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专题：圆周运动中的临界问题【学习目标】 1、熟练处理水平面内的临界问题2、掌握竖直面内的临界问题【自主学习】一水平面内的圆周运动 例1： 如图51所示水平转盘上放有质量为m的物快，当物块到转轴的距离为r时,若物块始终相对转盘静止，物块和转盘间最大静摩擦力是正压力的倍，求转盘转动的最大角速度是多大？拓展：如o点与物块连接一细线，求当1=时，细线的拉力T 2=时，细线的拉力T r 图51注：分析物体恰能做圆周运动的受力特点是关键二竖直平面内圆周运动中的临界问题 .o.图52甲 图52乙 图53甲 图53乙1 如图52甲、乙 所示，没有支撑物的小球在竖直平面作圆周运动过最高点的情况临界条件 能过最高点的条件 ，此时绳或轨道对球分别产生_ 不能过最高点的条件 2 如图53甲、乙所示，为有支撑物的小球在竖直平面做圆周运动过最高点的情况竖直平面内的圆周运动，往往是典型的变速圆周运动。对于物体在竖直平面内的变速圆周运动问题，中学阶段只分析通过最高点和最低点的情况，并且经常出现临界状态，下面对这类问题进行简要分析。能过最高点的条件 ，此时杆对球的作用力当0V时，杆对小球的力为 其大小为_讨论：绳与杆对小球的作用力有什么不同？例2长度为L=0.50m的轻质细杆OA，A端有一质量为m=3.0kg的小球，如图54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2.0m/s，（g=10m/s）则此时细杆OA受的（ ）A. 6.0N的拉力 B. 6.0N的压力 C.24N的压力 D. 24N的拉力【针对训练】1.如图55所示，细杆的一端与小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动，先给小球一初速度，使它做圆周运动。图中 a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对小球的作用力可能是：（ ）Aa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处为拉力bAa图54 图552汽车与路面的动摩擦因数为，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：若路面水平，汽车转弯不发生侧滑，汽车最大速度应为多少？3以下说法中正确的是：（ ） A.在光滑的水平冰面上，汽车可以转弯B.火车转弯速率小于规定的数值时，内轨将会受压力作用C.飞机在空中沿半径为R的水平圆周盘旋时，飞机的翅膀一定处于倾斜状态D.汽车转弯时需要的向心力由司机转动方向盘所提供的力4长为L的细绳，一端系一质量为m的小球,另一端固定于某点，当绳竖直时小球静止，现给小球一水平初速度v，使小球在竖直平面内做圆周运动，并且刚好过最高点，则下列说法中正确的是：（ ）A. 小球过最高点时速度为零B. 小球开始运动时绳对小球的拉力为mC. 小球过最高点时绳对小的拉力mgD. 小球过最高点时速度大小为【能力训练】1.如图56所示A、B、C三个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为，A的质量为2m，B、C质量均为m，A、B离轴为R,C离轴为2R，则当圆台旋转时，（设A、B、C都没有滑动）：（ ）A.C物的向心加速度最大 B.B物的静摩擦力最小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2 如图57所示，物体与圆筒壁的动摩擦因数为，圆筒的半径为R，若要物体不滑下，圆筒的角速度至少为：（ ）A. B. C. D. C B A 图56 图57 3.把盛水的水桶拴在长为L的绳子一端，使这水桶在竖直平面做圆周运动，要使水桶转到最高点时不从桶里流出来，这时水桶的线速度至少应该是：（ ）A. B. C. D.2 E. 04汽车在倾斜的弯道上拐弯，弯道的倾角为，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是：（ ） A. B. C. D.5如图59所示，长为L的轻杆一端固定一个小球，另一端固定在光滑水平轴上，使小球在竖直平面内做圆周运动，关于小球在过最高点的速度,下列叙述中正确的是：（ ）A.的极小值为 B. 由零逐渐增大，向心力也逐渐增大C.当由值逐渐增大时，杆对小球的弹力也逐渐增大D.当由值逐渐减小时，杆对小球的弹力也逐渐增大 6如图510所示，质量为m的物体随水平传送带一起匀速运动,A为传送带的终端皮带轮，皮带轮半径为r，要使物体通过终端时，能水平抛出，皮带轮的转速至少为：（ ）A. B. C. D. mA a a图59 图510 【圆周运动全章节自我检测】1、匀速圆周运动中的向心加速度是描述：（ ）A、线速度大小变化的物理量 B、线速度大小变化快慢的物理量C、线速度方向变化的物理量 D、线速度方向变化快慢的物理量2、飞机驾驶员最多可承受9倍的重力加速度带来的影响，当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲时速度为，则圆弧的最小半径为：（ ）A、 B、 C、 D、AB3、如图所示，在皮带传动装置中，主动轮A和从动轮B半径不等，皮带与轮之间无相对滑动，则下列说法中正确的是：（ ）A两轮的角速度相等B两轮边缘的线速度大小相同C两轮边缘的向心加速度大小相同D两轮转动的周期相同4、用细线拴着一个小球，在光滑水平面上作匀速圆周运动，下列说法中正确的是：（ ）A、小球线速度大小一定时，线越长越容易断 B、小球线速度大小一定时，线越短越容易断C、小球角速度一定时，线越长越容易断 D、小球角速度一定时，线越短越容易断5、冰面对滑冰运动员的最大摩擦力为其重力的k倍，在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员，若仅依靠摩擦力来提供向心力而不冲出圆形滑道，其运动的速度应满足：（ ）A. B C. D6、雨伞半径R高出地面h，雨伞以角速度旋转时，雨滴从伞边缘飞出，则以下说法中正确的是：（ ）A、雨滴沿飞出点的半径方向飞出，做平抛运动B、雨滴沿飞出点的切线方向飞出，做平抛运动C、雨滴落地后在地面形成一个和伞半径相同的圆D、雨滴落地后形成半径为的圆 7、关于圆周运动的下列说法中正确的是（ ）A.