高考物理一轮复习 （考纲解读+考点探究+高分技巧） 5.2圆周运动的规律及其应用课件.ppt

第2讲圆周运动的规律及其应用 思维驱动 关于质点做匀速圆周运动的下列说法正确的是 a 由a 知 a与r成反比b 由a 2r知 a与r成正比c 由 知 与r成反比d 由 2 n知 与转速n成正比 匀速圆周运动 角速度 线速度 向心加速度 考纲要求 知识存盘 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 向心加速度 向心力等 现比较如下表 快慢 方向 快慢 思维驱动 如图5 2 1所示 水平转台上放着一枚硬币 当转台匀速转动时 硬币没有滑动 关于这种情况下硬币的受力情况 下列说法正确的是 图5 2 1 匀速圆周运动的向心力 考纲要求 a 受重力和台面的支持力b 受重力 台面的支持力和向心力c 受重力 台面的支持力 向心力和静摩擦力d 受重力 台面的支持力和静摩擦力解析重力与支持力平衡 静摩擦力提供向心力 方向指向转轴 答案d 方向 大小 m 2r 圆心 合力 分力 思维驱动 世界一级方程式锦标赛新加坡大奖赛赛道单圈长5 067公里 共有23个弯道 如图5 2 2所示 赛车在水平路面上转弯时 常常在弯道上冲出跑道 则以下说法正确的是 图5 2 2 离心现象 考纲要求 a 是由于赛车行驶到弯道时 运动员未能及时转动方向盘才造成赛车冲出跑道的b 是由于赛车行驶到弯道时 运动员没有及时加速才造成赛车冲出跑道的c 是由于赛车行驶到弯道时 运动员没有及时减速才造成赛车冲出跑道的d 由公式f m 2r可知 弯道半径越大 越容易冲出跑道 知识存盘 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的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 2 本质 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着飞出去的倾向 圆周运动 所需向心力 圆周切线方向 3 受力特点当f 时 物体做匀速圆周运动 当f 0时 物体沿飞出 当f 时 物体逐渐远离圆心 f为实际提供的向心力 如图5 2 3所示 mr 2 切线方向 mr 2 图5 2 3 典例1 如图5 2 4所示为皮带传动装置 右轮的半径为r a是它边缘上的一点 左侧是一轮轴 大轮的半径是4r 小轮的半径是2r b点在小轮上 到小轮中心的距离为r c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上 若在传动过程中皮带不打滑 则 图5 2 4 借题发挥常见的三种传动方式及特点1 皮带传动 如图5 2 5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5 2 5 2 摩擦传动 如图5 2 6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 图5 2 63 同轴传动 如图5 2 6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 备课札记 考点二匀速圆周运动的实例分析 典例2 铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的 弯道处要求外轨比内轨高 其内 外轨高度差h的设计不仅与r有关 还与火车在弯道上的行驶速度v有关 下列说法正确的是 a 速率v一定时 r越小 要求h越大b 速率v一定时 r越大 要求h越大c 半径r一定时 v越小 要求h越大d 半径r一定时 v越大 要求h越大 图5 2 8 借题发挥从动力学角度解决圆周运动问题1 解题思想 凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向心力 而物体所受外力的合力充当向心力 这是处理该类问题的理论基础 2 解题步骤 备课札记 考点三水平面内圆周运动的临界问题 典例3 如图5 2 9所示 质量为m的木块 用一轻绳拴着 置于很大的水平转盘上 细绳穿过转盘中央的细管 与质量也为m的小球相连 木块与转盘间的最大静摩擦力为其重力的 倍 0 2 当转盘以角速度 4rad s匀速转动时 要保持木块与转盘相对静止 木块转动半径的范围是多少 g取10m s2 图5 2 9 解析由于转盘以角速度 4rad s匀速转动 因此木块做匀速圆周运动所需向心力为f mr 2 当木块做匀速圆周运动的半径取最小值时 其所受最大静摩擦力与拉力方向相反 则有mg mg mrmin 2 解得rmin 0 5m 当木块做匀速圆周运动的半径取最大值时 其所受最大静摩擦力与拉力方向相同 则有mg mg mrmax 2 解得rmax 0 75m 因此 要保持木块与转盘相对静止 木块转动半径的范围是 0 5m r 0 75m 答案0 5m r 0 75m 借题发挥求解水平面内圆周运动的临界问题的一般思路1 判断临界状态 认真审题 找出临界状态 2 确定临界条件 3 选择物理规律 临界状态是一个 分水岭 岭 的两边连接着物理过程的不同阶段 各阶段物体的运动形式以及遵循的物理规律往往不同 4 列方程求解 备课札记 模型特点在竖直平面内做圆周运动的物体 按运动至轨道最高点时的受力情况可分为两类 一是无支撑 如球与绳连接 沿内轨道的 过山车 等 称为 绳 环 约束模型 二是有支撑 如球与杆连接 在弯管内的运动等 称为 杆 管道 约束模型 物体在竖直平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 并伴有 最大 最小 刚好 等词语 现就两种模型分析比较如下 物理建模6 竖直平面内圆周运动的绳 杆 模型 典例如图5 2 10所示 2012年8月7日伦敦奥运会体操男子单杆决赛 荷兰选手宗德兰德荣获冠军 若他的质量为60kg 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 此过程中 运动员到达最低点时手臂受的总拉力至少约为 忽略空气阻力 g 10m s2 a 600nb 2400nc 3000nd 3600n 图5 2 10 教你审题 图5 2 11 图5 2 12 a 只要h大于r 释放后小球就能通过a点b 只要改变h的大小 就能使小球通过a点后 既可能落回轨道内 又可能落到de面上c 无论怎样改变h的大小 都不可能使小球通过a点后落回轨道内d 调节h的大小 可以使小球飞出de面之外 即e的右侧 一 描述圆周运动的物理量1 如图5 2 13所示的齿轮传动装置中 主动轮的齿数z1 24 从动轮的齿数z2 8 当主动轮以角速度 顺时针转动时 从动轮的运动情况是 a 顺时针转动 周期为2 3 b 逆时针转动 周期为2 3 c 顺时针转动 周期为6 d 逆时针转动 周期为6 图5 2 13 图5 2 14 二 匀速圆周运动3 如图5 2 15所示 倾角为30 的斜面连接水平面 在水平面上安装半径为r的半圆竖直挡板 质量为m的小球从斜面上高为r 2处静止释放 到达水平面时恰能贴着挡板内侧运动 不计小球体积 不计摩擦和机械能损失 则小球沿挡板运动时对挡板的压力是 a 0 5mgb mgc 1 5mgd 2mg 图5 2 15 4 图5 2 16甲为游乐园中 空中飞椅 的游戏设施 它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上 绳子的下端连接座椅 人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋 若将人和座椅看成一个质点 则可简化为如图乙所示的物理模型 其中p为处于水平面内的转盘 可绕竖直转轴oo 转动 设绳长l 10m 质点的质量m 60kg 转盘静止时质点与转轴之间的距离d 4 0m 转盘逐渐加速转动 经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动 此时绳与竖直方向的夹角 37 不计空气阻力及绳重 且绳不可伸长 sin