高考专题复习：圆周运动.doc

此文档收集于网络，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除1、如图所示，在倾角30的光滑斜 面上，有一根长为L0.8 m的细绳，一端固定在O点，另一端系一质量为m0.2 kg的小球，小球沿斜面做圆周运动若要小球能通过最高点A，则小球在最低点B的最小速度是 () A2 m/sB2 m/s C2 m/ s D2 m/s3、如图所示，质量m=0.1kg的小球在细绳的拉力作用下在竖直面内做半径为r=0.2m的圆周运动，已知小球在最高点的速率为v=2m/s，g取10m/s2，试求：（1）小球在最高点时的细绳的拉力T1=？ （2）小球在最低点时的细绳的拉力T2=？1、半径为的管状轨道，有一质量为的小球在管状轨道内部做圆周运动，通过最高点时小球的速率是，则（ ）A. 外轨道受到的压力 B. 外轨道受到的压力C. 内轨道受到的压力 D. 内轨道受到的压力2、如图所示,轻杆的一端有一个小球,另一端有光滑的固定轴O,现给球一初速度,使球和杆一起绕O轴在竖直面内转动,不计空气阻力,用F表示球到达最高点时杆对小球的作用力,则F ( )A.一定是拉力 B.一定是推力C.一定等于零 D.可能是拉力,可能是推力,也可能等于零2、如图所示,小球A质量为m，固定在轻细直杆L的一端,并随杆一起绕杆的另一端O点在竖直平面内做圆周运动。如果小球经过最高位置时,杆对球的作用力为拉力,拉力大小等于球的重力。求：(1)球的速度大小。(2)当小球经过最低点时速度为，杆对球的作用力大小和球的向心加速度大小。1、图所示的圆锥摆中，小球的质量m=50g，绳长为1m，小球做匀速运动的半径r=0.2m，求：（1）绳对小球的拉力大小。（2）小球运动的周期T。4(2009广东高考)如图所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴OO转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R和H，筒内壁A点的高度为筒高的一半内壁上有一质量为m的小物块求：(1)当筒不转动时，物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小；(2)当物块在A点随筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度5、有一种叫“飞椅”的游乐项目,示意图如图所示,长为L的钢绳一端系着座椅,另一端固定在半径为r的水平转盘边缘.转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动.当转盘以角速度匀速转动时,钢绳与转轴在同一竖直平面内,与竖直方向的夹角为.不计钢绳的重力,求转盘转动的角速度与夹角的关系.1、质量是1103kg的汽车驶过一座拱桥，已知桥顶点桥面的圆弧半径是90m，g=10m/s2。 求：（1 )汽车以15 m/s的速度驶过桥顶时，汽车对桥面的压力；（2）汽车以多大的速度驶过桥顶时，汽车对桥面的压力为零？如图5所示，火车在平直的轨道上转弯，将挤压外轨，由外轨给火车的弹力提供火车转弯所需的向心力，这样久而久之，将损坏外轨。 图5 图61、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率v有关下列说法正确的是( )Av一定时，r越小则要求h越大 Bv一定时，r越大则要求h越大Cr一定时，v越小则要求h越大 Dr一定时，v越大则要求h越大2、随着经济的持续发展，人民生活水平的不断提高，近年来我国私家车数量快速增长，高级和一级公路的建设也正加速进行为了防止在公路弯道部分由于行车速度过大而发生侧滑，常将弯道部分设计成外高内低的斜面如果某品牌汽车的质量为m，汽车行驶时弯道部分的半径为r，汽车轮胎与路面的动摩擦因数为，路面设计的倾角为，如图10所示(重力加速度g取10 m/s2)(1)为使汽车转弯时不打滑，汽车行驶的最大速度是多少？(2)若取sin，r60 m，汽车轮胎与雨雪路面的动摩擦因数为0.3，则弯道部分汽车行驶的最大速度是多少？ABO1、如图所示，光滑的水平圆盘中心O处有一个小孔，用细绳穿过小孔，绳两端各细一个小球A和B，两球质量相等，圆盘上的A球做半径为r=20cm的匀速圆周运动，要使B球保持静止状态，求：A球的角速度应是多大？2、如图所示，用细绳一端系着的质量为M=0.6kg的物体A静止在水平转盘上，细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O吊着质量为m=0.3kg的小球B，A的重心到O点的距离为0.2m若A与转盘间的最大静摩擦力为f=2N，为使小球B保持静止，求转盘绕中心O旋转的角速度的取值范围（取g=10m/s2）F合mgFN3、汽车与路面的动摩擦因数为m ，公路某转弯处半径为R（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），问：（1）若路面水平，汽车转弯不发生侧滑，汽车速度不能超过多少？