山东省冠县武训高级中学高三物理总复习 圆周运动的描述课件.ppt

4 3圆周运动的描述 高三总复习必修2 相切 快慢 转动快慢 圈数 一圈 垂直 方向 方向 圆心 圆心 大小 2r m 2r v r 2 rf an v2 r r 2 v 4 2f2r fn man mr 2 mv2 r m v m4 2f2r 对于向心力的几点说明 方向 总是沿半径方向指向圆心 方向时刻改变 是变力 效果 产生向心加速度 仅改变速度的方向 不改变速度的大小 产生 向心力是按效果命名的 不是性质力 它可以是某一个力 也可以是某一个力沿某方向的分力 也可以是某几个力的合力 1 如图所示为自行车最主要的传动部件 牙盘 大齿轮b 和 飞 小齿轮d 用链条c相连 踏脚a通过曲柄oa和 牙盘 固定连接 后车轮与 飞 固定连接 当用力踏踏脚板时 后车轮就会转动 若ra rb rd re 5 3 1 10 则 a b d e va vb vd ve 两种常见的传动装置特点 同轴传动 固定在一起共轴转动的物体上各点角速度相同 皮带传动 不打滑的摩擦传动和皮带 或齿轮 传动的两轮边缘上相接触各点线速度大小相等 a b d e vb vd brb drd 1 1 3 3 5 3 3 30 2 由于地球自转 地球上的物体都随地球一起转动 以下说法正确的是 在北京和上海的物体具有相同的角速度地球上所有物体的向心加速度都指向圆周运动的中心 地心在上海的物体比在北京的物体的线速度大质量相同的物体 在北京比在上海所需的向心力大 ac 3 质量均为m的三个小球 a b c分别固定在长为3l的轻质细杆上 oa ab bc l 杆绕o点以角速度 在水平面上旋转 则杆上oa ab bc每段张力的大小为 d 1 定义 3 质点做匀速圆周运动的条件 合力大小 方向 物体在圆周上运动 任意相等的时间内通过的圆弧长度相等 2 性质 变加速曲线运动 不变 始终与速度方向垂直且指向圆心 4 只有向心加速度而无切向加速度 5 由合外力提供向心力 6 非匀速圆周运动 1 定义 线速度大小 方向的圆周运动 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 发生变化 大小 方向 几种常见的匀速圆周运动受力 火车转弯 圆锥摆 转盘 滚筒 世界上平均海拨最高的铁路 青藏铁路于2006年7月1日全线贯通 假设某新型国产机车总质量为m 沿青藏铁路运行 如右图所示 已知两轨间宽度为l 内外轨高度差为h 重力加速度为g 如果机车要进入半径为r的弯道 请问 该弯道处的设计速度为多少最适宜 世界上平均海拨最高的铁路 青藏铁路于2006年7月1日全线贯通 假设某新型国产机车总质量为m 沿青藏铁路运行 如右图所示 已知两轨间宽度为l 内外轨高度差为h 重力加速度为g 如果机车要进入半径为r的弯道 请问 该弯道处的设计速度为多少最适宜 4 如图所示 固定的锥形漏斗内壁是光滑的 内壁上有两个质量相等的小球a和b 在各自不同的水平面做匀速圆周运动 以下关系正确的是 a 角速度 a bb 线速度va vb向心加速度aa abd 支持力na nb 解 画出受力图如图示 f心 mgtan mr 2 mv2 r ma n mg cos 角速度 a b 向心加速度aa ab 线速度va vb 支持力na nb 半径ra rb 1 定义 做匀速圆周运动的物体 在所提供的向心力突然消失或不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下 物体将做远离原来轨道的运动 2 本质 离心现象是惯性的表现 离心运动并非沿半径方向飞出的运动 而是运动的半径变大 或沿切线方向飞出 离心运动并不是受到什么离心力的作用 3 受力特点 f为实际提供的向心力 当f 时 物体做匀速圆周运动 当f 0时 物体 当f mr 2时 物体 当f mr 2时 物体 mr 2 沿切线飞出 逐渐远离圆心 逐渐向圆心运动 特别提醒 物体的运动状态是由力决定的 物体做离心运动还是近心运动 关键是看提供的向心力和所需向心力的大小关系 5 洗衣机的脱水桶采用带动衣物旋转的方式脱水 下列说法中错误的是 a 脱水过程中 衣物是紧贴桶壁的b 水会从桶中甩出是因为水滴受到的向心力很大的缘故c 加快脱水桶转动角速度 脱水效果会更好d 靠近中心的衣物的脱水效果不如周边的衣物的脱水效果好 6 如图长为2l的轻杆 两端各固定一小球 a球质量为m1 b球质量m2 过杆的中点o有一水平光滑固定轴 杆可绕轴在竖直平面内转动 当转动到竖直位置且a球在上端 b球在下端时杆的角速度为 此时杆对转轴的作用力为零 则a b小球的质量之比 1 1 2 2g 2 2g 2 g 2 g 2 g 2 g c 杆对a小球的作用力为t1 t1 m1g m1 2l t1 m1 2l m1g 杆对b小球的作用力为t2 t2 m2g m2 2l t2 m2 2l m2g 杆对转轴的作用力为零 t1 t2 即 m1 2l g m2 2l g 