高考物理总复习 第4章 第3讲 圆周运动的基本规律及应用课件 新人教版.ppt

第四章曲线运动万有引力定律 第三讲圆周运动的基本规律及应用 知识点一描述匀速圆周运动的物理量 快慢 转动快慢 一周 圈数 r 2 方向 大小 圆心 mr 2 r r 2 2 涉及圆周运动的传动方式图解 3 圆周运动的周期性由于圆具有中心对称的特点 故物体每转一周 该物体又回到原处 所以物体在某处出现所需的时间应为周期的整数倍 解题时 应注意圆周运动的多解问题 1 如图所示是一个玩具陀螺 a b和c是陀螺表面上的三个点 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 b c两点的线速度始终相同c b c两点的角速度比a的大d b c两点的加速度比a点的大 解析 当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度 稳定旋转时 a b和c三点的角速度相同 a半径小 线速度要比b c的小 a c错 b c两点的线速度大小始终相同 但方向不相同 b错 由a 2r可得b c两点的加速度比a点的大 d对 答案 d 知识点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 方向总是的变加速曲线运动 3 质点做匀速圆周运动的条件合力不变 方向始终与速度方向且指向圆心 大小不变 不变 指向圆心 大小 垂直 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f 产生切向加速度 f ma 它只改变速度的 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 发生变化 大小 方向 竖直面内圆周运动问题分析物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动 该类运动常有临界问题 并有 最大 最小 刚好 等词语 常有两种模型 轻绳模型和轻杆模型 分析比较如下 答案 b 知识点三离心运动和近心运动1 离心运动 1 定义 做的物体 在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需的情况下 所做的逐渐远离圆心的运动 2 本质 做圆周运动的物体 由于本身的 总有沿着圆周飞出去的倾向 圆周运动 向心力 惯性 切线方向 3 受力特点 当f m 2r时 物体做运动 当f 0时 物体沿方向飞出 当f m 2r时 物体逐渐圆心 做离心运动 2 近心运动当提供向心力的合外力大于做圆周运动所需向心力时 即f m 2r 物体将逐渐圆心 做近心运动 匀速圆周 切线 远离 靠近 3 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产生离心现象b 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都消失时 它将做背离圆心的圆周运动c 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 它将沿切线方向飞出d 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 它将做曲线运动 解析 物体做匀速圆周运动时 合外力必须满足物体所需要的向心力f m 2r 若f 0 物体由于惯性而沿切线飞出 若f m 2r 物体由于惯性而远离圆心 并不是受到离心力作用 所以a b d均错 c正确 答案 c 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 圆周运动中的运动学问题 解答本题时应注意以下三点 1 大齿轮与小齿轮是链条传动 2 小齿轮与车轮之间是同轴传动 3 车轮与摩擦小轮之间是摩擦传动 解析 大 小齿轮间 摩擦小轮和车轮之间和皮带传动原理相同 两轮边沿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 变式训练 1 如图所示 a b是两个摩擦传动轮 两轮半径大小关系为ra 2rb 则两轮边缘上的 a 角速度之比 a b 2 1b 周期之比ta tb 1 2c 转速之比na nb 1 2d 向心加速度之比aa ab 2 1 答案 c 2013 长春模拟 飞车走壁 杂技表演比较受青少年的喜爱 这项运动由杂技演员驾驶摩托车 简化后的模型如图所示 表演者沿表演台的侧壁做匀速圆周运动 若表演时杂技演员和摩托车的总质量不变 摩托车与侧壁间沿侧壁倾斜方向的摩擦力恰好为零 轨道平面离地面的高度为h 侧壁倾斜角度 不变 则下列说法中正确的是 圆周运动的动力学问题 a 摩托车做圆周运动的h越高 向心力越大b 摩托车做圆周运动的h越高 线速度越大c 摩托车做圆周运动的h越高 向心力做功越多d 摩托车对侧壁的压力随高度h变大而减小 解析 经分析可知向心力由重力及侧壁对摩托车弹力的合力提供 因摩托车和演员整体做匀速圆周运动 所受合外力等于向心力 重力及侧壁对摩托车弹力的合力不变 向心力不变 选项a错误 摩托车做圆周运动的h越高 轨道半径越大 由向心力公式可知 线速度越大 选项b正确 由于向心力与速度方向垂直 向心力不做动 选项c错误 摩托车对侧壁的压力不随高度h变化 选项d错误 答案 b 变式训练 2 2013 南昌一模 如图所示是用以说明向心力和质量 半径之间关系的仪器 球p和q可以在光滑杆上无摩擦地滑动 两球之间用一条轻绳连接 mp 2mq 当整个装置以 匀速旋转时 两球离转轴的距离保持不变 则此时 a 两球受到的向心力大小相等b p球受到的向心力大于q球受到的向心力c 当 增大时 p球将沿杆向外运动d 当 增大时 q球将沿杆向外运动解析 两球之间用一条轻绳连接 两球所受拉力大小相等 两球受到的向心力大小相等 选项a正确 b错误 由向心力公式f mr 2 当 增大时 p球和q球都不动 选项c d错误 答案 a 如图所示 半径为r 内径很小的光滑半圆管竖直放置 两个质量均为m的小球a b以不同的速度进入管内 a通过最高点c时 对管壁上部压力为3mg b通过最高点c时 对管壁下部压力为0 75mg 求a b两球落地点间的距离 竖直面内的圆周运动 分别对两球受力分析 列出对应的牛顿第二定律方程 求出速度 然后由平抛运动的规律列式求解 答案 3r 变式训练 3 如图所示 半径为r的光滑圆形轨道竖直固定放置 小球m在圆形轨道内侧做圆周运动 对于半径r不同的圆形轨道 小球m通过轨道最高点时都恰好与轨道间没有相互作用力 下列说法中正确的是 a 半径r越大 小球通过轨道最高点时的速度越大b 半径r越大 小球通过轨道最高点时的速度越小c 半径r越大 小球通过轨道最低点时的角速度越大d 半径r越大 小球通过轨道最低点时的角速度越小 答案 ad 平抛运动与圆周运动问题综合分析 小物体与皮带的运动方向相同 物体离开传送带后做平抛运动 传送带的线速度大小为v1 1r 1m s 传送带的线速度大小为v2 2r 7m s 0 4rad s内平抛运动的位移不变 结合 可知小物体一直做匀减速运动 随 的增大s增大 说明平抛的初速度增大 即达共同速度后要一起运动一段时间 28rad s水平位移不变 说明小物体一直加速运动 答案 1 正确匀加速运动 2 5m s0 2 3 1 25m 变式训练 4 2012 福建高考 如图 置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速