高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第四章 圓周運(yùn)動(dòng)

高考物理大一輪復(fù)習(xí)第四章圓周運(yùn)動(dòng)課件第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量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)通過的圓弧長①相等知識(shí)梳理

,就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度大?、诓蛔?/p>

的圓周運(yùn)動(dòng)。(2)性質(zhì):加速度大?、鄄蛔?/p>

,方向始終指向④圓心

,是變加速運(yùn)動(dòng)。(3)條件:合外力大小⑤不變

、方向始終與⑥速度

方向垂直且指

向圓心。2.描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

定義、意義公式、單位

(1)描述做圓周運(yùn)動(dòng)的物

體運(yùn)動(dòng)⑦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)單位:m/s

(1)描述物體繞圓心⑧

轉(zhuǎn)動(dòng)快慢

的物理量(ω)(2)中學(xué)不研究其方向(1)ω=

=

(2)單位:rad/s2.描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

(1)周期是物體沿圓周運(yùn)

動(dòng)⑨一周

的時(shí)間(T)(2)轉(zhuǎn)速是物體在單位時(shí)

間內(nèi)轉(zhuǎn)過的⑩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=

=

ω2r

(2)單位:m/s2

(1)v=ωr=

=

2πrf

(2)an=

=rω2=

ωv

=

r

=

4π2f2r

第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四3.向心力F(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

=

mrω2

=m

r。(3)方向:總是沿半徑指向圓心,向心力是個(gè)變力。二、離心現(xiàn)象1.定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,在所受的合外力突然消失或不足以提供

圓周運(yùn)動(dòng)①所需的向心力

的情況下,就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng),即離心運(yùn)動(dòng)。第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2.本質(zhì):做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,由于本身的慣性,總是有沿著②圓周切線方

向

飛出去的傾向。3.受力特點(diǎn)當(dāng)F=③

mrω2

時(shí),物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)F=0時(shí),物體沿④切線方向

飛出;當(dāng)F<⑤

mrω2

時(shí),物體逐漸遠(yuǎn)離圓心,F為實(shí)際所提供的向心力,如圖所示。第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1.在一棵大樹將要被伐倒的時(shí)候,有經(jīng)驗(yàn)的伐木工人就會(huì)雙眼緊盯著樹梢,

根據(jù)樹梢的運(yùn)動(dòng)情形就能判斷大樹正在朝著哪個(gè)方向倒下,從而避免被倒

下的大樹砸傷。從物理知識(shí)的角度來解釋,以下說法正確的是

(

)A.樹木開始倒下時(shí),樹梢的角速度較大,易于判斷B.樹木開始倒下時(shí),樹梢的線速度最大,易于判斷C.樹木開始倒下時(shí),樹梢的向心加速度較大,易于判斷D.伐木工人的經(jīng)驗(yàn)缺乏科學(xué)依據(jù)

答案

B樹木倒下時(shí)樹干上各部分的角速度相同,半徑越大其線速度越大,B項(xiàng)正確。第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2.如圖所示,木塊P放在水平圓盤上隨圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng),關(guān)于木塊所受摩擦力Ff

的敘述正確的是

(

)A.Ff的方向總是指向圓心B.圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)Ff=0C.在轉(zhuǎn)速一定的條件下,Ff的大小跟木塊到軸O的距離成正比D.在木塊與軸O的距離一定的條件下,圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),Ff的大小跟圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度成正比第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四以B錯(cuò)誤;當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí),說明做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng),由此可知,靜摩擦力與

轉(zhuǎn)動(dòng)半徑成正比,所以C選項(xiàng)正確;在半徑一定時(shí),木塊做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),靜摩擦

力與角速度的平方成正比,所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤,故答案為C。

答案

C

木塊隨著圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),不一定是勻速轉(zhuǎn)動(dòng),所以摩擦力的方向也不一定沿半徑方向,只有木塊隨圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦力才指向圓心,所以

A選項(xiàng)錯(cuò)誤;勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)靜摩擦力提供向心力,所以靜摩擦力肯定不為零,所第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四3.質(zhì)量為m的木塊從半徑為R的半球形的碗口下滑到碗的最低點(diǎn)的過程中,

如果由于摩擦力的作用使木塊的速率不變,那么

(

)A.因?yàn)樗俾什蛔?所以木塊的加速度為零B.木塊下滑過程中所受的合外力越來越大C.木塊下滑過程中所受的摩擦力大小不變D.木塊下滑過程中的加速度大小不變,方向始終指向球心