（2）若将公路转弯处路面设计成外侧高、内侧低，使路面与水平面有一倾角a ，如图所示，汽车以多大速度转弯时，可以使车与路面间无摩擦力？4、如图，质量为0.5 kg的小杯里盛有1 kg的水，用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演，转动半径为1 m，小杯通过最高点的速度为4 m/s，g取10 m/s2，求：(1) 在最高点时，绳的拉力？(2) 在最高点时水对小杯底的压力？(3) 为使小杯经过最高点时水不流出, 在最高点时最小速率是多少?6、长度为L0.50 m的轻质细杆OA，A端有一质量为m3.0 kg的小球，如图5-19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，小球的速率是v2.0 m/s，g取10 m/s2，则细杆此时受到：( ) A6.0 N拉力 B6.0 N压力 C24 N拉力 D24 N压力 7、A、B两球质量分别为m1与m2，用一劲度系数为K的弹簧相连，一长为l1的细线与m1相连，置于水平光滑桌面上，细线的另一端拴在竖直轴OO上，如图所示，当m1与m2均以角速度w绕OO做匀速圆周运动时，弹簧长度为l2。求：（1）此时弹簧伸长量多大？绳子张力多大？（2）将线突然烧断瞬间两球加速度各多大？8、如图所示，长为R的轻质杆（质量不计），一端系一质量为的小球（球大小不计），绕杆的另一端O在竖直平面内做匀速圆周运动，若小球最低点时，杆对球的拉力大小为1.5，求： 小球最低点时的线速度大小？小球以多大的线速度运动，通过最高处时杆对球不施力？9、(2011年辽宁模拟)如图所示，一光滑的半径为R的半圆形轨道放在水平面上，一个质量为m的小球以某一速度冲上轨道，当小球将要从轨道口飞出时，对轨道的压力恰好为零，则小球落地点C距A处多远？10、(2011年厦门高一检测)如图所示，A、B、C三个物体放在旋转平台上，最大静摩擦因数均为，已知A的质量为2m，B、C的质量均为m，A、B离轴距离均为R，C距离轴为2R，则当平台逐渐加速旋转时()AC物的向心加速度最大BB物的摩擦力最小C当圆台转速增加时，C比A先滑动D当圆台转速增加时，B比A先滑动 11、质量为m的飞机，以速度v在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，空气对飞机作用力的大小等于()Am Bm Cm Dmg12、质量为m的小球在竖直平面内的圆管轨道内运动，小球的直径略小于圆管的直径，如图5722所示已知小球以速度v通过最高点时对圆管的外壁的压力恰好为mg，则小球以速度通过圆管的最高点时()A小球对圆管的内、外壁均无压力B小球对圆管的外壁压力等于C小球对圆管的内壁压力等于D小球对圆管的内壁压力等于mg13、(2010年高考重庆卷)小明站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动当球某次运动到最低点时，绳突然断掉，球飞行水平距离d后落地，如图所示已知握绳的手离地面高度为d，手与球之间的绳长为d，重力加速度为g，忽略手的运动半径和空气阻力(1)求绳断时球的速度大小v1和球落地时的速度大小v2.(2)问绳能承受的最大拉力多大？（07山东卷）(16分)如图所示,一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动圆盘边缘有一质量m=1.0kg的小滑块。当圆盘转动的角速度达到某一数值时,滑块从圆盘边缘滑落,经光滑的过渡圆管进入轨道ABC。已知AB段斜面倾角为53，BC段斜面倾角为37，滑块与圆盘及斜面间的摩擦因数均为=0.5。A点离B点所在水平面的高度h=1.2m。滑块在运动过程中始终末脱离轨道，不计在过渡圆管处和B点的机械能损失，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，取g=10m/s2，sin37=0.6,cos37=0.8。图Rmh5337ABC(1)若圆盘半径R=0.2m，当圆盘的角速度多大时，滑块从圆盘上滑落?(2)若取圆盘所在平面为零势能面，求滑块到达B点时的机械能。(3)从滑块到达B点时起经06s正好通过C点，求BC之间的距离。物体的运动圆周运动1物体做匀速圆周运动的条件：匀速圆周运动的运动条件：做匀速圆周运动的物体所受合外力大小不变，方向总是和速度方向垂直并指向圆心。2描述圆周运动的运动学物理量（1）圆周运动的运动学物理量有线速度v、角速度、周期T、转速n、向心加速度a等。它们之间的关系大多是用半径r联系在一起的。如：，。要注意转速n的单位为r/min，它与周期的关系为。（2）向心加速度的表达式中，对匀速圆周运动和非匀速圆周运动均适用的公式有： ，公式中的线速度v和角速度均为瞬时值。只适用于匀速圆周运动的公式有： ，因为周期T和转速n没有瞬时值。例题1在图31中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点分别于小轮和大轮的边缘上。