高考物理一轮复习 第4章 曲线运动 万有引力与航天 基础课时10 圆周运动课件.ppt

基础课时10圆周运动 知识梳理 知识点一 匀速圆周运动 角速度 线速度 向心加速度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 相等 不变 圆心 不变 速度 2 描述匀速圆周运动的物理量 快慢 转动快慢 一圈 方向 m s rad s s 2r m s2 圆心 思考 如图1为一辆自行车传动装置的结构图 观察自行车是怎样用链条传动来驱动后轮前进的 图1 1 同一齿轮上到转轴距离不同的各点的线速度 角速度是否相同 2 两个齿轮相比较 其边缘的线速度是否相同 角速度是否相同 转速是否相同 分力 圆心 m 2r 合力 大小 方向 思考 如图2所示 圆盘上物体随圆盘一起匀速转动 在光滑漏斗内壁上 小球做匀速圆周运动 图2 1 它们运动所需要的向心力分别由什么力提供 2 计算圆盘上物体所受的向心力和漏斗内壁上小球的角速度分别需要知道哪些信息 诊断自测 1 多选 下列关于做匀速圆周运动的物体所受向心力的说法正确的是 a 因向心力总是沿半径指向圆心 且大小不变 故向心力是一个恒力b 因向心力指向圆心 且与线速度方向垂直 所以它不能改变线速度的大小c 物体所受的合外力d 向心力和向心加速度的方向都是不变的 解析做匀速圆周运动的物体所受的向心力是物体所受的合外力 由于指向圆心 且与线速度垂直 不能改变线速度的大小 只用来改变线速度的方向 向心力虽大小不变 但方向时刻改变 不是恒力 由此产生的向心加速度也是变化的 所以a d错误 b c正确 答案bc 2 多选 如图3为a b两物体做匀速圆周运动的向心加速度a的大小随半径r变化的图象 其中a为双曲线的一个分支 由图可知 图3a a物体运动的线速度大小不变b a物体运动的角速度不变c b物体运动的角速度不变d b物体运动的线速度大小不变 答案ac 3 多选 2016 江苏无锡模拟 如图4所示 当正方形薄板绕着过其中心o与板垂直的转动轴转动时 板上a b两点的 图4 答案ad 4 2016 江苏镇江模拟 摆式列车是集电脑 自动控制等高新技术于一体的新型高速列车 如图5所示 当列车转弯时 在电脑控制下 车厢会自动倾斜 抵消离心力的作用 行走在直线上时 车厢又恢复原状 实现高速行车 并能达到既安全又舒适的要求 假设有一超高速列车在水平面内行驶 以360km h的速度拐弯 由列车上的传感器测得一个质量为50kg的乘客在拐弯过程中所受合力为500n 则列车的拐弯半径为 图5 a 500mb 1kmc 1 5kmd 2km 答案b 考点一圆周运动中的运动学分析1 对公式v r的理解当r一定时 v与 成正比 当 一定时 v与r成正比 当v一定时 与r成反比 图6a a点与c点的角速度大小相等b a点与c点的线速度大小相等c b点与c点的角速度大小之比为2 1d b点与c点的向心加速度大小之比为1 4 答案bd 反思提升常见的三种传动方式及特点 1 皮带传动 如图7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7 2 摩擦传动 如图8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 图8图9 3 同轴传动 如图9甲 乙所示 绕同一转轴转动的物体 角速度相同 a b 由v r知v与r成正比 变式训练 1 2016 浙江嘉兴调研 科技馆的科普器材中常有如图10所示的匀速率的传动装置 在大齿轮盘内嵌有三个等大的小齿轮 若齿轮的齿很小 大齿轮的半径 内径 是小齿轮半径的3倍 则当大齿轮顺时针匀速转动时 下列说法正确的是 图10 a 小齿轮逆时针转动b 小齿轮每个齿的线速度均相同c 小齿轮的角速度是大齿轮角速度的3倍d 大齿轮每个齿的向心加速度大小是小齿轮的3倍 答案c 考点二圆周运动中的动力学分析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 例2 2016 福建晋江月考 如图11所示 ab为竖直转轴 细绳ac和bc的结点c系一质量为m的小球 两绳能承受的最大拉力均为2mg 当ac和bc均拉直时 abc 90 acb 53 bc 1m abc能绕竖直轴ab匀速转动 因而c球在水平面内做匀速圆周运动 当小球的线速度增大时 两绳均会被拉断 则最先被拉断的那根绳及另一根绳被拉断时的速度分别为 g取10m s2 图11 a ac5m sb bc5m sc ac5 24m sd bc5 24m s 答案b 方法提炼 一 二 三 四 求解圆周运动问题 变式训练 2 2016 上海金山月考 有一种杂技表演叫 飞车走壁 由杂技演员驾驶摩托车沿光滑圆台形表演台的侧壁高速行驶 在水平面内做匀速圆周运动 图12中粗线圆表示摩托车的行驶轨迹 轨迹离地面的高度为h 如果增大高度h 则下列关于摩托车说法正确的是 图12 a 对侧壁的压力fn增大b 做圆周运动的周期t不变c 做圆周运动的向心力f增大d 做圆周运动的线速度增大 答案d 考点三圆周运动的实例分析1 凹形桥与拱形桥模型 2 火车转弯问题 例3 汽车沿半径为r的圆形跑道匀速行驶 设跑道的路面是水平的 路面作用于车的摩擦力的最大值是车重的1 10 要使汽车不致冲出圆形跑道 车速最大不能超过多少 图13所示是汽车沿圆形跑道行驶时的背影简图 试根据图中车厢的倾侧情况和左右轮胎受挤压后的形变情况判断圆形跑道的圆心位置在左侧还是在右侧 图13 变式训练 3 一辆汽车匀速率通过一座圆弧形拱形桥后 接着又以相同速率通过一圆弧形凹形桥 设两圆弧半径相等 汽车通过拱形桥桥顶时 对桥面的压力fn1为车重的一半 汽车通过圆弧形凹形桥的最低点时 对桥面的压力为fn2 则fn1与fn2之比为 a 3 1b 3 2c 1 3d 1 2 解析汽车过圆弧形桥的最高点 或最低点 时 由重力与桥面对汽车的支持力的合力提供向心力 如图甲所示 汽车过圆弧形拱形桥的最高点时 由牛顿第三定律可知 汽车受桥面对它的支持力与它对桥面的压力大小相等 即fn1 fn1 所以由牛顿第二定律可得 甲乙 答案c 1 2016 安徽江淮十校联考 如图14所示 拖拉机后轮的半径是前轮半径的2倍 a和b是前轮和后轮边缘上的点 若车行进时轮与路面没有滑动 则 图14a a点和b点的线速度大小之比为1 2b 前轮和后轮的角速度之比为2 1c 两轮转动的周期相等d a点和b点的向心加速度大小相等 答案b 2 多选 2016 江西上饶中学月考 火车转弯可近似看成做匀速圆周运动 当提高火车速度时会使轨道的外轨受损 为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题 你认为以下措施可行的是 a 减小内 外轨的高度差b 增大内 外轨的高度差c 减小弯道半径d 增大弯道半径 答案bd 3 如图15所示是某课外研究小组设计的可以用来测量转盘转速的装置 该装置上方是一与转盘固定在一起有横向均匀刻度的标尺 带孔的小球穿在光滑细杆上与一轻弹簧相连 弹簧的另一端固定在转动轴上 小球可沿杆自由滑动并随转盘在水平面内转动 当转盘不转动时 指针指在o处 当转盘转动的角速度为 1时 指针指在a处 当转盘转动的角速度为