高一物理圓周運(yùn)動的實例分析、離心現(xiàn)象、曲線運(yùn)動綜合練習(xí)

1、高一物理高一物理圓周運(yùn)動的實例分析、離心現(xiàn)象、曲線運(yùn)動綜合練習(xí)圓周運(yùn)動的實例分析、離心現(xiàn)象、曲線運(yùn)動綜合練習(xí)北師北師 大版大版 【本講教育信息本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 圓周運(yùn)動的實例分析、離心現(xiàn)象、曲線運(yùn)動綜合練習(xí) 二. 知識歸納與總結(jié) 1. 用向心力公式解題的一般方法： （1）明確研究對象，必要時要將它從轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中隔離出來； （2）找出物體圓周運(yùn)動的軌道平面，從中找出圓心和半徑； （3）對研究對象做受力分析，分析是哪些力提供了向心力 （4）建立正交坐標(biāo)（以指向圓心方向為 x 軸的正向） ，將力正交分解到坐標(biāo)軸方向； 注意：列方程時要注意力、速度、運(yùn)動半徑的對應(yīng)關(guān)系；有些問題還需配合其

2、他輔助 手段，需要具體問題具體分析。 2. 離心運(yùn)動：做勻速圓周運(yùn)動的物體，在合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動所需 的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動。 3. 向心運(yùn)動和離心運(yùn)動產(chǎn)生的原因（如圖所示，向心力用 Fn表示） 。 （4）當(dāng) Fn0 時，即向心力消失時，半徑 R 趨于無限大，物體將沿切線方向飛出。 所以，向心運(yùn)動和離心運(yùn)動產(chǎn)生的原因是向心力多余和不足。 4. 離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止： （1）洗衣機(jī)的脫水筒是利用離心運(yùn)動把濕衣服甩干的。把濕衣服放在脫水筒里，筒轉(zhuǎn) 得慢時，水滴跟物體的附著力 F 足以提供所需向心力 F；當(dāng)筒轉(zhuǎn)得比較快時，附著力 F 不 足以提供所需向心力 F，于

3、是水滴做離心運(yùn)動，穿過網(wǎng)孔，飛到筒外面。 （2）在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時所需向心力是由車輪與路面間的靜摩擦力提供 的，如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需向心力 F 大于最大靜摩擦力，汽車將做離心運(yùn)動而造成交 通事故。 【典型例題典型例題】 例 1. 如圖所示，用細(xì)管彎成半徑為 r 的圓弧形軌道，并放置在豎直平面內(nèi)，現(xiàn)有一小球 在細(xì)管內(nèi)運(yùn)動，當(dāng)小球通過軌道最高點(diǎn)時，若小球速度_時，會對細(xì)管上部產(chǎn) 生壓力；若小球速度_時，會對細(xì)管下部產(chǎn)生壓力。 分析和解答：分析和解答： 此時 N0。 當(dāng) v0 時，恰好過最高點(diǎn)，對管下部產(chǎn)生壓力為 mg。 例 2. 一根水平輕質(zhì)硬桿以恒定的角速度 繞豎直 OO轉(zhuǎn)動，兩

4、個質(zhì)量均為 m 的小球能 夠沿桿無摩擦運(yùn)動，兩球之間用勁度系數(shù)為 k 的彈簧連接，彈簧原長為 l0，靠近轉(zhuǎn)軸的球 與軸之間也用同樣的彈簧與軸相連如圖所示，求每根彈簧的長度。 分析和解答：分析和解答：當(dāng)兩球繞軸 OO做勻速圓周運(yùn)動時，兩球的受力情況如圖所示，分別用 l、L 表示 A、B 兩球左側(cè)彈簧在做圓周運(yùn)動時的長度，再列出圓周運(yùn)動方程： 由、聯(lián)解得 例 3. 如圖所示是離心試驗器的原理圖?？梢杂秒x心試驗器來研究過荷對人體的影響，測 試人的抗荷能力，離心實驗器轉(zhuǎn)動時，被測者做勻速圓周運(yùn)動，現(xiàn)觀察到圖中的直線 AB（即垂直于座位的直線）與水平桿成 30角，求被測者對座位的壓力是他所受重力的 多少

