高考物理总复习 第4章 曲线运动 万有引力与航天（第2课时）圆周运动 向心加速度 向心力课件.ppt

第2课时圆周运动向心加速度向心力 基础过关 1 匀速圆周运动 1 定义 做圆周运动的物体 若在相等的时间内通过的圆弧长 就是匀速圆周运动 2 特点 加速度大小 方向始终指向 是变加速运动 3 条件 合外力大小 方向始终与 方向垂直且指向圆心 考点一匀速圆周运动及描述的物理量 d d 相等 不变 圆心 不变 速度 2 描述圆周运动的物理量描述圆周运动的物理量主要有线速度 角速度 周期 频率 转速等 现比较如下表 快慢 转动快慢 一周 圈数 过关演练 1 2015 浙江7月学考 如图所示 吊扇工作时 关于同一扇叶上a b两点的运动情况 下列说法正确的是 a 周期相同b 线速度相同c 转速不相同d 角速度不相同 答案a 2 2013 浙江6月学考 如图所示 小强正在荡秋千 关于绳上a点和b点的线速度和角速度 下列关系正确的是 a va vbb va vbc a bd a b 解析绳子绕o点转动 a b ra rb 由v r知 va vb 故c项正确 答案c 要点突破 要点两种传动模型1 传动的类型 1 皮带传动 齿轮传动 线速度大小相等 2 同轴传动 角速度相等 2 传动装置的特点 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 齿轮传动和摩擦传动 皮带 或齿轮 传动和不打滑的摩擦传动的两轮边缘上各点线速度大小相等 例题 2016 8月温州选考模拟 自行车修理过程中 经常要将自行车倒置 摇动脚踏板检查是否修好 如图所示 大齿轮边缘上的点a 小齿轮边缘上的点b和后轮边缘上的点c都可视为在做匀速圆周运动 则线速度最大的点是 a 大齿轮边缘上的点ab 小齿轮边缘上的点bc 后轮边缘上的点cd a b c三点线速度大小相同 解析a点与b点线速度大小相等 即va vb b与c点角速度相等 即 b c 又v r rb rc 所以vc vb va 即后轮边缘上的c点线速度最大 故应选c 答案c 精练题组 1 2016 杭二中期末 下面关于匀速圆周运动的说法正确的是 a 匀速圆周运动是一种匀速运动b 匀速圆周运动是一种线速度和角速度都不断改变的运动c 匀速圆周运动是一种线速度和加速度都不断改变的运动d 匀速圆周运动是一种匀变速运动 解析匀速圆周运动线速度大小不变 而线速度方向不断改变 选项a错误 匀速圆周运动的角速度不变 选项b错误 匀速圆周运动是一种线速度和加速度都不断改变的运动 选项c正确 选项d错误 答案c 2 皮带传动装置如图所示 两轮的半径不相等 传动过程中皮带不打滑 关于两轮边缘上的点 下列说法正确的是 a 周期相同b 角速度相等c 线速度大小相等d 转速相等 答案c 3 如图所示是一个玩具陀螺 a b和c是陀螺上的三个点 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 a b和c三点的角速度相等c a b的角速度比c的大d c的线速度比a b的大 解析a b c三点为共轴转动 故角速度相等 b正确 c错误 又由题图知 三点的转动半径ra rb rc 根据v r知 va vb vc 故a d错误 答案b 4 2016 9月金华十校联考 如图所示 当时钟正常工作时 比较时针 分针和秒针转动的角速度和周期 则秒针的 a 角速度最大 周期最大b 角速度最小 周期最小c 角速度最小 周期最大d 角速度最大 周期最小 答案d 5 如图所示的传动装置中 b c两轮固定在一起绕同一轴转动 a b两轮用皮带传动 三个轮的半径关系是ra rc 2rb 若皮带不打滑 求a b c三轮边缘上a b c三点的角速度之比和线速度之比 解析a b两轮通过皮带传动 皮带不打滑 则a b两轮边缘的线速度大小相等 b c两轮固定在一起绕同一轴转动 则b c两轮的角速度相等 答案1 2 21 1 2 方法总结 匀速圆周运动的两个易混点 1 匀速圆周运动是匀速率圆周运动 速度大小不变 方向时刻变化 是变加速曲线运动 2 匀速圆周运动不是匀变速运动 其向心加速度大小不变 方向时刻改变 并指向圆心 与线速度垂直 一 向心加速度1 方向 总是沿着半径指向圆心 在匀速圆周运动中 向心加速度大小不变 2 大小 an 2r 3 单位 m s24 作用 改变 考点二向心加速度向心力 d d 速度的方向 二 向心力1 作用效果 向心力产生向心加速度 只改变速度的 不改变速度的 2 大小 