高考物理二轮复习 专题一 力与运动 第5讲 圆周运动和万有引力定律名师讲练课件.ppt

第5讲圆周运动和万有引力定律 专题一力与运动 考点一圆周运动有关物理量的辨析 考点三竖直面内的圆周运动问题 考点四万有引力定律的理解和应用 考点二水平面内的圆周运动 真题研究 1 2016 浙江10月学考 5 在g20峰会 最忆是杭州 的文艺演出中 芭蕾舞蹈演员保持如图1所示姿式原地旋转 此时手臂上a b两点角速度大小分别为 a b 线速度大小分别为va vb 则a a bc vavb 解析由于a b两点在演员转动的过程中周期一样 所以根据 可知 a b两点的角速度一样 所以a b选项错误 根据v r 可知a点转动半径大 所以a点的线速度大 即选项d正确 图1 答案 解析 1 2 3 4 5 6 2 2016 浙江4月学考 5 如图2为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间 假定此时他正沿圆弧形弯道匀速率滑行 则他a 所受的合力为零 做匀速运动b 所受的合力恒定 做匀加速运动c 所受的合力恒定 做变加速运动d 所受的合力变化 做变加速运动 图2 解析运动员沿圆弧形弯道匀速率滑行时 其所受的合力提供向心力 大小不变 方向时刻指向圆心 即运动员所受的合力是变力 做变加速运动 选项a b c错误 d正确 答案 解析 1 2 3 4 5 6 3 人教版必修2p19第2题改编 如图3所示 a b两点分别位于大 小轮的边缘上 c点位于大轮半径的中点 大轮的半径是小轮的2倍 它们之间靠摩擦传动 接触面上没有滑动 则下列说法正确的是a a点与b点角速度大小相等b a点与b点线速度大小相等c b点与c点线速度大小相等d a点的向心加速度等于c点的向心加速度 答案 模拟训练 图3 1 2 3 4 5 6 4 2017 浙江 七彩阳光 联考 转篮球是一项需要技巧的活动 如图4所示 假设某同学让篮球在指尖上匀速转动 指尖刚好静止在篮球球心的正下方 下列判断正确的是a 篮球上的各点做圆周运动的圆心均在指尖与篮球的接触处b 篮球上各点的向心力是由手指提供的c 篮球上各点做圆周运动的角速度相等d 篮球上各点离转轴越近 做圆周运动的向心加速度越大 图4 解析篮球上各点做同轴圆周运动故角速度相等 由f m 2r 篮球上各点离转轴越近 做圆周运动的向心加速度越小 篮球上各点的向心力是由周围各点对该点的合力提供 1 2 3 4 5 6 答案 解析 5 2017 浙江 七彩阳光 联考 东白山是东阳的第一高峰 因为景色秀美已成了远近闻名的旅游区 在景区内的小公园里有一组跷跷板 某日郭老师和他六岁的儿子一起玩跷跷板 因为体重悬殊过大 郭老师只能坐在靠近中间支架处 儿子坐在对侧的边缘上 请问在跷跷板上下运动的过程中 以下说法中哪些是正确的a 郭老师能上升是因为他的力气大b 儿子能上升是因为他离支点远c 郭老师整个运动过程中向心加速度都比较大d 郭老师和儿子的运动周期是相等的 答案 1 2 3 4 5 6 6 2017 浙江名校协作体联考 2016年共享单车忽如一夜春风出现在大城市的街头巷尾 方便了百姓的环保出行 雨天遇到泥泞之路时 在自行车的后轮轮胎上常会粘附一些泥巴 行驶时感觉很 沉重 如果将自行车后轮撑起 使后轮离开地面而悬空 然后用手匀速摇脚踏板 使后轮飞速转动 泥巴就被甩下来 如图5所示 图中a b为后轮轮胎边缘上的最高点与最低点 c d为飞轮边缘上的两点 则下列说法正确的是a a点的角速度大于d点的角速度b 后轮边缘a b两点线速度相同c 泥巴在图中的b点比在a点更容易被甩下来d 飞轮上c d两点的向心加速度相同 答案 1 2 3 4 5 6 图5 规律总结 1 对描述圆周运动的物理量的理解以及它们之间的关系 2 常见的三种传动方式及特点 1 皮带传动 如图6甲 乙所示 皮带与两轮之间无相对滑动时 两轮边缘线速度大小相等 即va vb 图6 2 摩擦传动 如图7甲所示 两轮边缘接触 接触点无打滑现象时 两轮边缘线速度大小相等 即va vb 3 同轴传动 如图乙所示 两轮固定在一起绕同一转轴转动 两轮转动的角速度大小相等 即 a b 图7 真题研究 1 2017 浙江11月选考 11 如图8所示 照片中的汽车在水平路面上做匀速圆周运动 已知图中双向四车道的总宽度约为15m 假设汽车受到的最大静摩擦力等于车重的0 7倍 则运动的汽车a 所受的合力可能为零b 只受重力和地面支持力作用c 最大速度不能超过25m sd 所需的向心力由重力和支持力的合力提供 图8 解析汽车在水平面上做匀速圆周运动 合外力时刻指向圆心 拐弯时靠静摩擦力提供向心力 因此排除a