浙江省临海市杜桥中学高中物理 第3单元　圆周运动课件 新人教版必修2.ppt

一 描述圆周运动的物理量 第3单元圆周运动 二 匀速圆周运动和非匀速圆周运动1 匀速圆周运动 1 定义 线速度的圆周运动 2 性质 向心加速度大小 方向的变加速曲线运动 3 质点做匀速圆周运动的条件 合力大小不变 方向始终与速度方向垂直且指向 2 非匀速圆周运动 1 定义 线速度大小 方向均的圆周运动 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 大小不变 不变 总是指向圆心 圆心 发生变化 大小 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 方向 三 离心运动1 本质 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着飞出去的倾向 2 受力特点 如图所示 1 当f 时 物体做匀速圆周运动 2 当f 0时 物体沿飞出 3 当fm 2r时 物体逐渐向靠近 圆周切线方向 m 2r 切线方向 m 2r 圆心 温馨提示 1 物体做离心运动不是物体受到所谓离心力作用 而是物体惯性的表现 2 物体做离心运动时 并非沿半径方向飞出 而是运动半径越来越大或沿切线方向飞出 1 下列关于匀速圆周运动的说法 正确的是 a 匀速圆周运动的速度大小保持不变 所以做匀速圆周运动的物体没有加速度b 做匀速圆周运动的物体 虽然速度大小不变 但方向时刻都在改变 所以必有加速度c 做匀速圆周运动的物体 加速度的大小保持不变 所以是匀变速 曲线 运动d 匀速圆周运动的物体加速度大小虽然不变 但加速度的方向始终指向圆心 加速度的方向时刻都在改变 所以匀速圆周运动既不是匀速运动 也不是匀变速运动 解析 速度和加速度都是矢量 做匀速圆周运动的物体 虽然速度大小不变 但方向时刻在改变 速度时刻发生变化 必然具有加速度 加速度大小虽然不变 但方向时刻改变 所以匀速圆周运动是变加速曲线运动 故本题选b d 答案 bd 2 在光滑的水平面上 用长为l的细线拴一质量为m的小球 以角速度 做匀速圆周运动 下列说法中正确的是 a l 不变 m越大线越易被拉断b m 不变 l越小线越易被拉断c m l不变 越大线越易被拉断d m不变 l减半且角速度 加倍时 线的拉力不变解析 由向心力表达式f线 f向 m 2l可知 线上拉力f线越大 线越易断 故选项a c正确 b错误 若m不变 l减半 角速度 加倍时 线的拉力加倍 故d错误 答案 ac 3 如图所示 长为l的细绳一端固定 另一端系一质量为m的小球 给小球一个合适的初速度 小球便可在水平面内做匀速圆周运动 这样就构成了一个圆锥摆 设细绳与竖直方向的夹角为 下列说法中正确的是 a 小球受重力 绳的拉力和向心力作用b 小球做圆周运动的半径为lc 越大 小球运动的速度越大d 越大 小球运动的周期越大 答案 c 4 如图一个光滑的水平轨道ab 与一光滑的圆形轨道bcd相接 其中圆轨道在竖直平面内 d为最高点 b为最低点 半径为r 一质量为m的小球以初速度v0沿ab运动 恰能通过最高点 则 a m越大 v0值越大b r越大 v0值越大c v0值与m r无关d m与r同时增大 有可能使v0不变 答案 b 2 传动装置特点 1 同轴传动固定在一起共轴转动的物体上各点角速度相同 2 皮带传动不打滑的摩擦传动和皮带 或齿轮 传动的两轮边缘上各点线速度大小相等 3 注意问题 1 在讨论v r三者关系时 应采用控制变量法 即保持其中一个量不变来讨论另外两个量的关系 2 在处理传动装置中各量间的关系时 应首先明确传动的方式及传动的特点 例1 2013年湛江模拟 如图所示 一种向自行车车灯供电的小发电机的上端有一半径r0 1 0cm的摩擦小轮 小轮与自行车车轮的边沿接触 当车轮转动时 因摩擦而带动小轮转动 从而为发电机提供动力 自行车车轮的半径r1 35cm 