5、倍？ 分析和解答：分析和解答：被試驗者做勻速圓周運(yùn)動所需要的向心力由他所受重力和座位對他的支 持力的合力提供，如圖所示。 被試驗者對座位的壓力和座位對他的支持力是一對作用力和反作用力，所以他對座位 的壓力大小是他所受重力的 2 倍。 例 4. 如圖所示，輕桿長 1m，其兩端各連接質(zhì)量為 1kg 的小球，桿可繞距 B 端 0.2m 處 的軸 O 在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，輕桿由水平從靜止轉(zhuǎn)至豎直方向，A 球在最低點(diǎn)時的速度 為 4m/s。求：（g 取 10m/s2） A 小球此時對桿的作用力大小及方向； B 小球此時對桿的作用力大小及方向。 分析和解答：分析和解答： 負(fù)號，代表小球 B 受力方向與圖

6、示方向相反，即受桿拉力作用。所以 B 球?qū)U拉力為 10N，方向豎直向上。 例 5. 內(nèi)壁光滑，兩端封閉的試管長 5cm，內(nèi)有質(zhì)量為 1kg 的小球，試管一端裝在水平轉(zhuǎn) 軸 O 上，在豎直面上繞 O 做勻速轉(zhuǎn)動。已知轉(zhuǎn)動過程中，試管底部受到小球壓力的最大值 是最小值的 3 倍，求轉(zhuǎn)動的角速度。 分析和解答：分析和解答： 以試管中小球為研究對象，受力分析如圖所示： 由、兩式可得： 例 6. 如圖所示，細(xì)繩一端系著質(zhì)量 M0.6kg 的物體，靜止在水平面，另一端通過光滑 小孔吊質(zhì)量 m0.3kg 的物體，M 的中點(diǎn)與圓孔距離為 0.2m，并知 M 和水平面的最大靜摩 擦力為 2N?，F(xiàn)使此平面繞中心

7、軸線轉(zhuǎn)動，問角速度 在什么范圍 m 會處于靜止?fàn)顟B(tài)？ （g 取 10m/s2） 分析和解答：分析和解答：設(shè)物體 M 和水平面保持相對靜止，當(dāng) 具有最小值時，M 有向圓心運(yùn) 動的趨勢，所以 M 受到的靜摩擦力方向沿半徑向外，且等于最大靜摩擦力，隔離 M 分析 受力，有 當(dāng) 具有最大值，M 有離開圓心趨勢，M 受的最大靜摩擦力 2N、指向圓心，隔離 M 受力分析有 【模擬試題模擬試題】 1. 關(guān)于物體做曲線運(yùn)動的條件，以下說法中正確的是（ ） A. 初速度不為零的質(zhì)點(diǎn)，受到與初速度的方向不在同一條直線上的外力作用 B. 質(zhì)點(diǎn)受到外力作用 C. 質(zhì)點(diǎn)加速度的方向必須發(fā)生變化 D. 質(zhì)點(diǎn)受到的外力與加

8、速度有一夾角 2. 質(zhì)點(diǎn)作勻速圓周運(yùn)動，下列物理量中，不變的是（ ） A. 速度B. 角速度 C. 向心加速度D. 周期 3. 小球被細(xì)繩拴著做勻速圓周運(yùn)動，軌道半徑為 R，向心加速度為 a，那么（ ） A. 小球運(yùn)動的角速度是 B. 小球在 t 時間內(nèi)通過的路程 C. 小球做圓周運(yùn)動的周期 D. 小球在 t 時間內(nèi)（細(xì)線）轉(zhuǎn)過的角度 4. 平拋物體的運(yùn)動規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：水平方向做勻速運(yùn)動，豎直方向做自由落 體運(yùn)動。為了研究平拋物體的運(yùn)動，可做下面的實驗：如圖 1 所示，用小錘打擊彈性金屬 片，A 球就水平飛出，同時 B 球被松開，做自由落體運(yùn)動，兩球總是同時落到地面。這個 實驗（ ） 圖

