【立体设计】高考生物理 第4章 第3讲 圆周运动及其应用知识研习 新人教版必修2.ppt

1 描述圆周运动快慢的几个物理量 运动快慢 转动快慢 转过一周 圈数 垂直 相切 匀速率 变速 不变 不变 2 向心加速度 1 定义 做匀速圆周运动的物体 加速度都指向 这个加速度称为向心加速度 圆心 3 向心力 1 定义 做匀速圆周运动的物体受到的合外力总是 这个力叫 2 作用效果 产生 不断改变物体线速度的 维持物体做圆周运动 3 方向 总是沿半径指向 是一个 4 大小 f向 5 向心力是从来命名的 它并不是像重力 弹力 摩擦力那样 是某种性质的力 向心力是一种效果力 指向圆心 向心力 向心加速度 方向 圆心 变力 mr 2 力的作用效果 4 离心运动 1 定义 在向心力突然消失或合力不足以提供所需要的向心力时 物体虽不会 也会 做运动 2 离心运动与受力的关系 如图所示 沿切线飞出去 逐渐远离圆心 离心 即时巩固解析为教师用书独有 考点一描述圆周运动的物理量1 线速度v匀速圆周运动的定义 物体沿圆周运动 线速度的大小处处相等 这种运动叫做匀速圆周运动 3 转速n在单位时间内转过的圈数叫做转速 单位 转 秒 r s 或转 分 r min 4 周期t做匀速圆周运动的物体经过一周所用的时间叫做周期 6 向心加速度 1 做匀速圆周运动的物体的加速度叫做向心加速度 2 加速度的方向指向圆心 3 公式 an v2 r r 2 技巧提示 1 以上各量均表示物体做匀速圆周运动的快慢程度 2 v 都是矢量 但高中阶段不讨论 的方向性 3 匀速圆周运动 中的 匀速 是指速率不变 因此也叫 匀速率圆周运动 案例1 如图所示 为一皮带传动装置 右轮的半径为r a是它边缘上的一点 左侧是一轮轴 大轮的半径为4r 小轮的半径为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 若在转动过程中皮带不打滑 则 a a点与b点的线速度大小相等b a点与b点的角速度大小相等c a点与c点的线速度大小相等d a点与d点的向心加速度大小相等 答案 c d 误区警示 由于不能正确找到a点和d点间的线速度关系而选不出d选项 即时巩固1 在一棵大树将要被伐倒的时候 有经验的伐木工人就会双眼紧盯着树梢 根据树梢的运动情形就能判断大树正在朝着哪个方向倒下 从而避免被倒下的大树砸伤 从物理知识的角度来解释 以下说法正确的是 a 树木开始倒下时 树梢的角速度较大 易于判断b 树木开始倒下时 树梢的线速度最大 易于判断c 树木开始倒下时 树梢的向心加速度较大 易于判断d 伐木工人的经验缺乏科学依据 解析 树木开始倒下时 树各处的角速度一样大 故a错误 由v r可知 树梢的线速度最大 易判断树倒下的方向 b正确 由a 2r知 树梢处的向心加速度最大 方向指向树根处 但无法用向心加速度确定倒下方向 故c d均错误 答案 b 考点二圆周运动中的动力学问题分析1 向心力的作用效果向心力总是指向圆心 而线速度是沿圆周的切线方向 故向心力始终与线速度垂直 所以 向心力的作用效果只改变物体速度的方向 而不改变速度的大小 2 向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的 凡是产生向心加速度的力 不管属于哪种性质 都是向心力 它可以是重力 弹力等各种性质的力 也可以是它们的合力 还可以是某个力的分力 当物体做匀速圆周运动时 合外力就是向心力 当物体做变速圆周运动时 合外力指向圆心的分力就是向心力 3 用牛顿第二定律解答有关圆周运动问题的一般步骤 1 明确研究对象 2 确定研究对象的运动轨道平面和圆心的位置 3 按通常方法全面分析运动物体的受力情况 从中确定是哪些力和向心力有关 注意 在分析受力时不要多出一个向心力来 4 建立正交坐标 以指向圆心方向为x轴的正方向 将力正交分解到坐标轴方向上 5 根据牛顿第二定律或力的平衡条件分别列方程求解 案例2 质量相等的小球a b分别固定在轻杆的中点及端点 当杆在光滑水平面上绕o点做匀速转动时 如图所示 求杆的oa段及ab段对球的拉力之比 解析 要注意oa段与ab段的弹力不相等 且a球的向心力是oa段与ab段弹力的合力 设oa段的拉力为foa 杆长为l ab段的拉力为fab 杆长为l 分别对a b在水平方向的受力进行分析 如图所示 由牛顿第二定律得foa fab ml 2 fab m 2l 2 由牛顿第三定律得fab fab 由 解得foa fab 3 2 答案 3 2 误区警示 1 该题易形成同一根轻杆上弹力处处相等的错误认识 其实由于a球固定在了轻杆的中间 此杆实际上也变为了两部分 2 注意ab杆上a对b的拉力和b对a的拉力是一对作用力和反作用力 即时巩固2 现有长度l 0 50m的轻质杆oa a端有一质量m 3 0kg的小球 如图所示 小球以o点为圆心在竖直平面内做圆周运动 通过最高点时小球的速率为2m s 取g 10m s2 则此时细杆oa受到 a 6n的拉力b 6n的压力c 24n的拉力d 24n的压力 答案 b 考点三竖直平面内圆周运动问题分析1 在最高点时绳 杆 环的临界情况分析 技巧提示 上表中f为绳 杆 环对小球的作用力 案例3 2009 浙江理综 某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛 比赛路径如图所示 赛车从起点a出发 沿水平直线轨道运动l后 由b点进入半径为r的光滑竖直圆轨道 离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到c点 并能越过壕沟 已知赛车质量m 0 1kg 通电后以额定功率p 1 5w工作 进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为0 3n 随后在运动中受到的阻力均可不计 图中l 10 00m r 0 32m h 1 25m x 1 50m 问 要使赛车完成比赛 电动机至少工作多长时间 取g 10m s