若在传动过程中，皮带不打滑。则（ ）图314r2rrrabcd Aa点与b点的线速度大小相等 Ba点与b点的角速度大小相等 Ca点与c点的线速度大小相等Da点与d点的向心加速度大小相等解析：本题的关键是要确定出a、b、c、d四点之间的等量关系。因为a、c两点在同一皮带上，所以它们的线速度v相等；而c、b、d三点是同轴转动，所以它们的角速度相等。所以选项C正确，选项A、B错误。设C点的线速度大小为v，角速度为，根据公式v=r和a=v2/r可分析出：A点的向心加速度大小为；D点的向心加速度大小为：。所以选项D正确。选项CD正确。C图34AB说明：在分析传动装置的各物理量时，要抓住等量和不等量之间的关系。如同轴各点的角速度相等，而线速度与半径成正比；通过皮带传动（不考虑皮带打滑的前提下）或是齿轮传动，皮带上或与皮带连接的两轮边缘的各点及齿轮上的各点线速度大小相等、角速度与半径成反比。练习1如图34所示的皮带转动装置，左边是主动轮，右边是一个轮轴，。假设在传动过程中皮带不打滑，则皮带轮边缘上的A、B、C三点的角速度之比是 ；线速度之比是 ；向心加速度之比是 。2图示为某一皮带传动装置。主动轮的半径为r1，从动轮的半径为r2。已知主动轮做顺时针转动，转速为n，转动过程中皮带不打滑。下列说法正确的是（ ）。 A从动轮做顺时针转动B从动轮做逆时针转动图3-7ABC从动轮的转速为nD从动轮的转速为n3(92)图3-7中圆弧轨道AB是在竖直平面内的1/4圆周，在B点，轨道的切线是水平的。一质点自A点从静止开始下滑，不计滑块与轨道间的摩擦和空气阻力，则在质点刚要到达B点时的加速度大小为_，刚滑过B点时的加速度大小为_。3描述圆周运动的动力学物理量向心力 （1）向心力来源：向心力是做匀速圆周运动的物体所受外力的合力。向心力是根据力的作用效果命名的，不是一种特殊的性质力。向心力可以是某一个性质力，也可以是某一个性质力的分力或某几个性质力的合力。例如水平转盘上跟着匀速转动的物体由静摩擦力提供向心力；带电粒子垂直射入匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力；电子绕原子核旋转由库仑力提供向心力；圆锥摆由重力和弹力的合力提供向心力。 做非匀速圆周运动的物体，其向心力为沿半径方向的外力的合力，而不是物体所受合外力。（2）向心力大小：根据牛顿第二定律和向心加速度公式可知，向心力大小为： 其中r为圆运动半径。（3）向心力的方向：总是沿半径指向圆心，与速度方向永远垂直。（4）向心力的作用效果：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。几种常见的匀速圆周运动的实例图表图形受力分析利用向心力公式例题2.如图所示，、三个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为，的质量为，、质量均为，、离轴，离轴2，则当圆台旋转时（设、都没有滑动），、三者的滑动摩擦力认为等于最大静摩擦力，下列说法正确的是（ ） A. 物的向心加速度最大； B. 物的静摩擦力最小；C. 当圆台转速增加时，比先滑动； D. 当圆台转速增加时，比先滑动。解析：当三者都相对圆盘静止时，角速度相同，所以向心加速度分别为:2R、2R、22R，所以物的向心加速度最大，选项A正确。、三个物体随圆台转动所需要的向心力由静摩擦力提供，大小分别为：2m2R、m2R、m22R，物体的静摩擦力最小，选项B正确。要比较哪个物体最先打滑，就要比较哪个物体与圆台间的最大静摩擦力，三者为：2mg、mg、mg,可见C物体先滑动，选项C正确，B错误说明：一定要注意做匀速圆周运动的物体受力能提供的向心力和实际运动所需要的向心力的关系，当旋转圆转速增加时，物体随圆盘转动需要的向心力（静摩擦力提供）也要增加，当提供不足时物体就做离心运动。练习图3-12OBA4. 如图312所示，一转盘可绕其竖直轴在水平面内转动，转动半径为R，在转台边缘放一物块A，当转台的角速度为0时，物块刚能被甩出转盘。若在物块A与转轴中心O连线中点再放一与A完全相同的物块B（A、B均可视为质点），并用细线相连接。当转动角速度为多大时，两物块将开始滑动？ 5（08广东）有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图14所示，长为L的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘，转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为,不计钢绳的重力，求转盘转动的角速度与夹角的关系。6(97)质量为m、电量为q的质点，在静电力作用下以恒定速率v沿圆弧从A点运动到B点，其速度方向改变的角度为 (弧度)，AB弧长为s则A，B两点间的电势差UA-UB=_，AB弧中点的场强大小E_。