答案

D由于木塊沿圓弧下滑做的是圓周運(yùn)動(dòng),故存在向心加速度。由牛頓第二定律有F合=man=m

,而v的大小不變,故合外力的大小不變。由于木塊在滑動(dòng)過程中與接觸面的正壓力是變化的,故滑動(dòng)摩擦力在變化,而木

塊在下滑過程中,速度的大小不變,所以向心加速度的大小不變,方向始終指向球心,故只有選項(xiàng)D正確。第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四4.如圖所示的齒輪傳動(dòng)裝置中,主動(dòng)輪的齒數(shù)z1=24,從動(dòng)輪的齒數(shù)z2=8,當(dāng)主

動(dòng)輪以角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)情況是

(

)A.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),周期為2π/3ωB.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),周期為2π/3ωC.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),周期為6π/ωD.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),周期為6π/ω

答案

B主動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),兩輪邊緣的線速度相等,由齒數(shù)關(guān)系知主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周時(shí),從動(dòng)輪轉(zhuǎn)三周,故T從=

,B正確。第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1.向心力的來源(1)向心力是按力的作用效果命名的,它可以由某種性質(zhì)的力來充當(dāng),如彈

力、摩擦力等。(2)向心力可以是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力。2.分析向心力的一般步驟(1)首先確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道所在的平面。(2)其次找出軌道圓心的位置。重難一向心力的來源及分析重難突破第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四(3)最后分析做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的力,作出受力圖,找出這些力指向圓心方向的合外力就是向心力。

注意

(1)受力分析時(shí)不能再另外添加一個(gè)向心力。(2)變速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合外力在一些特殊位置也可能等于向心力,

如豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。

第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四典例1如圖所示,一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐筒的軸線垂直于水平面,圓錐筒固

定不動(dòng),兩個(gè)質(zhì)量相同的小球A和B緊貼著內(nèi)壁分別在圖中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則

(

)A.球A的線速度必定大于球B的線速度B.球A的角速度必定小于球B的角速度C.球A的運(yùn)動(dòng)周期必定小于球B的運(yùn)動(dòng)周期D.球A對(duì)筒壁的壓力必定大于球B對(duì)筒壁的壓力第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

解析球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受力如圖向心力F向=mgcotθ=

。由于RA>RB,故vA>vB,A正確;F向=mgcotθ=mω2R,由于RA>RB,故ωA<ωB,B正確;F向=mgcotθ=m

R,由于RA>RB,故TA>TB,C錯(cuò);FN=

,故FNA=FNB,D錯(cuò)。

答案

AB第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四1-1飛機(jī)做特技表演時(shí),常做俯沖拉起運(yùn)動(dòng),如圖所示,此運(yùn)動(dòng)在最低點(diǎn)附近可看做是半徑為500m的圓周運(yùn)動(dòng)。若飛行員的質(zhì)量為65kg,飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)速度為360km/h,則這時(shí)飛行員對(duì)座椅的壓力為多大?(取g=10m/s2)第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四對(duì)飛行員受力分析,如圖所示,有FN-mg=m

得:FN=mg+m

=1950N

答案

1950N

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(duì)座椅的壓力

為1950N。第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四在分析傳動(dòng)裝置的各物理量時(shí),要抓住不等量和相等量的關(guān)系,表現(xiàn)為:1.同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的各點(diǎn)角速度ω相等,而線速度v=ωr與半徑r成正比,向心加速

度a=ω2r與半徑r成正比。2.當(dāng)皮帶不打滑時(shí),傳動(dòng)皮帶與和皮帶連接的兩輪邊緣的各點(diǎn)線速度大

小相等,而兩輪的角速度ω=

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(dòng)裝置中各物理量之間的關(guān)系第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四典例2如圖所示為一皮帶傳動(dòng)裝置,右輪的半徑為r,a是它邊緣上的一點(diǎn),

左側(cè)是一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪半徑為2r,b點(diǎn)在小輪上,到小輪圓心的距離為r,c點(diǎn)和d點(diǎn)分別位于小輪和大輪的邊緣上。若在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,皮帶

不打滑。則

(

)A.a點(diǎn)與b點(diǎn)的線速度大小相等B.a點(diǎn)與b點(diǎn)的角速度大小相等C.a點(diǎn)與c點(diǎn)的線速度大小相等D.a點(diǎn)與d點(diǎn)的向心加速度大小相等第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

解析左、右兩輪通過皮帶傳動(dòng),在皮帶不打滑的前提下,應(yīng)有a、c兩點(diǎn)的線速度大小相等,b、c、d三點(diǎn)的角速度大小相等,即va=vc,ωb=ωc=ωd,C選