做匀速圆周运动的物体，在任何相等的时间内通过的位移都相等B.做匀速圆周运动的物体，在任何相等的时间内通过的路程都相等C.做圆周运动的物体的加速度一定指向圆心D.做圆周运动的物体的加速度不一定指向圆心8、如下图所示，将完全相同的两个小球A、B，用长L=0.8 m的细绳悬于以v=4 ms向右匀速运动的小车顶部，两球与小车前后壁接触，由于某种原因，小车突然停止运动，此时悬线的拉力之比FBFA为(g=10 ms2) （ ） A.11 B.12 C.13 D.14r9、如图所示，质量为M的物体穿在离心机的水平光滑滑杆上，M用绳子与另一质量为m的物体相连。当离心机以角速度旋转时，M离转轴轴心的距离是r。当增大到原来的2倍时，调整M离转轴的距离，使之达到新的稳定状态，则：（ ）A、M受到的向心力增大 B、M的线速度减小到原来的1/2 C、M离转轴的距离是 r/2 D、M离转轴的距离是r/4 10、如图所示，用同样材料做成的A、B、c三个物体放在匀速转动的水平转台上随转台一起绕竖直轴转动已知三物体质量间的关系ma=2mb=3mc，转动半径之间的关系是rC=2rA=2rB，那么以下说法中错误的是：（ ）A物体A受到的摩擦力最大 B物体B受到的摩擦力最小r O C物体C的向心加速度最大 D转台转速加快时，物体B最先开始滑动11、如图，在电机距轴O为r的处固定一质量为m的铁块，电机启动后，铁块以角速度绕O轴匀速转动，则电机对地面最大压力和最小压力之差为：（ ）A、2m2 r B、m2 r C、mg+2m2 r D、2mg+2m2r 12、有一质量为m的小木块，由碗边滑向碗底，碗的内表面是半径为R的圆弧，由于摩擦力的作用，木块运动的速率不变，则木块：（ ）A、 运动的加速度为零 B、 运动的加速度恒定 C、 所受合外力为零 D、 所受合外力大小不变，方向随时间不断改变13、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，起高度差由转弯半径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶速度为v，则下列说法中正确的是：（ ）当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力当速度大于v时，轮缘挤压外轨 当速度小于v时，轮缘挤压外轨A、 B C、 D、14、小球做匀速圆周运动，半径为R，向心加速度为 a，则下列说法错误的是：（ ）A. 小球的角速度 B. 小球运动的周期00/a图4-21C. t时间内小球通过的路程 D. t时间内小球转过的角度二、填空题15、如图4-21所示,半径为r的圆形转筒,绕其竖直中心轴OO转动,小物块a靠在圆筒的内壁上,它与圆筒间的动摩擦因数为,现要使小物块不下落,圆筒转动的角速度至少为 AB0图444444444444-34-2216、如图4-22所示,长为2L的轻绳,两端分别固定在一根竖直棒上相距为L的A、B两点，一个质量为m的光滑小圆环套在绳子上，当竖直棒以一定的角速度转动时，圆环以A为圆心在水平面上作匀速圆周运动，则此时轻绳上的张力大小为 ；竖直棒转动的角速度为 。17、电风扇在闪光灯下运动,闪光灯每秒闪光30次,风扇的三个叶片互成1200角安装在转轴上.当风扇转动时,若观察者觉得叶片不动,则这时风扇的转速至少是 转/分;若观察者觉得有了6个叶片,则这时风扇的转速至少是 转/分。18、图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_。19、一质量为m的物体，沿半径为R的圆形向下凹的轨道滑行，如图8所示，经过最低点的速度为v，物体与轨道之间的滑动摩擦因数为，则它在最低点时所受到的摩擦力为_ 20、质量为10kg的物体放在可绕竖直轴转动的水平圆盘上，物体与转轴间用轻弹簧相连物体与转盘问最大静摩擦力是重力的01倍，弹簧的劲度系数为600 Nm，原长为4cm，此时圆盘处于静止状态，如图213所示 圆盘开始转动后，要使物体与圆盘保持相对静止，圆盘的最大角速度0=5rad/s (2)当角速度达到20时，弹簧的伸长量X= (g取10ms2) 21、下图是一种高速喷射流测速器,金属环的半径为R,以角速度旋转,当狭缝P经过喷射口时,粒子就进入圆环,如果环不转动,粒子应沿直径打在A点,由于环高速转动,因此粒子将落到点. 与OA间夹角为,则喷射流的速度为多少？。 (重力和空气阻力不计)三、计算题22、如图所示，一个人用一根长1 m，只能承受46 N拉力的绳子，拴着一个质量为1 kg的小球，在竖直平面内做圆周运动.已知圆心O离地面h=6 m，转动中小球在最低点时绳子断了.求：（1）绳子断时小球运动的角速度多大？（2）绳断后，小球落地点与抛出点间的水平距离.23、如图在绕竖直轴OO做匀速转动的水