f m v 4 2mf2r 3 方向 始终沿半径方向指向 时刻在改变 即向心力是一个变力 4 来源向心力可以由一个力提供 也可以由几个力的 提供 还可以由一个力的 提供 方向 方向 m 2r 圆心 合力 分力 过关演练 1 2015 浙江1月学考 如图所示为市场出售的苍蝇拍 拍柄长约30cm 这种苍蝇拍实际使用效果并不理想 有人尝试将拍柄增长到60cm 若挥拍时手的动作完全相同 则改装后拍头 a 线速度变大b 角速度变小c 向心加速度变小d 向心力变小 解析因挥拍时手的动作完全相同 故角速度不变 b选项错误 由v r a 2r fn m 2r知 线速度v 向心加速度a 向心力fn均变大 故a选项正确 c d选项错误 答案a 2 2015 浙江10月学考 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 答案c 要点突破 要点一向心加速度理解1 向心加速度的方向即为速度变化量的方向 匀速圆周运动时指向圆心 2 物体做非匀速圆周运动时 将加速度分解 分解到沿切线方向的分量和指向圆心方向的分量 其中指向圆心的分量就是向心加速度 例1 如图所示为a b两物体做匀速圆周运动时向心加速度a随半径r变化的曲线 由图线可知 a a物体的线速度大小不变b a物体的角速度不变c b物体的线速度大小不变d b物体的角速度与半径成正比 答案a 要点二处理圆周运动问题的步骤1 确定研究对象 2 确定研究对象运动的轨道平面 确定轨道的圆心位置 确定向心力的方向 3 对研究对象进行受力分析 不要把向心力作为某一性质的力进行分析 4 选取研究对象所在位置为坐标原点 建立平面直角坐标系 使直角坐标系的一个轴与半径重合 另一个轴沿圆周的切线方向 5 将物体所受各个力沿两个坐标轴进行分解 6 利用牛顿第二定律沿半径方向和切线方向分别列出相应的方程 7 求解并检查分析实际意义 例2 2016 温州十校期初 男子体操运动员做 双臂大回环 用双手抓住单杠 伸展身体 以单杠为轴做圆周运动 如图所示 若运动员的质量为50kg 此过程中运动员到达最低点是手臂受的总拉力至少约为 忽略空气阻力 g 10m s2 a 500nb 2000nc 2500nd 3000n 答案c 例3 洗衣机的甩干筒在转动时有一衣物附着在筒壁上 则此时 a 衣物受到重力 筒壁的弹力 摩擦力和向心力b 衣物随筒壁做圆周运动的向心力是摩擦力c 筒壁的弹力随筒的转速的增大而减小d 水与衣物间的附着力小于水做圆周运动所需的向心力 水从筒壁小孔甩出 解析衣物受到重力 筒壁的弹力和摩擦力的作用 靠弹力提供向心力 分析受力时 不单独分析向心力 故选项a b错误 因弹力提供向心力 由f m 2r知 当转速增大 向心力增大 则弹力f增大 选项c错误 水与衣物间的附着力小于水做圆周运动所需的向心力 水从筒壁小孔甩出 选项d正确 答案d 精练题组 1 关于匀速圆周运动的向心力 下列说法正确的是 a 向心力是根据力的性质命名的b 向心力可以是多个力的合力 也可以是其中一个力或一个力的分力c 做圆周运动的物体 所受的合力一定等于向心力d 向心力的效果是改变质点的线速度大小 解析向心力是根据力的作用效果命名的 它可以是多个力的合力 也可以是其中一个力或一个力的分力 只有在匀速圆周运动中 物体所受的合外力才等于向心力 但不论物体是否做匀速圆周运动 向心力的作用都是只改变线速度的方向 不改变线速度的大小 综上所述 b选项正确 a c d选项错 答案b 2 如图所示 o o 为两个皮带轮 o轮的半径为r o 轮的半径为r 且r r m点为o轮边缘上的一点 n点为o 轮上的任意一点 当皮带轮转动时 设转动过程中不打滑 则 a m点的向心加速度一定大于n点的向心加速度b m点的向心加速度一定等于n点的向心加速度c m点的向心加速度可能小于n点的向心加速度d m点的向心加速度可能等于n点的向心加速度 答案a 3 如图所示 质量相等的a b两物体放在圆盘上 到圆心的距离之比是2 3 圆盘绕圆心做匀速圆周运动 两物体相对圆盘静止 a b两物体做圆周运动的向心力之比是 a 1 1b 3 2c 2 3d 9 4解析a b随圆盘转动 角速度相同 由f m 2r可知 两物体的向心力与运动半径成正比 c正确 答案c 答案a 5 如图所示 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b 6 如图所示 旋转秋千 中的两个座椅a b质量相等 