b d选项 所以选择c 1 2 3 4 答案 解析 2 人教版必修2p25第3题改编 如图9所示 小物块a与水平圆盘保持相对静止 随着圆盘一起做匀速圆周运动 则a受到的力有a 重力 支持力b 重力 向心力c 重力 支持力 指向圆心的摩擦力d 重力 支持力 向心力 摩擦力 模拟训练 答案 图9 1 2 3 4 1 2 3 4 3 人教版必修2p25第2题改编 如图10所示 一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面 圆锥筒固定不动 有两个质量相等的小球a和b紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动 则以下说法中正确的是a a球的角速度等于b球的角速度b a球的线速度大于b球的线速度c a球的运动周期小于b球的运动周期d a球对筒壁的压力大于b球对筒壁的压力 答案 解析 图10 解析先对小球受力分析 如图所示 由图可知 两球的向心力都来源于重力mg和支持力fn的合力 建立如图所示的坐标系 则有 fnsin mg fncos mr 2 由于支持力fn相等 a球运动的半径大于b球运动的半径 结合 式知 a球的角速度小于b球的角速度 选项a错误 a球的运动周期大于b球的运动周期 选项c错误 1 2 3 4 1 2 3 4 4 2016 金华市调研 如图11所示 细绳一端系着静止在水平圆盘上质量m 0 5kg的物体a 另一端通过圆盘中心的光滑小孔吊着质量m 0 3kg的物体b 物体a与小孔距离为0 4m 物体a可看成质点 已知a和水平圆盘的最大静摩擦力为2n 现使圆盘绕中心轴线转动 角速度 在什么范围内 b会处于静止状态 g取10m s2 图11 答案rad s 5rad s 答案 解析 解析设物体a和圆盘保持相对静止 当 具有最小值时 a有向圆心o运动的趋势 所以a受到的静摩擦力方向沿半径向外 当摩擦力等于最大静摩擦力时 对a受力分析有 当 具有最大值时 a有远离圆心o运动的趋势 a受到的最大静摩擦力指向圆心 对a受力分析有 1 2 3 4 真题研究 1 2015 浙江10月学考 8 质量为30kg的小孩坐在秋千板上 秋千板离系绳子的横梁的距离是2 5m 小孩的父亲将秋千板从最低点拉起1 25m高度后由静止释放 小孩沿圆弧运动至最低点时 她对秋千板的压力约为a 0b 200nc 600nd 1000n 1 2 3 4 5 解析小球从释放至最低点的过程中 由机械能守恒定律 mgh mv2 在最低点 有fn mg 由 得 fn 600n 结合牛顿第三定律可知 她对秋千板的压力约为600n 答案 解析 2 人教版必修2p28 思考与讨论 改编 如图12所示 把地球看成大 拱形桥 当一辆 汽车 速度达到一定值时 汽车 对地面压力恰好为零 此时 汽车 a 受到的重力消失了b 仍受到重力 其值比原来的小c 仍受到重力 其值与原来相等d 座椅对驾驶员的支持力大于驾驶员的重力 1 2 3 4 5 答案 解析 模拟训练 图12 解析重力是由于地球的吸引而产生的 跟物体的运动状态无关 汽车 通过 拱形桥 时 若 汽车 对地面压力恰好为零 重力提供向心力 重力的大小不变 其值与原来相等 故c正确 此时座椅对驾驶员的支持力为零 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 答案 3 2017 温州市9月选考 温州乐园的摩天轮是最受游客欢迎的游乐项目之一 如图13所示 摩天轮悬挂透明舱 乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动 下列叙述正确的是a 在最高点 乘客处于超重状态b 在最低点 乘客重力小于他所受到的支持力c 摩天轮转动过程中 乘客的机械能保持不变d 从最高点向最低点转动的过程中 座椅对乘客的作用力做正功 图13 4 2016 温州市平阳二中期中 如图14所示 长为l的轻杆一端固定质量为m的小球 另一端固定转轴o 现使小球在竖直平面内做圆周运动 p为圆周轨道的最高点 若小球通过圆周轨道最低点时的速度大小为 则以下判断正确的是a 小球不能到达p点b 小球到达p点时的速度等于c 小球能到达p点 但在p点不会受到轻杆的弹力d 小球能到达p点 且在p点受到轻杆向上的弹力 1 2 3 4 5 答案 解析 图14 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 5 如图15所示 质量为m的竖直光滑圆环a的半径为r 竖直固定在质量为m的木板b上 木板b的两侧各有一竖直挡板固定在地面上 