高考物理大一輪復習 第四章 圓周運動

1、高考物理大一輪復習 第四章 圓周運動課件第1頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四一、描述圓周運動的物理量1.勻速圓周運動(1)定義:做圓周運動的物體,若在相等的時間內(nèi)通過的圓弧長相等知識梳理,就是勻速圓周運動。勻速圓周運動是線速度大小不變的圓周運動。(2)性質(zhì):加速度大小不變,方向始終指向圓心,是變加速運動。(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。2.描述圓周運動的物理量第2頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四 定義、意義公式、單位(1)描述做圓周運動的物體運動快慢的物理量(v)(2)是矢量,方向和半徑垂直,和圓周相切(1)v=

2、(2)單位:m/s(1)描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動快慢的物理量()(2)中學不研究其方向(1)=(2)單位:rad/s2.描述圓周運動的物理量第3頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四(1)周期是物體沿圓周運動一周的時間(T)(2)轉(zhuǎn)速是物體在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)(n),也叫頻率(f)(1)T=,單位:s(2)n的單位:r/s、r/min(3)f=,單位:Hz(1)描述速度方向變化快慢的物理量(an)(2)方向指向圓心(1)an=2r(2)單位:m/s2(1)v=r=2rf(2)an=r2=v=r=42f2r第4頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四3.向心力F

3、(1)作用效果:產(chǎn)生向心加速度,只改變線速度的方向,不改變線速度的大小,因此向心力不做功。(2)大小:F=ma=m=mr2=mr。(3)方向:總是沿半徑指向圓心,向心力是個變力。二、離心現(xiàn)象1.定義:做勻速圓周運動的物體,在所受的合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下,就做逐漸遠離圓心的運動,即離心運動。第5頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四2.本質(zhì):做圓周運動的物體,由于本身的慣性,總是有沿著圓周切線方向飛出去的傾向。3.受力特點當F=mr2時,物體做勻速圓周運動;當F=0時,物體沿切線方向飛出;當FRB,故vAvB,A正確;F向=mg cot =m2

4、R,由于RARB,故ARB,故TATB,C錯;FN=,故FNA=FNB,D錯。答案AB第16頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四1-1飛機做特技表演時,常做俯沖拉起運動,如圖所示,此運動在最低點附近可看做是半徑為500 m的圓周運動。若飛行員的質(zhì)量為65 kg,飛機經(jīng)過最低點時速度為360 km/h,則這時飛行員對座椅的壓力為多大?(取g=10 m/s2)第17頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四第18頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四對飛行員受力分析,如圖所示,有FN-mg=m得:FN=mg+m=1 950 N答案1 950

5、 N解析由牛頓第三定律可知支持力大小等于壓力大小,所以飛行員對座椅的壓力為1 950 N。第19頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四在分析傳動裝置的各物理量時,要抓住不等量和相等量的關系,表現(xiàn)為:1.同轉(zhuǎn)動軸的各點角速度相等,而線速度v=r與半徑r成正比,向心加速度a=2r與半徑r成正比。2.當皮帶不打滑時,傳動皮帶與和皮帶連接的兩輪邊緣的各點線速度大小相等,而兩輪的角速度=與半徑r成反比,向心加速度a=與半徑r成反比。 重難二傳動裝置中各物理量之間的關系第20頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四典例2如圖所示為一皮帶傳動裝置,右輪的半徑為r,a是它

6、邊緣上的一點,左側(cè)是一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪半徑為 2r,b點在小輪上,到小輪圓心的距離為r,c點和d點分別位于小輪和大輪的邊緣上。若在轉(zhuǎn)動過程中,皮帶不打滑。則()A.a點與b點的線速度大小相等B.a點與b點的角速度大小相等C.a點與c點的線速度大小相等D.a點與d點的向心加速度大小相等第21頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四解析左、右兩輪通過皮帶傳動,在皮帶不打滑的前提下,應有a、c兩點的線速度大小相等,b、c、d三點的角速度大小相等,即va=vc,b=c=d,C選項正確。由v=r可得vb=rb,vc=2rc,顯然vcvb,則vavb,又va=ravb=rb,

7、則ab,A、B兩選項錯誤。由a=可得aa=,ad=,D選項正確。答案CD第22頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四2-1在離心澆鑄裝置中,電動機帶動兩個支承輪同向轉(zhuǎn)動,管狀模型放在這兩個輪上靠摩擦轉(zhuǎn)動,如圖所示,鐵水注入之后,由于離心作用,鐵水緊緊靠在模型的內(nèi)壁上,從而可得到密實的鑄件,澆鑄時轉(zhuǎn)速不能過低,否則,鐵水會脫離模型內(nèi)壁,產(chǎn)生次品。已知管狀模型內(nèi)壁半徑R,則管狀模型轉(zhuǎn)動的最低角速度為()A.B.C.D.2答案A解析最易脫離模型內(nèi)壁的位置在最高點,轉(zhuǎn)動的最低角速度對應鐵水在最高點受內(nèi)壁的作用力恰好為零,即mg=m2R,得:=,A正確。第23頁，共40頁，2022年

8、，5月20日，23點30分，星期四在豎直平面內(nèi)做圓周運動的物體,按運動至軌道最高點時的受力情況可分為兩類。一類是無支撐(如球與繩連接,沿內(nèi)軌道的“過山車”等),稱為“繩(環(huán))約束模型”;二是有支撐(如球與桿連接,在彎管內(nèi)的運動等),稱為“桿(管道)約束模型”。物體在豎直平面內(nèi)做的圓周運動是一種典型的變速曲線運動,該類運動常有臨界問題,并常伴有“最大”“最小”“剛好”等詞語,現(xiàn)就兩種模型分析比較如下:重難三豎直面內(nèi)的圓周運動問題第24頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四 無支撐模型有支撐模型常見類型均是沒有支撐的小球均是有支撐的小球過最高點的臨界條件由mg=m得v臨=由小球