7 如图4 3 5所示 在倾角为 30 的光滑斜面上 有一根长为l 0 8m的细绳 一端固定在o点 另一端系一质量为m 0 2kg的小球 小球沿斜面做圆周运动 试计算 g 10m s2 1 小球通过最高点a的最小速度 2 若细绳的抗拉力为fmax 10n 小球在最低点b的最大速度是多少 8 如图所示 质量为m的木块从半球形的碗口下滑到碗的最低点的过程中 如果由于摩擦力的作用使得木块的速率不变 那么 因为速率不变所以木块的加速度为零木块下滑过程中所受的合外力越来越大木块下滑过程中 摩擦力大小不变木块下滑过程中 加速度大小不变 方向始终指向球心 d 9 如图所示 用同样材料做成的a b c三个物体放在匀角速旋转的水平台面上 已知ma mb 2mc ra rb rc 2 若它们相对于平台都没有滑动 则 1 哪个物体的摩擦力的最大 2 哪个物体的向心加速度最大 3 转速增加时 哪个物体先滑动 哪个物体最后的滑动 三个都一样 ac 2aa 2ab c先滑动 a b最后同时滑动 10 上题中 如果材料不同 转速增加时 以下三种情况先滑动 哪个物体最后的滑动 1 a b 2 c 2 2 a 2 b c 3 4 a 2 b c 三个都一样 c先滑动 a b最后同时滑动 a先滑动 b c最后同时滑动 11 在绕竖直轴做匀速转动的水平圆盘上 沿同一半径方向放着可视为质点的a b两物体 同时用长为l的细线将这两物体连接起来 一起随盘匀速转动 已知a b两物体质量分别为 a 0 3kg和 b 0 1kg 绳长l 0 1m a到转轴距离r 0 2m a b两物体与盘面之间的最大静摩擦力均为其重力的0 4倍 g 10m s2 若使a b两物体相对圆盘不发生相对滑动 求圆盘的角速度 当圆盘转速增加到a b两物体即将开始滑动时 烧断细线 则a b两物体的运动情况如何 a物体所受的摩擦力是多大 当 较小时 ab均由静磨擦力提供向心力 绳子无张力 当fb达到最大静磨擦力后 再增大时 当fa达到最大静磨擦力后 再增大时 增大时fafb增大 增大时fb不变 fa增大 ab将会做离心运动 b有做离心运动趋势 则绳子将产生拉力 fa ma 2rafb mb 2rb fa t ma 2rafb t mb 2rb 12 在绕竖直轴做匀速转动的水平圆盘上 沿同一半径方向放着可视为质点的a b两物体 同时用长为l的细线将这两物体连接起来 一起随盘匀速转动 已知a b两物体质量分别为 a 0 3kg和 b 0 1kg 绳长l 0 1m a到转轴距离r 0 2m a b两物体与盘面之间的最大静摩擦力均为其重力的0 4倍 g 10m s2 若使a b两物体相对圆盘不发生相对滑动 求圆盘的角速度 当圆盘转速增加到a b两物体即将开始滑动时 烧断细线 则a b两物体的运动情况如何 a物体所受的摩擦力是多大 当ab恰好不发生相对滑动时 ab所受的静摩擦力达到最大值即fa kmag fb kmbg 对a fa t ma 2ra对b fb t mb 2rb 烧断细线后 b将做离心运动a保持相对圆盘不动 13 圆桶底面半径为r 在顶部有个入口a 在a的正下方h处有个出口b 在a处沿切线方向有一个斜槽 一个小球恰能沿水平方向进入入口a后 沿光滑桶壁运动 要使小球由出口b飞出桶外 则小球进入a时速度v必须满足什么条件 小球的运动由两种运动合成 a 水平面内的匀速圆周运动 b 竖直方向的自由落体运动 自由落体运动h 1 2gt2 圆周运动的周期设为t t 2 r v 当t nt时 小球可由出口b飞出桶外 n 1 2 3 4 14 如图 直径为d的纸制圆筒 以角速度 绕o匀速转动 子弹沿直径穿过圆筒 若子弹在圆筒转不到半圈时 在圆筒上先后留下a b两个弹孔 已知aob夹角为 求子弹的速度 补充 若把题中的 在圆筒旋转不半周时 去掉 子弹的速度由如何 k 0 1 2 15 如图4 3 12所示 在光滑的圆锥体顶端用长为l的细线悬挂一质量为m的小球 圆锥体固定在水平面上不动 其轴线沿竖直方向 母线与轴线之间的夹角为30 小球以速率v绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动 思路点拨 当小球做圆周运动的速率v足够大时 小球有可能脱离圆锥体表面 因此应当求出临界速度 然后对 1 2 问中的速度下小球的运动情况做出判断 16 如图所示 两绳系一质量为m 0 1kg的小球 上面绳长l 2m 两端都拉直时与轴的夹角分别为30 与45 问 1 球的角速度在什么范围内 两绳始终张紧 2 当角速度为3rad s时 上 下两绳拉力分别为多大 taccos300 mg 设角速度为 1时bc绳恰好伸直但无张力 则 故当角速度满足2 4rad s 3 16rad s时 两绳始终张紧 tacsin300 m 12lsin300 解得 1 2 4rad s tbccos450 mg 设角速度为 2时ac绳恰好伸直但无张力 则 tbcsin450 m 22lsin300 解得 1 3 16