自主探究摩托車在水平面內(nèi)以速度摩托車在水平面內(nèi)以速度v轉彎轉彎,轉彎半徑為轉彎半徑為r,若人和車的總質量為若人和車的總質量為m,則提供則提供向心力的是什么力向心力的是什么力?其大小是多少其大小是多少? 三、離心運動三、離心運動1.定義定義:做圓周運動的物體做圓周運動的物體,在受到的合外力突然在受到的合外力突然 或者或者 圓圓

4、周運動所需要的向心力的情況下周運動所需要的向心力的情況下,將遠離圓心運動將遠離圓心運動.2.本質本質:做圓周運動的物體做圓周運動的物體,由于本身的慣性由于本身的慣性,總有沿著圓周總有沿著圓周 方向飛出方向飛出去的趨勢去的趨勢.3.受力特點受力特點(1)當當f=mr2時時,物體做物體做 圓周運動圓周運動.(2)當當f=0時時,物體沿物體沿 飛出飛出.(3)當當fmr2時時,物體將逐漸物體將逐漸 圓心圓心,做近心運動做近心運動.消失消失不足以提供不足以提供切線切線勻速勻速切線方向切線方向遠離遠離靠近靠近小題檢測小題檢測1.思考判斷思考判斷(1)勻速圓周運動是勻變速曲線運動勻速圓周運動是勻變速曲線運

5、動.( )(2)做勻速圓周運動的物體做勻速圓周運動的物體,其合外力是不變的其合外力是不變的.( )(3)做圓周運動的物體所受合外力突然消失做圓周運動的物體所受合外力突然消失,物體將沿圓周的半徑方向飛出物體將沿圓周的半徑方向飛出.( )(4)由公式由公式v=r可知可知,r一定時一定時,v與與成正比成正比.( )(5)火車轉彎速率小于規(guī)定的數(shù)值時火車轉彎速率小于規(guī)定的數(shù)值時,內(nèi)軌會受到側向壓力內(nèi)軌會受到側向壓力.( )a 3.(多選多選)如圖所示如圖所示,長為長為l的細繩一端固定的細繩一端固定,另一端系一質量為另一端系一質量為m的小球的小球.給小球給小球一個合適的初速度一個合適的初速度,小球便可在

6、水平面內(nèi)做勻速圓周運動小球便可在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,這樣就構成了一個這樣就構成了一個圓錐擺圓錐擺,設細繩與豎直方向的夾角為設細繩與豎直方向的夾角為.下列說法中正確的是下列說法中正確的是( )a.小球受重力、繩的拉力和向心力作用小球受重力、繩的拉力和向心力作用b.小球只受重力和繩的拉力作用小球只受重力和繩的拉力作用c.越大越大,小球運動的速率越大小球運動的速率越大d.越大越大,小球運動的周期越大小球運動的周期越大bc考點研析考點研析感悟提升感悟提升考點一圓周運動中的運動學分析考點一圓周運動中的運動學分析1.勻速圓周運動各物理量間的關系勻速圓周運動各物理量間的關系 例例1 (2019河南開封聯(lián)

7、考河南開封聯(lián)考)(多選多選)如圖所示如圖所示,輪輪o1,o3固定在同一輪軸上固定在同一輪軸上,輪輪o1,o2用皮帶連接且不打滑用皮帶連接且不打滑,在在o1,o2,o3三個輪的邊緣各取一點三個輪的邊緣各取一點a,b,c,已知三已知三個輪的半徑比個輪的半徑比r1 r2 r3=2 1 1,當轉軸勻速轉動時當轉軸勻速轉動時,下列說法中正確的是下列說法中正確的是( )a.a,b,c三點的線速度之比為三點的線速度之比為2 2 1b.a,b,c三點的角速度之比為三點的角速度之比為1 2 1c.a,b,c三點的加速度之比為三點的加速度之比為2 4 1d.a,b,c三點的周期之比為三點的周期之比為1 2 1ab

8、c針對訓練針對訓練2018年年12月月8日日2時時23分分,嫦娥四號任務著陸器和巡視器嫦娥四號任務著陸器和巡視器(玉兔二號玉兔二號)組合體發(fā)射升空組合體發(fā)射升空,2019年年1月月3日日10時時26分成功著陸在月球背面分成功著陸在月球背面.“玉兔二號玉兔二號”月月球車依靠太陽能電池板提供能量球車依靠太陽能電池板提供能量,如圖如圖abcd是一塊矩形電池板是一塊矩形電池板,能繞能繞cd轉轉動動,e為矩形的幾何中心為矩形的幾何中心(未標出未標出),則電池板旋轉過程中則電池板旋轉過程中( )a.b,e兩點的轉速相同兩點的轉速相同b.a,b兩點的角速度不同兩點的角速度不同c.a,b兩點的線速度不同兩點的

