高中物理復(fù)習(xí)課件專題4曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天第3講圓周運(yùn)動(dòng)

高考總復(fù)習(xí)物理·課件第3講圓周運(yùn)動(dòng)必備知識(shí)·深悟固基一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及其相互關(guān)系二、離心運(yùn)動(dòng)1．定義：做________運(yùn)動(dòng)的物體，在合力__________或者_(dá)______提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就做逐漸______圓心的運(yùn)動(dòng)．2．供需關(guān)系與運(yùn)動(dòng)如圖所示，F(xiàn)為實(shí)際提供的向心力，則(1)當(dāng)__________時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；(2)當(dāng)________時(shí)，物體沿切線方向飛出；(3)當(dāng)__________時(shí)，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心；(4)當(dāng)__________時(shí)，物體逐漸靠近圓心．圓周突然消失不足以遠(yuǎn)離F＝mω2r

F＝0

F＜mω2r

F＞mω2r

(1)線速度側(cè)重于描述物體沿圓弧運(yùn)動(dòng)的快慢，角速度側(cè)重于描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢．(2)轉(zhuǎn)速n和頻率f含義相同，只是單位不同．(3)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是偏離圓形軌道完全是由實(shí)際提供的向心力大小決定的．1．[向心力](2021年蘇州八校聯(lián)考)如圖所示，一輛汽車正通過(guò)一段彎道公路，視汽車做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則

(

)A．該汽車速度恒定不變B．汽車左右兩車燈的線速度大小相等C．若速率不變，則跟公路內(nèi)道相比，汽車在外道行駛時(shí)所需的向心力較小D．若速率不變，則跟晴天相比，雨天路滑時(shí)汽車在同車道上行駛時(shí)所需的向心力較小【答案】C

2．[圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題](2021年浙江模擬)如圖所示，一芭蕾舞者在冰面上滑冰．此時(shí)此刻，她正繞著她的左腳保持該姿勢(shì)做原地旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作．其中A點(diǎn)為她的腳尖，B與C位于同一豎直線．對(duì)此，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．A點(diǎn)與C點(diǎn)的線速度大小相同B．B點(diǎn)與A點(diǎn)的線速度大小相同C．A點(diǎn)與B點(diǎn)的角速度大小不同D．B點(diǎn)與C點(diǎn)的線速度大小相同【答案】D

【解析】由題意可知A、B、C三點(diǎn)的角速度大小相同，且A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)半徑比B、C兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)半徑大，根據(jù)v＝ωr可知B、C兩點(diǎn)的線速度大小相同，A點(diǎn)的線速度比B、C兩點(diǎn)的線速度大，綜上所述可知A、B、C錯(cuò)誤，D正確．3．[圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題](2020年全國(guó)卷Ⅰ)如圖所示，一同學(xué)表演蕩秋千．已知秋千的兩根繩長(zhǎng)均為10m，該同學(xué)和秋千踏板的總質(zhì)量約為50kg．繩的質(zhì)量忽略不計(jì)，當(dāng)該同學(xué)蕩到秋千支架的正下方時(shí)，速度大小為8m/s，此時(shí)每根繩子平均承受的拉力約為 (

)A．200N

B．400N

C．600N

D．800N【答案】B關(guān)鍵能力·突破要點(diǎn)考點(diǎn)1圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[基礎(chǔ)考點(diǎn)]1．圓周運(yùn)動(dòng)各物理量間的關(guān)系1．(2021年廣東卷)由于高度限制，車庫(kù)出入口采用如圖所示的曲桿道閘，道閘由轉(zhuǎn)動(dòng)桿OP與橫桿PQ鏈接而成，P、Q為橫桿的兩個(gè)端點(diǎn)．在道閘抬起過(guò)程中，桿PQ始終保持水平．桿OP繞O點(diǎn)從與水平方向成30°的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到60°的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．P點(diǎn)的線速度大小不變B．P點(diǎn)的加速度方向不變C．Q點(diǎn)在豎直方向做勻速運(yùn)動(dòng)D．Q點(diǎn)在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)【答案】A