項(xiàng)正確。由v=rω可得vb=rωb,vc=2rωc,顯然vc>vb,則va>vb,又va=rωa>vb=rωb,則

ωa>ωb,A、B兩選項(xiàng)錯(cuò)誤。由a=

可得aa=

,ad=

=

=

,D選項(xiàng)正確。

答案

CD第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四2-1在離心澆鑄裝置中,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)支承輪同向轉(zhuǎn)動(dòng),管狀模型放在

這兩個(gè)輪上靠摩擦轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí)的鑄件,澆鑄時(shí)轉(zhuǎn)速不能過低,否則,鐵

水會(huì)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(dòng)

的最低角速度ω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(diǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)的最低角速度ω對(duì)應(yīng)鐵水在最高點(diǎn)受內(nèi)壁的作用力恰好為零,即mg=mω2R,得:ω=

,A正確。第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,按運(yùn)動(dòng)至軌道最高點(diǎn)時(shí)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(yùn)

動(dòng)等),稱為“桿(管道)約束模型”。物體在豎直平面內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)是一種典型的變速曲線運(yùn)動(dòng),該類運(yùn)動(dòng)

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(yùn)動(dòng)問題第24頁，共40頁，2023年，2月20日，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(diǎn)的臨界條件由mg=m

得v臨=

由小球恰能做圓周運(yùn)動(dòng)即

可得v臨=0第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四討論分析(1)過最高點(diǎn)時(shí),v≥

,FN+mg=m

,繩、軌道對(duì)球產(chǎn)生彈力FN(2)不能過最高點(diǎn),v<?,在到達(dá)最高點(diǎn)前小球已經(jīng)

脫離了圓軌道(1)當(dāng)v=0時(shí),FN=mg,FN為支

持力,沿半徑背離圓心(2)當(dāng)0<v<?時(shí),mg-FN=m

,FN背向圓心,隨v的增大而減小(3)當(dāng)v=?時(shí),FN=0(4)當(dāng)v>?時(shí),FN+mg=m

,FN指向圓心并隨v的增大而增大第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

典例3長度為L=0.50m的輕質(zhì)細(xì)桿OA,A端有一質(zhì)量為m=3.0kg的小球,如

圖所示,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2.0m/s,g取10m/s2,則此時(shí)細(xì)桿OA受到

(

)A.6.0N的拉力

B.6.0N的壓力C.24N的拉力

D.24N的壓力第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

解析

解法一

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mg=m

,得v0=

=

m/s=

m/s。由于v=2.0m/s<

m/s,可知過最高點(diǎn)時(shí),球?qū)?xì)桿產(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

=(3.0×10-3.0×

)N=6.0N。由牛頓第三定律知,細(xì)桿OA受到6.0N的壓力。第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四解法二

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)。如圖乙所示,由向心力公式得FN+mg=m

,則FN=m

-mg=(3.0×

-3.0×10)N=-6.0N。負(fù)號(hào)說明FN的方向與假設(shè)方向相反,即向上。由牛頓第三定律知,細(xì)桿OA受到6.0N的壓力。

答案

B第29頁，共40頁，2023年，2月20日，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(yùn)動(dòng),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(diǎn)時(shí)的最小速度vmin=?B.小球通過最高點(diǎn)時(shí)的最小速度vmin=0C.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),內(nèi)側(cè)管壁對(duì)小球可能有作用力D.小球在水平線ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四

答案

B

解析小球沿管道上升到最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零,故A錯(cuò)誤,B正確;小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),由外側(cè)管壁對(duì)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(duì)球有作用力,而內(nèi)側(cè)管壁無作用力,C錯(cuò)誤;小球在水平

線ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),小球受管壁的作用力與小球速度大小有關(guān),D錯(cuò)誤。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，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界點(diǎn);若題目中有“取值范圍”“多長時(shí)間”“多

大距離”等詞語,表明題述的過程存在著“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,表明思想方法題述的過程存在著極值,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(xué)形式表達(dá)出來。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,要分別對(duì)于

不同的運(yùn)動(dòng)過程或現(xiàn)象,選擇相對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律,然后再列方程求解。第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四典例如圖所示,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(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繞圓錐體軸線做水平勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(1)當(dāng)v1=

時(shí),求繩對(duì)小球的拉力;(2)當(dāng)v2=

時(shí),求繩對(duì)小球的拉力。

解析如圖所示,小球在錐面上運(yùn)動(dòng),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，2023年，2月20日，星期四mgtanθ=m

=m

解得:v0=?

解析如圖所示,小球在錐面上運(yùn)動(dòng),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35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期四(1)因?yàn)関1<v0,所以小球與錐面接觸并產(chǎn)生彈力FN,此時(shí)小球受力如圖甲所

示。根據(jù)牛頓第二定律有:FTsinθ-FNcosθ=

FTcosθ+FNsinθ-mg=0解得:FT=1.03mg甲乙第36頁，共