9、線速度不同d.a,e兩點的向心加速度相同兩點的向心加速度相同a解析解析:根據(jù)題意根據(jù)題意,a,b,e三點屬于同軸轉動三點屬于同軸轉動,三者角速度相同三者角速度相同,則轉速也相同則轉速也相同,故故a正確正確,b錯誤錯誤;由于由于a,b的轉動半徑相同的轉動半徑相同,根據(jù)根據(jù)v=r,則則a,b兩點的線速度相同兩點的線速度相同,故故c錯誤錯誤;a,e兩點因角速度相同兩點因角速度相同,半徑不同半徑不同,由向心加速度的公式由向心加速度的公式a=2r可知可知,它們它們的向心加速度不同的向心加速度不同,故故d錯誤錯誤.考點二圓周運動中的動力學分析考點二圓周運動中的動力學分析1.解決圓周運動的動力學問題需做好三

10、個分析解決圓周運動的動力學問題需做好三個分析(1)幾何關系分析幾何關系分析:確定圓周運動的軌道平面、圓心、半徑等確定圓周運動的軌道平面、圓心、半徑等.(2)運動分析運動分析:確定圓周運動的線速度、角速度、周期等確定圓周運動的線速度、角速度、周期等.(3)受力分析受力分析:確定物體所受外力確定物體所受外力,利用力的合成與分解知識利用力的合成與分解知識,表示出物體做圓周表示出物體做圓周運動時運動時,哪些力提供向心力哪些力提供向心力.2.圓周運動中向心力與合力的關系圓周運動中向心力與合力的關系(1)勻速圓周運動勻速圓周運動(2)(2)變速圓周運動變速圓周運動ac 審題指導審題指導:解此題的關鍵有兩點

11、解此題的關鍵有兩點:(1)分別以分別以a,b為研究對象為研究對象,兩者具有共同的角速度兩者具有共同的角速度,并做好各自的受力分析并做好各自的受力分析.(2)繩子上出現(xiàn)拉力的條件是繩子上出現(xiàn)拉力的條件是b達到最大靜摩擦力達到最大靜摩擦力.規(guī)律總結規(guī)律總結物體幾種常見的臨界條件物體幾種常見的臨界條件(1)水平轉盤上的物體恰好不發(fā)生相對滑動的臨界條件是物體間恰好達到最水平轉盤上的物體恰好不發(fā)生相對滑動的臨界條件是物體間恰好達到最大靜摩擦力大靜摩擦力.(2)物體間恰好不分離的臨界條件是物體間的彈力恰好為零物體間恰好不分離的臨界條件是物體間的彈力恰好為零.(3)繩的拉力出現(xiàn)臨界條件情形有繩的拉力出現(xiàn)臨界

12、條件情形有:繩恰好拉直意味著繩上無彈力繩恰好拉直意味著繩上無彈力,繩上拉力恰繩上拉力恰好為最大承受力等好為最大承受力等.abc 2.(多選多選)如圖所示如圖所示,在固定的圓錐形漏斗的光滑內(nèi)壁上在固定的圓錐形漏斗的光滑內(nèi)壁上,有兩個小球有兩個小球a和和b,質量質量分別為分別為ma和和mb,它們分別緊貼漏斗的內(nèi)壁在不同的水平面上做勻速圓周運動它們分別緊貼漏斗的內(nèi)壁在不同的水平面上做勻速圓周運動.則以下敘述正確的是則以下敘述正確的是( )a.只有當只有當mamb時時,小球小球a的角速度才會大于小球的角速度才會大于小球b的角速度的角速度b.不論不論a,b的質量關系如何的質量關系如何,小球小球a的線速度

13、始終大于小球的線速度始終大于小球b的線速度的線速度c.不論不論a,b的質量關系如何的質量關系如何,小球小球a對漏斗內(nèi)壁的壓力始終大于小球對漏斗內(nèi)壁的壓力始終大于小球b對漏斗對漏斗內(nèi)壁的壓力內(nèi)壁的壓力d.不論不論a,b質量關系如何質量關系如何,小球小球a的周期始終大于小球的周期始終大于小球b的周期的周期bd考點三豎直面內(nèi)的圓周運動考點三豎直面內(nèi)的圓周運動1.運動特點運動特點(1)豎直面內(nèi)的圓周運動一般是變速圓周運動豎直面內(nèi)的圓周運動一般是變速圓周運動.(2)只有重力做功的豎直面內(nèi)的變速圓周運動機械能守恒只有重力做功的豎直面內(nèi)的變速圓周運動機械能守恒.(3)豎直面內(nèi)的圓周運動問題豎直面內(nèi)的圓周運動