4竖直平面内圆周运动的临界问题：图3-7mgO由于物体在竖直平面内做圆周运动的依托物（绳、轻杆、轨道、管道等）不同，所以物体在通过最高点时临界条件不同。如图37所示，由于绳对球只能产生沿绳收缩方向的拉力，所以小球通过最高点的临界条件是：向心力只由重力提供，即，则有临界速度。只有当时，小球才能通过最高点。图3-8mgON如图38所示，由于轻杆对球既能产生拉力，也能产生支持力，所以小球通过最高点时合外力可以为零，即小球在最高点的最小速度可以为零。这样就变成了小球所受弹力方向变化的临界值，即当v时，球受向下的弹力。可见，物体在最高点的最小速度决定于物体在最高点受的最小合外力，不同情况下的最小合外力决定了不同情况下的最小速度。例题3.（99）如图4-4所示，细杆的一端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度，使它做圆周运动，图3中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是 （ ） 图4-4aObA.a处为拉力，b处为拉力 B.a处为拉力，b处为推力C.a处为推力，b处为拉力 D.a处为推力，b处为推力解析：由于小球在竖直面内做圆周运动，所以当小球运动到a、b两点时，所受的合力都为指向O点。当小球运动到a点时，受到竖直向下的重力，为使其所受合力指向O点，则要求杆必对小球施竖直向上的拉力。当小球运动到b点时，小球受到竖直向下的重力mg的作用，当球的速度较小时（小于，l为杆的长度），mg大于球做圆周运动所需的向心力时，杆将对球施竖直向上的推力；当小球的速度较大时（大于），mg小于球做圆周运动所需的向心力，此时要球杆对小球放竖直向下的拉力，使重力和拉力的合力提供小球在b点时所需要的向心力。因此小球在b点时杆对球的作用力是推力还是拉力，取决于小球在b点时的速度大小。图3-14vAO综上所述，本题的正确选项为A、B。练习7.如图314所示，一细圆管弯成的开口圆环，环面处于一竖直平面内。一光滑小球从开口A处进入管内，并恰好能通过圆环的最高点。则下述说法正确的是（ ）A.球在最高点时对管的作用力为零B.小球在最高点时对管的作用力为mgC.若增大小球的初速度，则在最高点时球对管的力一定增大D.若减小小球的初速度，则在最高点时球对管的力可能增大8. 如图313所示，半径为R的光滑半圆球固定在水平面上，顶部有一小物体A。今给它一个水平初速度，则物体将（ ）图3-13MmORv0A.沿球面下滑至M点B.沿球面下滑至某一点N，便离开球面做斜下抛运动C.立即离开半球面做平抛运动D.以上说法都不正确5有关圆周运动问题的分析思路圆周运动常常和力、运动、能量问题结合在一起，综合性强。解决有关圆周运动问题的思路是：确定研究对象；确定做圆运动物体的轨道平面及圆心位置；对研究对象进行受力分析；在向心加速度方向和垂直于向心加速度方向上建立直角坐标系，若需要可对物体所受力进行适当的正交分解；依据牛顿运动定律和向心加速度的公式列方程；若过程中涉及能量问题一般还要列出动能定理或机械能守恒方程，然后再解方程，并讨论解的合理性。图10OORHH/2A例4（09广东）如图17所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴OO转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R和H，筒内壁A点的高度为筒高的一半。内壁上有一质量为m的小物块。求当筒不转动时，物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小；当物块在A点随筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度。解析：物块受力如图所示由平衡条件得N-mgcos=0，f-mgsin=0其中图10mgNma得摩擦力为支持力为这时物块的受力如图所示由牛顿第二定律得图Rmh5337ABC得筒转动的角速度为例5（07山东卷）(16分)如图所示,一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动圆盘边缘有一质量m=1.0kg的小滑块。当圆盘转动的角速度达到某一数值时,滑块从圆盘边缘滑落,经光滑的过渡圆管进入轨道ABC。已知AB段斜面倾角为53，BC段斜面倾角为37，滑块与圆盘及斜面间的摩擦因数均为=0.5。A点离B点所在水平面的高度h=1.2m。滑块在运动过程中始终末脱离轨道，不计在过渡圆管处和B点的机械能损失，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，取g=10m/s2，sin37=0.6,cos37=0.8。(1)若圆盘半径R=0.2m，当圆盘的角速度多大时，滑块从圆盘上滑落?(2)若取圆盘所在平面为零势能面，求滑块到达B点时的机械能。(3)从滑块到达B点时起经06s正好通过C点，求BC之间的距离。解析：(1)滑块在圆盘上做圆周运动时，静摩擦力充当向心力，根据牛顿第二定律，可得：mg=m2R 代入数据解得: =5