小齿轮的半径r2 4 0cm 大齿轮的半径r3 10 0cm 求大齿轮的转速n1和摩擦小轮的转速n2之比 假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动 思路点拨 求解此题应注意以下两点 1 凡是直接用皮带传动 包括链条传动 摩擦传动 的两个轮子 两轮边沿上各点的线速度大小相等 2 凡是同一个轮轴上 各个轮都绕同一根轴同步转动 的各点角速度相等 自主解答 大小齿轮间 摩擦小轮和车轮之间和皮带传动原理相同 两轮边缘各点的线速度大小相等 由v 2 nr可知转速n和半径r成反比 小齿轮和车轮同轴转动 两轮上各点的转速相同 大齿轮与小齿轮转速之间的关系为 n1 n小 r2 r3 车轮与小齿轮之间的转速关系为 n车 n小 车轮与摩擦小轮之间的关系为 n车 n2 r0 r1 由以上各式可解出大齿轮和摩擦小轮之间的转速之比为 n1 n2 2 175 答案 2 175 1 如图所示两个靠摩擦传动的轮 小轮半径为10cm 大轮半径为20cm 大轮中c点离圆心o2的距离为10cm a b分别为两个轮边缘上的点 则a b c三点的 a 线速度大小之比为1 1 1b 角速度之比为1 1 1c 向心加速度大小之比为4 2 1d 转动周期之比为2 1 1 答案 c 要点二圆周运动中的动力学问题分析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 3 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 据牛顿运动定律及向心力公式列方程 5 求解 讨论 温馨提示 1 无论匀速圆周运动还是非匀速圆周运动 沿半径指向圆心的合力均为向心力 2 当采用正交分解法分析向心力的来源时 做圆周运动的物体在坐标原点 一定有一个坐标轴沿半径指向圆心 画图寻法 1 物块静止时 对物块进行受力分析如图所示 2 摩擦力为零时物块受力如图所示 2 在一次抗洪救灾工作中 一架直升机a用长h 50m的悬索 重力可忽略不计 系住一质量m 50kg的被困人员b 直升机a和被困人员b以v0 10m s的速度一起沿水平方向匀速运动 如图甲所示 某时刻开始收悬索将人吊起 在5s时间内 a b之间的竖直距离以l 50 t2 单位 m 的规律变化 取g 10m s2 1 求这段时间内悬索对被困人员b的拉力大小 2 求在5s末被困人员b的速度大小及位移大小 3 直升机在t 5s时停止收悬索 但发现仍然未脱离洪水围困区 为将被困人员b尽快运送到安全处 飞机在空中旋转后静止在空中寻找最近的安全目标 致使被困人员b在空中做圆周运动 如图乙所示 此时悬索与竖直方向成37 角 不计空气阻力 求被困人员b做圆周运动的线速度大小以及悬索对被困人员b的拉力大小 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 1 被困人员在水平方向上做匀速直线运动 在竖直方向上被困人员的位移y h l 50 50 t2 t2 由此可知 被困人员在竖直方向上做初速度为零 加速度a 2m s2的匀加速直线运动由牛顿第二定律可得f mg ma解得悬索的拉力大小f m g a 600n 要点三竖直面内的圆周运动 温馨提示 轻绳模型和轻杆模型通过最高点的临界条件不同 其原因是轻绳只能对小球产生拉力 不能提供支持力 而轻杆既可对小球产生拉力 也可对小球提供支持力 例3 2013年扬州中学月考 如图所示 lmpq是光滑轨道 lm水平 长为5 0m mpq是一半径为r 1 6m的半圆 qom在同一竖直线上 在恒力f作用下 质量m 1kg的物体a从l点由静止开始运动 当达到m时立即停止用力 欲使a刚好能通过q点 则力f大小为多少 取g 10m s2 思路点拨 对于a刚好通过q点应理解为在该点fn 0 重力充当向心力 答案 8n 3 如图所示 一轻杆一端固定质量为m的小球