高考物理总复习（重难点突破+题型探究）第四章第3课 圆周运动及其应用课件.ppt

第3课圆周运动及其应用 第二单元圆周运动 1 匀速圆周运动 1 匀速圆周运动的受力特点 物体所受合外力大小不变 方向总是指向圆心 2 解答匀速圆周运动问题的方法 选择做匀速圆周运动的物体作为研究对象 分析物体受力情况 其合外力提供向心力 2 竖直平面内圆周运动的轻绳 轻杆模型 1 模型构建 在竖直平面内做圆周运动的物体 运动至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 沿内轨道的 过山车 等 称为 轻绳模型 二是有支撑 如球与杆连接 小球在弯管内运动等 称为 轻杆模型 2 模型条件 物体在竖直平面内做变速圆周运动 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 3 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 例1 2013 朝阳区模拟 图甲为游乐园中 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 水平面内的匀速圆周运动 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 1 绳子拉力的大小 2 转盘角速度的大小 审题突破 1 请画出人和座椅匀速转动时的受力分析图 提示 2 请分析确定圆周运动的圆心位置 并确定半径的表达式 提示 圆周运动的圆心在竖直转轴oo 上 半径为r d lsin 解析 1 人和座椅受力情况如图所示 竖直方向 fcos37 mg 0解得 f 750n 2 水平方向 fsin37 m 2r由几何关系得 r d lsin37 解得 rad s 答案 1 750n 2 rad s 方法点窍水平面内的匀速圆周运动的分析方法 1 运动实例 圆锥摆 火车转弯 飞机在水平面内做匀速圆周飞行等 2 问题特点 运动轨迹是圆且在水平面内 向心力的方向水平 竖直方向的合力为零 3 解题方法 对研究对象受力分析 确定向心力的来源 确定圆周运动的圆心和半径 应用相关力学规律列方程求解 竖直面内的圆周运动 例2 2013 日照模拟 半径为r的光滑圆环轨道竖直放置 一质量为m的小球恰能在此圆轨道内做圆周运动 则小球在轨道最低点处对轨道的压力大小为 a 3mgb 4mgc 5mgd 6mg 解析 设小球的质量为m 经过最低点时速度大小为v1 小球恰好能通过圆环的最高点 则在最高点时 小球对圆环的压力为零 由重力提供向心力 联立以上各式解得fn 6mg 根据牛顿第三定律可知 小球在轨道最低点处对轨道的压力大小为6mg 选项d正确 答案 d 方法点窍竖直面内圆周运动的求解思路 1 定模型 首先判断是轻绳模型还是轻杆模型 两种模型过最高点的临界条件不同 其原因主要是 绳 不能支持物体 而 杆 既能支持物体 也能拉物体 2 确定临界点 v临 对轻绳模型来说是能否通过最高点的临界点 而对轻杆模型来说是fn表现为支持力还是拉力的临界点 3 研究状态 通常情况下竖直平面内的圆周运动只涉及最高点和最低点的运动情况 4 受力分析 对物体在最高点或最低点时进行受力分析 根据牛顿第二定律列出方程 f合 f向 5 过程分析 应用动能定理或机械能守恒定律将初 末两个状态联系起来列方程 圆周运动的综合问题 例3 2013 揭阳模拟 双选 如图 用一根细绳将小球悬挂于o点 在o正下方o 处有一钉子 将小球拉到p处后释放 当它摆到最低点p 时 悬绳被钉子挡住 当绳与钉子相碰的瞬间 下列说法正确的是 a 小球的线速度变大b 小球的角速度变大c 钉子越靠近小球细绳越容易断d 钉子越靠近悬点o细绳越容易断 解析 悬绳被钉子挡住的瞬间 小球的受力均在竖直方向 不影响小球的速度 即小球线速度不变 a项错误 由v r 知 当r减小时 变大 b项正确 由牛顿第二定律t mg m 当r越小时 t越大 故c项正确 d项错误 答案 bc 圆周运动的临界问题 例4 如图所示 把一个质量m 1kg的小球通过两根等长的细绳与竖直杆上a b两个固定点相连接 绳a b长都是1m ab长度是1 6m 直杆和球旋转的角速度等于多少时 b绳上才有张力 解析 已知a b绳长均为1m 即 sin 0 6 37 小球做圆周运动的轨道半径为r b绳被拉直但无张力时 小球所受的重力mg与a绳拉力fta的合力