2．(2021年廣州一模)如圖為車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的直桿道閘，離地面高為1m的細(xì)直桿可繞O在豎直面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．汽車從自動(dòng)識(shí)別線ab處到達(dá)直桿處的時(shí)間為3.3s，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間為0.3s；汽車可看成高1.6m的長(zhǎng)方體，其左側(cè)面底邊在aa′直線上，且O到汽車左側(cè)面的距離為0.6m，要使汽車安全通過(guò)道閘，直桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度至少為 (

)【答案】D

3．(2021年衡水中學(xué)二模)如圖所示為兩級(jí)皮帶傳動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)皮帶均不打滑，中間兩個(gè)輪子是固定在一起的，輪1的半徑和輪2的半徑相同，輪3的半徑和輪4的半徑相同，且為輪1和輪2半徑的一半，則輪1邊緣的a點(diǎn)和輪4邊緣的c點(diǎn)相比

(

)A．線速度之比為1∶4

B．角速度之比為4∶1C．向心加速度之比為8∶1

D．向心加速度之比為1∶8【答案】D

考點(diǎn)2圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析[能力考點(diǎn)]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，因此在受力分析中不能再另外添加一個(gè)向心力．2．向心力的確定(1)確定圓周運(yùn)動(dòng)軌道所在的平面，確定圓心的位置．(2)分析物體的受力情況，找出所有力沿半徑方向指向圓心的合力就是向心力．3．“一、二、三、四”求解圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題例1

(2021年河北卷)(多選)如圖，矩形金屬框MNQP豎直放置，其中MN、PQ足夠長(zhǎng)，且PQ桿光滑．一根輕彈簧一端固定在M點(diǎn)，另一端連接一個(gè)質(zhì)量為m的小球，小球穿過(guò)PQ桿．金屬框繞MN軸分別以角速度ω和ω′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小球均相對(duì)PQ桿靜止．若ω′＞ω，則與以ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相比，以ω′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)

(

)A．小球的高度一定降低B．彈簧彈力的大小一定不變C．小球?qū)U壓力的大小一定變大D．小球所受合外力的大小一定變大【答案】BD

【解析】對(duì)小球受力分析，設(shè)輕彈簧彈力為FT，輕彈簧與水平方向的夾角為θ，在豎直方向，由于PQ桿光滑，其輕彈簧拉力沿PQ桿方向向上的分力等于小球重力，F(xiàn)Tsinθ＝mg，小球均相對(duì)PQ桿靜止，θ角不變，所以所以彈簧彈力的大小一定不變，小球高度不變，A錯(cuò)誤，B正確．輕彈簧拉力沿水平方向的分力和桿對(duì)小球的彈力的合力提供向心力，F(xiàn)Tcosθ－FN＝mrω2，解得FN＝FTcosθ－mrω2，當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，桿對(duì)小球的彈力背離轉(zhuǎn)軸；當(dāng)轉(zhuǎn)速較大時(shí)，F(xiàn)N＜0，彈力指向轉(zhuǎn)軸，因ω′＞ω，所以由牛頓第三定律可知，小球?qū)U壓力的大小不一定變大，C錯(cuò)誤．由勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式F＝mrω2可知，以ω′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所需的向心力增大，小球所受合外力的大小一定變大，D正確．1．(2021年廣東六校聯(lián)考)(多選)如圖所示，內(nèi)壁光滑的玻璃管內(nèi)用長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩懸掛一個(gè)小球．當(dāng)玻璃管繞豎直軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小球與玻璃管間恰無(wú)壓力．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．僅增加繩長(zhǎng)后，小球?qū)⑹艿讲ＡЧ苄毕蛳路降膲毫．僅增加繩長(zhǎng)后，若仍保持小球與玻璃管間無(wú)壓力，需增大ωC．僅增加小球質(zhì)量后，小球?qū)⑹艿讲ＡЧ苄毕蛏戏降膲毫．僅增加角速度至ω′后，小球?qū)⑹艿讲ＡЧ苄毕蛳路降膲毫Α敬鸢浮緼D

