高考物理大一轮复习 第4章 第3讲 圆周运动的规律及其应用课件 新人教版必修2.ppt

第3讲圆周运动的规律及其应用 1 匀速圆周运动 1 定义 做圆周运动的物体 若在相等的时间内通过的圆弧长 就是匀速圆周运动 2 特点 加速度大小 方向始终指向 是变加速运动 3 条件 合外力大小 方向始终与 方向垂直且指向圆心 匀速圆周运动 角速度 线速度 向心加速度 考纲要求 相等 不变 圆心 不变 速度 2 描述圆周运动的物理量描述圆周运动的物理量主要有线速度 角速度 周期 频率 转速 向心加速度 向心力等 现比较如下表 快慢 转动快慢 一周 r 2 圈数 方向 快慢 判断正误 正确的划 错误的划 1 匀速圆周运动是速度不变的曲线运动 2 做匀速圆周运动的物体向心加速度与半径成反比 3 做匀速圆周运动的物体角速度与转速成正比 4 比较物体沿圆周运动的快慢看线速度 比较物体绕圆心转动的快慢看周期 角速度 答案 1 2 3 4 匀速圆周运动的向心力 考纲要求 方向 大小 m 2r 圆心 合力 分力 1 定义 做 的物体 在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动 的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 2 本质 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着 飞出去的趋势 离心现象 考纲要求 圆周运动 所需向心力 圆周切线方向 3 受力特点当f 时 物体做匀速圆周运动 当f 0时 物体沿 飞出 当f 时 物体逐渐远离圆心 f为实际提供的向心力 如图4 3 1所示 图4 3 1 mr 2 切线方向 mr 2 判断正误 正确的划 错误的划 1 随圆盘一起匀速转动的物块受重力 支持力和向心力的作用 2 做圆周运动的物体所受合外力突然消失 物体将沿圆周切线方向做匀速直线运动 3 摩托车转弯时 如果超过一定速度 摩托车将发生滑动 这是因为摩托车受到沿半径方向向外的离心力作用 答案 1 2 3 1 多选 下列关于匀速圆周运动的说法中 正确的是 a 线速度不变b 角速度不变c 加速度为零d 周期不变解析匀速圆周运动的角速度是不变的 线速度的大小不变 但方向时刻变化 故匀速圆周运动的线速度是改变的 因而加速度不为零 答案bd 基础自测 2 多选 质点做匀速圆周运动 则 a 在任何相等的时间里 质点的位移都相同b 在任何相等的时间里 质点通过的路程都相等c 在任何相等的时间里 连接质点和圆心的半径转过的角度都相等d 在任何相等的时间里 质点运动的平均速度都相同解析由匀速圆周运动的定义知b c正确 位移和平均速度是矢量 其方向不同 故a d错 答案bc 3 单选 下列关于离心现象的说法正确的是 a 当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象b 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失后 物体将做背离圆心的圆周运动c 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失后 物体将沿切线做直线运动d 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失后 物体将做曲线运动 解析物体只要受到力 必有施力物体 但 离心力 是没有施力物体的 故所谓的离心力是不存在的 只要向心力不足 物体就做离心运动 故a选项错 做匀速圆周运动的物体 当所受的一切力突然消失后 物体做匀速直线运动 故b d选项错 c选项对 答案c 4 单选 汽车在公路上行驶一般不打滑 轮子转一周 汽车向前行驶的距离等于车轮的周长 某国产轿车的车轮半径约为30cm 当该型号轿车在高速公路上行驶时 驾驶员面前的速率计的指针指在 120km h 上 可估算出该车车轮的转速约为 a 1000r sb 1000r minc 1000r hd 2000r s解析车速v 120km h 2km min 由v 2n r可得n 1000r min 答案b 5 单选 甲 乙两质点均做匀速圆周运动 甲的质量与运动半径分别是乙的一半 当甲转动80转时 乙正好转过60转 则甲与乙所受的向心力大小之比为 a 1 4b 4 1c 4 9d 9 4解析由题意知m甲 m乙 1 2 r甲 r乙 1 2 甲 乙 4 3 则由fn m 2r知 fn甲 fn乙 4 9 答案c 1 圆周运动各物理量间的关系 热点一描述圆周运动的各物理量间的关系 典例1 如图4 3 2所示为皮带传动装置 右轮的半径为r a是它边缘上的一点 左侧是一轮轴 