高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）4.3 圆周运动课件.ppt

第三节圆周运动 一 描述圆周运动的物理量 问题导引甲 乙两物体都做匀速圆周运动 且r甲 r乙 试比较以下几种情况下甲 乙两物体的向心加速度大小 线速度相等 角速度相等 周期相等 知识梳理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 m s 相切 运动快慢 垂直 转动快慢 rad s 一圈 转过的圈数 s r 2 方向 圆心 m s2 向心加 速度 方向 大小 圆心 2 rf 4 2f2r mr 2 4 2mf2r r 2 自主检测1 甲沿着半径为r的圆周跑道匀速跑步 乙沿着半径为2r的圆周跑道匀速跑步 在相同的时间内 甲 乙各自跑了一圈 他们的角速度和线速度的大小分别为 1 2和v1 v2 则a 1 2 v1 v2b 1 2 v1 v2c 1 2 v1 v2d 1 2 v1 v2答案c 二 匀速圆周运动和非匀速圆周运动 问题导引匀速圆周运动中物体的速度大小不变 非匀速圆周运动中物体的速度大小发生变化 能否说匀速圆周运动是匀速运动而非匀速圆周运动是变速运动 答案 匀速圆周运动和非匀速圆周运动都是变速运动 知识梳理1 匀速圆周运动 1 定义 线速度大小的圆周运动 2 性质 向心加速度大小 方向始终指向 的变加速曲线运动 3 质点做匀速圆周运动的条件 合力大小 方向始终与速度方向 且指向圆心 不变 不变 圆心 不变 垂直 2 非匀速圆周运动 1 定义 线速度大小的圆周运动 2 合力的作用 合力沿速度方向的分量ft产生切向加速度 ft mat 它只改变速度的 合力沿半径方向的分量fn产生向心加速度 fn man 它只改变速度的 不断变化 大小 方向 自主检测2 下列有关圆周运动的说法 正确的是a 做匀速圆周运动的质点 在任何相等的时间里位移都相等b 做匀速圆周运动的质点 在任何相等的时间里通过的路程都相等c 做匀速圆周运动的质点 所受外力的合力方向总是指向圆心d 做变速圆周运动的质点 所受向心力的方向总指向圆心 解析由匀速圆周运动的定义知a错 b对 做匀速圆周运动的质点 速度的大小不变 仅方向改变 故质点所受合外力的方向始终与速度方向垂直 总指向圆心 c正确 无论是匀速圆周运动还是变速圆周运动 向心力总指向圆心 d正确 答案bcd 三 离心运动 问题导引如图4 3 1所示 游乐场的旋转飞椅非常刺激有趣 当转速逐渐增大时 飞椅会飘得越来越高 请思考其中的道理 图4 3 1 知识梳理1 离心运动 1 定义 做的物体 在所受合外力突然消失或者不足以提供做圆周运动所需的的情况下 所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 总有沿着圆周飞出去的倾向 圆周运动 向心力 惯性 切线方向 3 受力特点 当f合 m 2r时 物体做运动 当f合 0时 物体沿方向飞出 当f合 m 2r时 物体逐渐圆心 做离心运动 图4 3 2 匀速圆周 切线 远离 2 近心运动当提供向心力的合外力大于做圆周运动所需向心力时 即f合 m 2r 物体将逐渐圆心 做近心运动 靠近 自主检测3 2013 课标 公路急转弯处通常是交通事故多发地带 如图4 3 3 某公路急转弯处是一圆弧 当汽车行驶的速率为vc时 汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势 则在该弯道处a 路面外侧高内侧低b 车速只要低于vc 车辆便会向内侧滑动c 车速虽然高于vc 但只要不超出某一最高限度 车辆便不会向外侧滑动d 当路面结冰时 与未结冰时相比 vc的值变小 图4 3 3 答案ac 特别提醒 在讨论v r之间的关系时 应运用控制变量法 如图4 3 4所示是一个玩具陀螺 a b和c是陀螺表面上的三个点 当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度 稳定旋转时 下列表述正确的是a a b和c三点的线速度大小相等b b c两点的线速度始终相同c b c两点的角速度比a点的大d b c两点的加速度比a点的大 图4 3 4 解析 当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度 稳定旋转时 a b和c三点的角速度相同 a半径小 线速度要比b c的小 a c错 b c两点的线速度大小始终相同 但方向不相同 b错 由a 2r可得b c两点的加速度比a点的大 d对 答案 d 1 如图4 3 5所示为一皮带传动装置 右轮的半径为r a是它边缘上的一点 左侧是一轮轴 大轮的半径为4r 小轮的半径为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 若在转动过程中 皮带不打滑 则 图4 3 5 突破训练 a a点与b点的线速度大小相等b a点与b点的角速度大小相等c a点与c点的线速度大小相等d a点与d点的向心加速度大小相等答案cd 考点二圆周运动中的动力学问题分析1 向心力的确定 1 确定圆周运动的轨道所在的平面及圆心的位置 