【解析】因?yàn)椴ＡЧ芾@豎直軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，小球與玻璃管間恰無(wú)壓力，對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖所示，小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R＝Lsinθ，小球所受的合力提供小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即mgtanθ＝mω2R＝mω2Lsinθ．僅增加繩長(zhǎng)后，小球所受合力增大，則小球?qū)⑹艿缴喜ＡЧ鼙谛毕蛳路降膲毫?，故A正確；僅增加繩長(zhǎng)后，若仍保持小球與玻璃管間無(wú)壓力，則小球所受合力不變，需要減小角速度，故B錯(cuò)誤；僅增加小球質(zhì)量后，根據(jù)mgtanθ＝mω2Lsinθ可知，向心力公式兩邊都有m，因此質(zhì)量可以約掉，小球不受到玻璃管壁斜向上方的壓力，故C錯(cuò)誤；僅增加角速度后，小球所受合力增大，則小球?qū)⑹艿缴喜ＡЧ鼙谛毕蛳路降膲毫?，故D正確．2．(2021年三明模擬)(多選)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)了一個(gè)非常有創(chuàng)意的募捐箱，如圖甲所示，把硬幣從投幣口放入，從出幣口滾出，接著在募捐箱上類似于漏斗形的部位(如圖丙所示，O點(diǎn)為漏斗形口的圓心)滾動(dòng)很多圈之后從中間的小孔掉入募捐箱．如果把硬幣在不同位置的運(yùn)動(dòng)都可以看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，摩擦阻力忽略不計(jì)，則關(guān)于某一枚硬幣在a、b兩處的說(shuō)法正確的是 (

)A．在a、b兩處做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心都為O點(diǎn)B．向心力的大小Fa＝FbC．角速度的大小ωa＜ωbD．周期的大小Ta＞Tb【答案】CD

考點(diǎn)3圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題[能力考點(diǎn)]1．確定臨界狀態(tài)的常用方法(1)極限法：把物理問(wèn)題(或過(guò)程)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象顯露，達(dá)到盡快求解的目的．(2)假設(shè)法：有些物理過(guò)程中沒(méi)有明顯出現(xiàn)臨界問(wèn)題的線索，但在變化過(guò)程中可能出現(xiàn)臨界問(wèn)題．2．分析豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)臨界問(wèn)題的思路例2

(2021年華中師大附中模擬)(多選)如圖甲所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為m、2m的小木塊a和b(可視為質(zhì)點(diǎn))放在水平圓盤(pán)上，a與轉(zhuǎn)軸OO′的距離為2l，b與轉(zhuǎn)軸的距離為l．如圖乙所示(俯視圖)，兩個(gè)質(zhì)量均為m的小木塊c和d(可視為質(zhì)點(diǎn))放在水平圓盤(pán)上，c與轉(zhuǎn)軸、d與轉(zhuǎn)軸的距離均為l，c與d之間用長(zhǎng)度也為l的輕質(zhì)細(xì)線相連．木塊與圓盤(pán)之間的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍，重力加速度大小為g．若圓盤(pán)從靜止開(kāi)始繞轉(zhuǎn)軸做角速度緩慢增大的轉(zhuǎn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是 (

)【答案】BD

1．(2021年惠州模擬)(多選)如圖所示，為一種圓錐筒狀轉(zhuǎn)筒，左右各系著一長(zhǎng)一短的繩子掛著相同的小球，轉(zhuǎn)筒靜止時(shí)繩子平行圓錐面，當(dāng)轉(zhuǎn)筒中心軸開(kāi)始緩慢加速轉(zhuǎn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，則下列說(shuō)法正確的是

(

)A．角速度慢慢增大，一定是線長(zhǎng)的那個(gè)球先離開(kāi)圓錐筒B．角速度達(dá)到一定值的時(shí)候兩個(gè)球一定同時(shí)離開(kāi)圓錐筒C．兩個(gè)球都離開(kāi)圓錐筒后，它們一定高度相同D．兩個(gè)球都離開(kāi)圓錐筒時(shí)兩端繩子的拉力一定相同【答案】AC

考點(diǎn)4圓周運(yùn)動(dòng)的輕繩、輕桿模型[能力考點(diǎn)]1．模型概述在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，運(yùn)動(dòng)至軌道最高點(diǎn)時(shí)的受力情況可分為兩類：一是無(wú)支撐(如球與繩連接，沿內(nèi)軌道的“過(guò)山車”等)，稱為輕繩模型；二是有支撐(如球與桿連接，小球在彎管內(nèi)運(yùn)動(dòng)等)，稱為輕桿模型．2．兩類模型對(duì)比【答案】BD