大轮的半径是4r 小轮的半径是2r b点在小轮上 到小轮中心的距离为r c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上 若在传动过程中皮带不打滑 则 a a点和b点的线速度大小相等b a点和b点的角速度大小相等c a点和c点的线速度大小相等d a点和d点的向心加速度大小相等 图4 3 2 答案cd 跟踪短训 1 2013 桂林模拟 如图4 3 5所示 b和c是一组塔轮 即b和c半径不同 但固定在同一转动轴上 其半径之比为rb rc 3 2 a轮的半径大小与c轮相同 它与b轮紧靠在一起 当a轮绕过其中心的竖直轴转动时 由于摩擦作用 b轮也随之无滑动地转动起来 a b c分别为三轮边缘的三个点 则a b c三点在运动过程中的 图4 3 5 a 线速度大小之比为3 2 2b 角速度之比为3 3 2c 转速之比为2 3 2d 向心加速度大小之比为9 6 4答案d 1 向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的 可以是重力 弹力 摩擦力等各种力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力 2 向心力的确定 1 确定圆周运动的轨道所在的平面 确定圆心的位置 2 分析物体的受力情况 找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力 热点二匀速圆周运动中的动力学问题 典例2 2013 重庆卷 8 如图4 3 6所示 半径为r的半球形陶罐 固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上 转台转轴与过陶罐球心o的对称轴oo 重合 转台以一定角速度 匀速旋转 一质量为m的小物块落入陶罐内 经过一段时间后 小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止 它和o点的连线与oo 之间的夹角 为60 重力加速度大小为g 1 若 0 小物块受到的摩擦力恰好为零 求 0 2 若 1 k 0 且0 k 1 求小物块受到的摩擦力大小和方向 图4 3 6 图甲 2 当 1 k 0 且0 k 1时 所需要的向心力大于 0时的向心力 故摩擦力方向沿罐壁的切线方向向下 建立如图乙所示坐标系 图乙 当 1 k 0时 摩擦力的方向沿罐壁的切线方向向上 建立如图丙所示的坐标 在水平方向上 图丙 反思总结圆周运动问题的解题步骤 跟踪短训 2 铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的 弯道处要求外轨比内轨高 其内 外轨高度差h的设计不仅与r有关 还与火车在弯道上的行驶速度v有关 下列说法正确的是 a 速率v一定时 r越小 要求h越大b 速率v一定时 r越大 要求h越大c 半径r一定时 v越小 要求h越大d 半径r一定时 v越大 要求h越大 答案ad 1 模型条件 1 物体在竖直平面内做变速圆周运动 2 轻绳模型 在轨道最高点无支撑 轻杆模型 在轨道最高点有支撑 2 模型特点该类问题常有临界问题 并伴有 最大 最小 刚好 等词语 现对两种模型分析比较如下 物理建模6 竖直平面内圆周运动的 轻绳 轻杆 模型 典例 如图4 3 7所示 2012年8月7日伦敦奥运会体操男子单杠决赛 荷兰选手宗德兰德荣获冠军 若他的质量为60kg 做 双臂大回环 用双手抓住单杠 伸展身体 以单杠为轴做圆周运动 此过程中 运动员到达最低点时手臂受的总拉力至少约为 忽略空气阻力 g 10m s2 a 600nb 2400nc 3000nd 3600n 图4 3 7 审题指导 答案c 图4 3 8 答案a 附 对应高考题组1 2012 广东卷 17 如图是滑道压力测试的示意图 光滑圆弧轨道与光滑斜面相切 滑道底部b处安装一个压力传感器 其示数n表示该处所受压力的大小 某滑块从斜面上不同高度h处由静止下滑 通过b时 下列表述正确的有 a n小于滑块重力b n大于滑块重力c n越大表明h越大d n越大表明h越小 答案bc 2 2011 安徽卷 17 一般的曲线运动可以分成很多小段 每小段都可以看成圆周运动的一部分 即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替 如图甲所示 曲线上的a点的曲率圆定义为 通过a点和曲线上紧邻a点两侧的两点作一圆 在极限情况下 这个圆就叫做a点的曲率圆 其半径 叫做a点的曲率半径 现将一物体沿与水平面成 角的方向以速度v0抛出 如图乙所示 则在其轨迹最高点p处的曲率半径是 答案c 3 2012 福建卷 20 如图所示 置