9、 1 A. 只能說明上述規(guī)律中的第條 B. 只能說明上述規(guī)律中的第條 C. 不能說明上述規(guī)律中的任何一條 D. 能同時說明上述兩條規(guī)律 5. 從離地 4.9m 高處，以 6m/s 的速度水平拋出一只小球，小球從拋出到落地之間速度改 變量的大小為（ ） A. 6m/sB. 12m/s C. 9.8m/sD. 15.8m/s 6. 一飛機(jī)以 200m/s 的速度在高空沿水平線做勻速直線飛行。每相隔 1s 先后從飛機(jī)上落 下 A、B、C 三個物體，不計空氣阻力。在運(yùn)動過程中（ ） A. A 在 B 前 200m，B 在 C 前 200m B. A、B、C 在空氣中排列成一條拋物線 C. A、B、C

10、排列在一條豎直線上，間距不變 D. A、B、C 排列在一條豎直線上，間距不斷增大 7. 長 l 的繩子的一端系一質(zhì)量為 m 的小球，以另一端為圓心，使小球在光滑水平面內(nèi)做 勻速圓周運(yùn)動。當(dāng)角速度為 時，繩子就要斷裂。若用同樣長的這樣兩股繩子系住小球 m，使它仍在此水平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動，則繩子不斷裂的最大的角速度應(yīng)為（ ） A. B. C. D. 8. 在下圖 2 所示中，質(zhì)量為 m 的小球固定在桿的一端，在豎直面內(nèi)繞桿的另一端作圓周 運(yùn)動。當(dāng)小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時，即時速度，L 是球心到 O 點(diǎn)的距離，則球?qū)U的作用力是 （ ） 圖 2 A. 的拉力B. 的壓力 C. 零D. 的壓力 9. 將小

11、球以 3m/s 的速度平拋出去，它落地時的速度為 5m/s，求球在空中運(yùn)行的時間和 位移（g 取 10m/s2） 10. 如圖 3 所示，在傾角為 37的斜坡上，從 A 點(diǎn)水平拋出一個物體，物體落在斜坡的 B 點(diǎn)，測得 A、B 兩點(diǎn)間距離是 75m，求物體拋出時初速度的大小，并求落到 B 點(diǎn)時的速 度大小。 圖 3 （） 11. 如圖 4 所示，一個向左勻速行駛的車廂，車廂內(nèi)有一高為 h 的架子，其邊緣處有一 小球。當(dāng)車突然以加速度 a 勻加速行駛時，小球從邊緣處脫落，若小球未與車廂后壁相碰， 求它落地點(diǎn)與架子邊緣的水平距離。 圖 4 12. 如圖 5 所示，在水平轉(zhuǎn)盤上，距轉(zhuǎn)動軸 20cm

12、處有一個質(zhì)量是 20g 的小木塊，當(dāng)轉(zhuǎn)盤 的轉(zhuǎn)動周期為 2s 時，木塊與轉(zhuǎn)盤之間沒有相對滑動，問木塊受幾個力，每個力是多大？方 向怎么？ 圖 5 13. 一輛汽車以 10m/s 的速度在平直公路上勻速行駛，汽車對路面的壓力是 4104N。該 汽車以同樣速率駛過半徑為 R40m 的凸形橋頂時，汽車對橋面的壓力為多少？（g 取 10m/s2） 14. 如圖 6 所示，長為 L1m 的輕質(zhì)木桿，一端固定一個質(zhì)量 m=2kg 的小球，以支架上 的 O 點(diǎn)為軸在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，支架質(zhì)量 M5kg，當(dāng)小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時 v2m/s，則此時支架對地面的壓力為多少？若要使支架對地面的壓力為零，則小球運(yùn)動到 最