14、問題,涉及知識面比較廣涉及知識面比較廣,既有臨界問題既有臨界問題,又有能量守恒又有能量守恒的問題的問題,要注意物體運動到圓周的最高點的速度要注意物體運動到圓周的最高點的速度.(4)一般情況下一般情況下,豎直面內(nèi)的圓周運動問題只考查最高點和最低點兩種情形豎直面內(nèi)的圓周運動問題只考查最高點和最低點兩種情形.bc 審題指導審題指導:解此題把握兩點解此題把握兩點(1)球球a,b同軸轉動同軸轉動,角速度相等角速度相等.(2)理解理解“球球b運動到最高點時運動到最高點時,桿對球桿對球b恰好無作用力恰好無作用力”的意義的意義.方法技巧方法技巧分析豎直平面內(nèi)圓周運動臨界問題的思路分析豎直平面內(nèi)圓周運動臨界問題

15、的思路abd bd 真題試做真題試做模擬演練模擬演練1.(2018江蘇卷江蘇卷,6)(多選多選)火車以火車以60 m/s的速率轉過一段彎道的速率轉過一段彎道,某乘客發(fā)現(xiàn)放在桌某乘客發(fā)現(xiàn)放在桌面上的指南針在面上的指南針在10 s內(nèi)勻速轉過了約內(nèi)勻速轉過了約10.在此在此10 s時間內(nèi)時間內(nèi),火車火車( )a.運動路程為運動路程為600 mb.加速度為零加速度為零c.角速度約為角速度約為1 rad/sd.轉彎半徑約為轉彎半徑約為3.4 kmadbd 3.(2015福建卷福建卷,17)如圖如圖,在豎直平面內(nèi)在豎直平面內(nèi),滑道滑道abc關于關于b點對稱點對稱,且且a,b,c三點在三點在同一水平線上同一

16、水平線上.若小滑塊第一次由若小滑塊第一次由a滑到滑到c,所用的時間為所用的時間為t1,第二次由第二次由c滑到滑到a,所用的時間為所用的時間為t2,小滑塊兩次的初速度大小相同且運動過程始終沿著滑道滑行小滑塊兩次的初速度大小相同且運動過程始終沿著滑道滑行,小滑塊與滑道的動摩擦因數(shù)恒定小滑塊與滑道的動摩擦因數(shù)恒定,則則( )a.t1t2d.無法比較無法比較t1,t2的大小的大小a4.(2018浙江浙江11月選考月選考,9)一質量為一質量為2.0103 kg的汽車在水平公路上行駛的汽車在水平公路上行駛,路面路面對輪胎的徑向最大靜摩擦力為對輪胎的徑向最大靜摩擦力為1.4104 n,當汽車經(jīng)過半徑為當汽車

17、經(jīng)過半徑為80 m的彎道時的彎道時,下下列判斷正確的是列判斷正確的是( )a.汽車轉彎時所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力汽車轉彎時所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力b.汽車轉彎的速度為汽車轉彎的速度為20 m/s時所需的向心力為時所需的向心力為1.4104 nc.汽車轉彎的速度為汽車轉彎的速度為20 m/s時汽車會發(fā)生側滑時汽車會發(fā)生側滑d.汽車能安全轉彎的向心加速度不超過汽車能安全轉彎的向心加速度不超過7.0 m/s2d5.(2019湖南衡陽二模湖南衡陽二模)輕桿一端固定有質量為輕桿一端固定有質量為m=1 kg的小球的小球,另一端安裝在另一端安裝在水平軸上水平軸上,轉軸到小球的距離為轉

18、軸到小球的距離為50 cm,轉軸固定在電動機轉軸固定在電動機(電動機沒畫出來電動機沒畫出來)的的支架上支架上,在電動機作用下在電動機作用下,輕桿在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動輕桿在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動,如圖所示如圖所示.若達到某若達到某一恒定轉速一恒定轉速n時時,在最高點在最高點,桿受到小球的壓力為桿受到小球的壓力為2 n,重力加速度重力加速度g取取10 m/s2,則則( )a.小球運動到最高點時小球運動到最高點時,小球需要的向心力為小球需要的向心力為12 nb.小球運動到最高點時小球運動到最高點時,線速度線速度v=1 m/sc.小球運動到圖示水平位置時小球運動到圖示水平位置時,地面對支架的摩擦力為地面對支架的摩擦力為8 nd.把桿換成輕繩把桿換成輕繩,同樣轉速的情況下同樣轉速的情況下,小球仍能通過圖示的最高點小球仍能通過圖示的最高點c6.(2013福建卷福建卷,20)如圖如圖,一不可伸長的輕繩上端懸掛于一不可伸長的輕繩上端懸掛于o點點,下端系一質量下端系一質量m=1.0 kg的小球的小球