通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上 不考虑空气阻力的影响 当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时 下列说法正确的是 a a的速度比b的大b a与b的向心加速度大小相等c 悬挂a b的缆绳与竖直方向的夹角相等d 悬挂a的缆绳所受的拉力比悬挂b的小 答案d 方法总结 对向心力的三点注意 1 向心力是按效果命名的 不是物体实际受到的力 受力分析时 不能在受力示意图上画出向心力 2 向心力可以是某种性质的力单独提供 也可以是几个不同性质的力共同提供 3 向心力只产生向心加速度 与物体的实际加速度不一定相同 基础过关 一 离心运动1 定义 做匀速圆周运动的物体 在所受的合外力突然消失或不足以提供圆周运动 的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 即离心运动 2 受力特点当f供 时 物体做匀速圆周运动 当f供 0时 物体沿 飞出 当f供 时 物体逐渐远离圆心 所需向心力 m 2r 切线方向 m 2r 考点三生活中的圆周运动 c 二 圆周运动的实例分析1 竖直面内的圆周运动 1 汽车过弧形桥特点 重力和桥面支持力的 提供向心力 2 水流星 绳球模型 内轨道 3 轻杆模型 管轨道2 火车转弯特点 重力与支持力的 提供向心力 火车按设计速度转弯 否则将挤压内轨或外轨 合力 合力 过关演练 1 如图所示 洗衣机的脱水桶把湿衣服甩干 利用了 a 自由落体运动b 离心运动c 平抛运动d 匀速直线运动答案b 答案b 要点突破 要点一求解生活中的圆周运动问题的关键 构建物理模型1 火车转弯模型的解题策略 1 对火车转弯问题一定要搞清合力的方向 指向圆心方向的合外力提供物体做圆周运动的向心力 方向指向水平面内的圆心 2 弯道两轨在同一水平面上时 向心力由外轨对轮缘的挤压力提供 3 当外轨高于内轨时 向心力由火车的重力和铁轨的支持力以及内 外轨对轮缘的挤压力的合力提供 这还与火车的速度大小有关 2 汽车过拱桥模型 1 过凹形桥最低点时 汽车的加速度方向竖直向上 处于超重状态 为使对桥压力不超出最大承受力 汽车有最大行驶速度限制 2 应用牛顿第二定律列方程时 应取加速度方向为正方向 3 汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是作用力与反作用力 3 竖直面内圆周运动最高点处的受力特点及分类分三种情况进行讨论 如图所示 1 弹力只可能向下 如绳拉球 2 弹力只可能向上 如车过桥 答案a 要点二离心运动关于离心运动的条件 如图所示 1 做圆周运动的物体 当合外力消失时 它就以这一时刻的线速度沿切线方向飞出去 2 当合外力突然减小为某一值时 物体将会在切线方向与圆周之间做离心运动 例2 下列关于离心现象的说法正确的是 a 当物体所受的离心力大于向心力时发生离心现象b 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失后 物体将做背离圆心的圆周运动c 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失后 物体将沿切线做直线运动d 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失后 物体将做曲线运动 解析物体只要受到力 必有施力物体 但 离心力 是没有施力物体的 故所谓的离心力是不存在的 只要向心力不足 物体就做离心运动 故a选项错 做匀速圆周运动的物体 当所受的一切力都突然消失后 物体将做匀速直线运动 故b d选项错 c选项对 答案c 精练题组 1 一辆载重卡车 在丘陵地上以不变的速率行驶 地形如图所示 由于轮胎已旧 途中爆了胎 你认为在图中a b c d四处中 爆胎的可能性最大的一处是 a a处b b处c c处d d处 解析在a处 地面对轮胎的作用力大小等于卡车的重力 在b处 卡车做圆周运动 加速度方向竖直向上 根据牛顿运动定律得知 卡车处于超重状态 地面对卡车的作用力大于其重力 在c处 卡车做圆周运动 加速度方向竖直向下 根据牛顿运动定律得知 卡车处于失重状态 地面对卡车的作用力小于其重力 在d处 地面对卡车的作用力等于重力垂直于斜面向下的分力 也小于重力 故可知 在b处 卡车受到地面的作用力最大 最容易爆胎 故选项b正确 a c d错误 答案b