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 该力就是向心力 2 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向心力 2014 朝阳区模拟 图4 3 6甲为游乐园中 空中飞椅 的游戏设施 它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上 绳子的下端连接座椅 人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋 若将人和座椅看成一个质点 则可简化为如图乙所示的物理模型 其中p为处于水平面内的转盘 可绕竖直转轴oo 转动 设绳长l 10m 质点的质量m 60kg 转盘静止时质点与转轴之间的距离d 4 0m 转盘逐渐加速转动 经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动 此时绳与竖直方向的夹角 37 不计空气阻力及绳重 且绳不可伸长 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 质点与转盘一起做匀速圆周运动时 求 图4 3 6 1 绳子拉力的大小 2 转盘角速度的大小 审题指导 1 审读题干 获取有用信息 质点与转盘一起做匀速圆周运动 合外力提供向心力 绳与竖直方向的夹角 37 可以确定转动半径大小 2 分析设问 确定解题流程 画出质点运动状态示意图和受力示意图 确定质点做圆周运动的半径 由合外力提供向心力列式求解 解析 1 人和座椅受力情况如图所示 规律总结解决圆周运动问题的主要步骤 1 审清题意 确定研究对象 2 分析物体的运动情况 即物体的线速度 角速度 周期 轨道平面 圆心 半径等 3 分析物体的受力情况 画出受力示意图 确定向心力的来源 4 根据牛顿运动定律及向心力公式列方程 2 2014 资阳高三上学期诊断性考试 如图4 3 7所示 水平放置的两个用相同材料制成的轮p和q靠摩擦传动 两轮的半径r r 2 1 当主动轮q匀速转动时 在q轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在q轮边缘上 此时q轮转动的角速度为 1 木块的向心加速度大小为a1 若改变转速 把小木块放在p轮边缘也恰能静止 此时q轮转动的角速度为 2木块的向心加速度大小为a2 则 突破训练 图4 3 7 答案ac 7 竖直平面内圆周运动的绳模型与杆模型 模型概述 1 在竖直平面内做圆周运动的物体 按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类 一是无支撑 如球与绳连接 沿内轨道运动的过山车等 称为 绳 环 约束模型 二是有支撑 如球与杆连接 在弯管内的运动等 称为 杆 管道 约束模型 物理模型构建 2 绳 杆模型涉及的临界问题 2014 襄阳四校联考 如图4 3 8甲所示 一轻杆一端固定在o点 另一端固定一小球 在竖直平面内做半径为r的圆周运动 小球运动到最高点时 杆与小球间弹力大小为fn 小球在最高点的速度大小为v fn v2图象如图4 3 8乙所示 下列说法正确的是 图4 3 8 答案 b 3 2013 安溪一中 养正中学联考 如图4 3 9所示 乘坐游乐园的翻滚过山车时 质量为m的人随车在竖直平面内旋转 下列说法正确的是 突破训练 图4 3 9 a 车在最高点时人处于倒坐状态 全靠保险带拉住 没有保险带 人就会掉下来b 人在最高点时对座位不可能产生大小为mg的压力c 人在最低点时对座位的压力等于mgd 人在最低点时对座位的压力大于mg 答案d 随堂演练 1 全国铁路大面积提速后 京哈 京沪 京广 胶济等提速干线的部分区段时速可达300公里 我们从济南到青岛乘 和谐号 列车就可以体验时速300公里的追风感觉 火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动 火车速度提高会使外轨受损 为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题 以下措施可行的是 a 适当减小内外轨的离度差b 适当增加内外轨的高度差c 适当减小弯道半径d 适当增大弯道半径答案bd 2 2014 包头质检 如图4 3 10所示 质量为m的小球在竖直面内的光滑圆环上做圆周运动 已知圆周的半径为r 重力加速度为g 小球经过最高点时 刚好不脱离圆环 则在其通过最高点时 下列说法错误的是 图4 3 10 答案a 3 如图4 3 11所示 水平转台上放着一枚硬币 当转台匀速转动时 硬币没有滑动 关于这种情况下硬币的受力情况 下列说法正确的是a 受重力和台面的支持力b 受重力 台面的支持力和向心力c 受重力 台面的支持力 向心力图4 3 11和静摩擦力d 受重力 台面的支持力和静摩擦力 解析重力与支持力平衡 静摩擦力提供向心力 方向指向转轴 答案d 4 长度不同的两根细绳悬于同一点 另一端各系一个质量相同的小球 使它们在同一水平面内做圆锥摆运动 如图4 3 12所示 则有关两个圆锥摆的物理量相同的是a 周期b 线速度的大小c 向心力d 绳的拉力 图