使木板不能左右运动 在环的最低点静置一质量为m的小球c 现给小球一水平向右的瞬时速度v0 小球会在环内侧做圆周运动 为保证小球能通过环的最高点 且不会使木板离开地面 则初速度v0必须满足 图15 答案 解析 1 2 3 4 5 解析在最高点 速度最小时有 从最高点到最低点的过程中 机械能守恒 设最低点的速度为v1 根据机械能守恒定律 有 要使木板不会在竖直方向上跳起 在最高点 球对环的压力最大为 f mg mg 2mg 1 2 3 4 5 从最高点到最低点的过程中 机械能守恒 设此时最低点的速度为v2 规律总结 竖直面内圆周运动类问题的解题技巧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 2 确定临界点 抓住轻绳模型中最高点v 及轻杆模型中v 0这两个临界条件 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 真题研究 1 2017 浙江11月选考 7 如图16所示是小明同学画的人造地球卫星轨道的示意图 则卫星a 在a轨道运行的周期为24hb 在b轨道运行的速度始终不变c 在c轨道运行的速度大小始终不变d 在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的 答案 解析 图16 1 2 3 4 5 7 6 解析同步卫星必须在赤道正上空36000km处 所以a轨道不可能是同步轨道 选项a错误 b轨道上的卫星的速度方向不断变化 所以速度不断变化 选项b错误 地球在c轨道的其中一个焦点上 因此在近地点时卫星速度要快 远地点速度要慢 选项c错误 在c轨道上 卫星离地球的距离不断变化 所以根据f 可以看出卫星受地球的引力大小不断变化 d正确 1 2 3 4 5 7 6 2 2017 浙江4月选考 11 如图17所示 设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动 金星自身的半径是火星的n倍 质量为火星的k倍 不考虑行星自转的影响 则a 金星表面的重力加速度是火星的倍b 金星的 第一宇宙速度 是火星的倍c 金星绕太阳运动的加速度比火星小d 金星绕太阳运动的周期比火星大 答案 解析 图17 1 2 3 4 5 7 6 1 2 3 4 5 7 6 3 2016 浙江10月学考 12 如图18所示 天宫二号 在距离地面393km的近地圆轨道运行 已知万有引力常量g 6 67 10 11n m2 kg2 地球质量m 6 0 1024kg 地球半径r 6 4 103km 由以上数据可估算a 天宫二号 的质量b 天宫二号 的运行速度c 天宫二号 受到的向心力d 地球对 天宫二号 的引力 答案 解析 图18 1 2 3 4 5 7 6 天宫二号 受到的向心力 引力都因为不知道 天宫二号 的质量而无法估算 选项c d错误 1 2 3 4 5 7 6 4 2016 浙江4月学考 11 2015年12月 我国暗物质粒子探测卫星 悟空 发射升空进入高为5 0 102km的预定轨道 悟空 卫星和地球同步卫星的运动均可视为匀速圆周运动 已知地球半径r 6 4 103km 下列说法正确的是a 悟空 卫星的线速度比同步卫星的线速度小b 悟空 卫星的角速度比同步卫星的角速度小c 悟空 卫星的运行周期比同步卫星的运行周期小d 悟空 卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小 答案 解析 1 2 3 4 5 7 6 1 2 3 4 5 7 6 5 2017 台州市9月选考 2017年4月 我国成功发射的 天舟一号 货运飞船与 天宫二号 空间实验室完成了首次交会对接 对接形成的组合体仍沿 天宫二号 原来的圆轨道运行 如图19所示 与 天宫二号 单独运行时相比 组合体运行的a 动能变大b 周期变大c 角速度变大d 向心加速度变大 模拟训练 图19 答案 1 2 3 4 5 7 6 6 2017 浙江 七彩阳光 联考 牛顿在思考万有引力定律时就曾想 把物体从高山上水平抛出 速度一次比一次大 落地点也就一次比一次远 如果速度足够大 物体就不再落回地面 它将绕地球运动 成为人造地球卫星 如图20所示 下列判断正确的是a 发射人造地球卫星的速度至少要达到7 9km hb 卫星距地面越高 绕地球运动的速度越大c 第一宇宙速度就是最小的发射速度d 所有人造地球卫星都做匀速圆周运动 答案 解析 图20 1 2 3 4 5 7 6 解析发射人造地球卫星的速度至少要达到7 9km s 卫星距地面越高 绕地球运动的速度越小 人造地球卫星可以