9、恰能做圓周運動即可得v臨=0第25頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四討論分析(1)過最高點時,v,FN+mg=m,繩、軌道對球產(chǎn)生彈力FN(2)不能過最高點,v,在到達最高點前小球已經(jīng)脫離了圓軌道(1)當v=0時,FN=mg,FN為支持力,沿半徑背離圓心(2)當0v時,FN+mg=m,FN指向圓心并隨v的增大而增大第26頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四 典例3長度為L=0.50 m的輕質(zhì)細桿OA,A端有一質(zhì)量為m=3.0 kg的小球,如圖所示,小球以O點為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運動,通過最高點時小球的速率是 2.0 m/s,g取 10 m/s2

10、,則此時細桿OA受到()A.6.0 N的拉力 B.6.0 N的壓力C.24 N的拉力D.24 N的壓力第27頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四解析解法一設小球以速率v0通過最高點時,球?qū)U的作用力恰好為零,即mg=m,得v0= m/s= m/s。由于v=2.0 m/s m/s,可知過最高點時,球?qū)殫U產(chǎn)生壓力。如圖甲所示,為小球的受力情況圖。由牛頓第二定律mg-FN=m,得FN=mg-m=(3.010-3.0)N=6.0 N。由牛頓第三定律知,細桿OA受到6.0 N的壓力。第28頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四解法二設桿對小球的作用力為FN(由

11、于方向未知,可以設為向下)。如圖乙所示,由向心力公式得FN+mg=m,則FN=m-mg=(3.0-3.010) N=-6.0 N。負號說明FN的方向與假設方向相反,即向上。由牛頓第三定律知,細桿OA受到6.0 N的壓力。答案B第29頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四3-1如圖所示,小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運動,內(nèi)側(cè)壁半徑為R,小球半徑為r,則下列說法正確的是()A.小球通過最高點時的最小速度vmin=B.小球通過最高點時的最小速度vmin=0C.小球在水平線ab以下的管道中運動時,內(nèi)側(cè)管壁對小球可能有作用力D.小球在水平線ab以上的管道中運動時,外側(cè)管壁對小

12、球一定有作用力第30頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四答案B解析小球沿管道上升到最高點時的速度可以為零,故A錯誤,B正確;小球在水平線ab以下的管道中運動時,由外側(cè)管壁對小球的作用力FN與小球的重力在背離圓心方向的分力Fmg的合力提供向心力,即:FN-Fmg=m,因此,外側(cè)管壁一定對球有作用力,而內(nèi)側(cè)管壁無作用力,C錯誤;小球在水平線ab以上的管道中運動時,小球受管壁的作用力與小球速度大小有關,D錯誤。第31頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四臨界問題的分析方法1.判斷臨界狀態(tài):有些題目中有“剛好”“恰好”“正好”等字眼,明顯表明題述的問題存在著臨

13、界點;若題目中有“取值范圍”“多長時間”“多大距離”等詞語,表明題述的過程存在著“起止點”,而這些起止點往往就是臨界狀態(tài);若題目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明思想方法題述的過程存在著極值,這個極值點也往往是臨界狀態(tài)。2.確定臨界條件:判斷題述的過程存在臨界狀態(tài)之后,要通過分析弄清臨界狀態(tài)出現(xiàn)的條件,并以數(shù)學形式表達出來。3.選擇物理規(guī)律:當確定了物體運動的臨界狀態(tài)和臨界條件后,要分別對于不同的運動過程或現(xiàn)象,選擇相對應的物理規(guī)律,然后再列方程求解。第32頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四第33頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四典

14、例如圖所示,在光滑的圓錐體頂端用長為l的繩懸掛一質(zhì)量為m的小球。圓錐體固定在水平面上不動,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繞圓錐體軸線做水平勻速圓周運動。(1)當v1=時,求繩對小球的拉力;(2)當v2=時,求繩對小球的拉力。解析如圖所示,小球在錐面上運動,但支持力FN=0,小球只受重力mg和繩的拉力FT作用,合力沿水平面指向軸線。根據(jù)牛頓第二定律有:第34頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四mg tan =m=m解得:v0=解析如圖所示,小球在錐面上運動,但支持力FN=0,小球只受重力mg和繩的拉力FT作用,合力沿水平面指向軸線。根據(jù)牛頓第二定

15、律有:第35頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四(1)因為v1v0,所以小球與錐面脫離接觸,設繩與豎直方向的夾角為,此時小球受力如圖乙所示。根據(jù)牛頓第二定律有:FT sin =FT cos -mg=0解得:FT=2mg答案(1)1.03mg(2)2mg第37頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四針對訓練如圖所示,細繩一端系著質(zhì)量m=0.6 kg的物體,靜止在水平面上,另一端通過光滑的小孔吊著質(zhì)量m=0.3 kg的物體,m的重心與圓孔的距離為0.2 m,并知m和水平面的最大靜摩擦力為2 N?，F(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動,問角速度在什么范圍,m會處于靜止狀態(tài)。(取g=10 m/s2)第38頁，共40頁，2022年，5月20日，23點30分，星期四答案2.9 rad/s6.5 rad/s解析要使m靜止,m也應與平面相對靜止,而m與平面相對靜止時有兩個臨界狀態(tài):當為所求范圍最小值時,m有向著圓心運動的趨勢,水平面對m的靜摩擦力的方向背離圓心,大小等于最大靜