1．如圖甲所示，質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)為L(zhǎng)的不可伸長(zhǎng)的輕繩連接后繞固定點(diǎn)O在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的速度大小為v，此時(shí)輕繩的拉力大小為F．F與v2的關(guān)系圖像如圖乙中實(shí)線所示，下列關(guān)于a、b、c的值正確的是 (

)A．a(chǎn)＝6mg

B．a(chǎn)＝5mgC．b＝2mg

D．c＝6gL【答案】A

小實(shí)驗(yàn)*探究影響向心力大小的因素1．實(shí)驗(yàn)儀器：向心力演示器(如圖)，三個(gè)金屬球(半徑相同，其中兩個(gè)為質(zhì)量相同的鋼球，另一個(gè)為質(zhì)量是鋼球一半的鋁球)．注：1．手柄；2、3．變速塔輪；4．長(zhǎng)槽；5．短槽；6．橫臂；7．彈簧測(cè)力套筒；8．標(biāo)尺2．實(shí)驗(yàn)步驟及觀察結(jié)果(1)調(diào)整標(biāo)尺，使兩根標(biāo)尺起點(diǎn)和套筒上口處于同一水平面上，皮帶放在第一擋，轉(zhuǎn)速為1∶1的皮帶盤(pán)處，質(zhì)量相同的兩鋼球分別放在兩個(gè)槽上半徑相等的橫臂擋板內(nèi)側(cè)，然后搖動(dòng)手柄，觀察到標(biāo)尺讀數(shù)始終相等．(2)將長(zhǎng)槽上鋼球由第一擋板內(nèi)側(cè)移至第二擋板內(nèi)側(cè)，此時(shí)兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為2∶1，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，觀察到標(biāo)尺格數(shù)之比為2∶1．(3)將長(zhǎng)槽上的鋼球換成鋁球，并移至第一擋板內(nèi)側(cè)，兩個(gè)金屬球質(zhì)量比為1∶2，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，觀察到標(biāo)尺格數(shù)之比為1∶2．(4)把皮帶放在第二擋，轉(zhuǎn)速之比為2∶1，將長(zhǎng)槽上鋁球換成鋼球，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，兩球角速度之比為2∶1，觀察到標(biāo)尺格數(shù)之比為4∶1．(5)將皮帶放在第三擋，轉(zhuǎn)速之比為3∶1，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，兩球角速度之比為3∶1，觀察到標(biāo)尺格數(shù)之比為9∶1．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量有關(guān)，具體關(guān)系為Fn＝mω2r．例4

(2021年人大附中模擬)我們可以用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究影響向心力大小的因素．長(zhǎng)槽橫臂的擋板B到轉(zhuǎn)軸的距離是擋板A的2倍，長(zhǎng)槽橫臂的擋板A和短槽橫臂的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等．轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．橫臂的擋板對(duì)球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)球所受向心力的相對(duì)大小．則關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是 (

)A．探究向心力和半徑的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑不相同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量相同的小球分別放在擋板A和擋板C處B．探究向心力和質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量不同的小球分別放在擋板A和擋板C處C．探究向心力和角速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量不同的小球分別放在擋板A和擋板C處D．探究向心力和角速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量相同的小球分別放在擋板B和擋板C處【答案】B

【解析】探究向心力和半徑的關(guān)系時(shí)，要保持其余的物理量不變，則需要質(zhì)量、線速度或角速度都相同，應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量相同的小球分別放在擋板B和擋板C處，所以A錯(cuò)誤；探究向心力和質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要保持其余的物理量不變，則需要半徑、線速度或角速度都相同，若半徑、角速度相同，則應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量不同的小球分別放在擋板A和擋板C處，所以B正確；探究向心力和角速度的關(guān)系時(shí)，要保持其余的物理量不變，則需要半徑、質(zhì)量相同，應(yīng)將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤(pán)上，將質(zhì)量相同的小球分別放在擋板A和擋板C處，所以C、D錯(cuò)誤.1．(2021