【优化探究】高考物理一轮复习 第4章第3单元课件.ppt

快慢 切线 垂直 圈数 转速 2r 方向 大小 m 2r 圆心 二 匀速圆周运动1 运动特点 1 速度大小 方向时刻改变的变速运动 2 加速度大小 方向指向的变加速曲线运动 3 角速度 周期都是的 2 物体做匀速圆周运动的条件合外力大小 方向始终与速度方向 且指向 三 非匀速圆周运动1 运动特点 1 速度大小和方向均的变速曲线运动 2 加速度的方向不一定指向圆心 可以将加速度分解为加速度和加速度 不变 不变 圆心 恒定 不变 垂直 圆心 变化 向心 切向 2 向心力与合外力的关系将合外力沿半径方向和垂直于半径方向进行分解 其中沿半径方向指向圆心的分力叫做 向心力产生加速度 其作用是改变速度 合外力沿垂直于半径方向的分力产生加速度 其作用是改变速度的 四 离心运动1 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 向心力 向心 方向 切向 大小 圆周切线方向 2 受力特点 如图所示 1 当f 时 物体做匀速圆周运动 2 当f 0时 物体沿切线飞出 3 当fmr 2时 物体逐渐向靠近 温馨提示 1 物体做离心运动不是物体受到所谓离心力作用 而是物体惯性的表现 2 物体做离心运动时 并非沿半径方向飞出 而是运动半径越来越大或沿切线方向飞出 mr 2 方向 mr 2 圆心 温馨提示 圆周运动的运动学分析 2 传动装置特点 1 同轴传动 固定在一起共轴转动的物体上各点角速度相同 2 皮带传动 不打滑的摩擦传动和皮带 或齿轮 传动的两轮边缘上各点线速度大小相等 重点提示 1 在讨论v r三者关系时 应采用控制变量法 即保持其中一个量不变来讨论另外两个量的关系 2 在处理传动装置中各量间的关系时 应首先明确传动的方式及传动的特点 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 思路点拨 首先判断出树倒下时 树各处的角速度相同 然后利用v r和a 2r比较其v和a的大小 听课记录 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 1 2009年高考上海卷 如图为一种早期的自行车 这种不带链条传动的自行车前轮的直径很大 这样的设计在当时主要是为了 a 提高速度b 提高稳定性c 骑行方便d 减小阻力解析 人蹬自行车的角速度与自行车前轮相同 根据v r 前轮的半径很大 其线速度也很大 可以提高自行车前进的速度 选项a正确 答案 a 圆周运动的动力学问题分析 1 向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的 可以是重力 弹力 摩擦力等各种力 也可以是几个力的合力或某个力的分力 因此在受力分析中要避免再另外添加向心力 2 向心力的确定 1 确定圆周运动的轨道所在的平面 确定圆心的位置 2 分析物体的受力情况 找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力 该力就是向心力 3 解决圆周运动问题的主要步骤 1 审清题意 确定研究对象 2 分析物体的运动情况 即物体的线速度 角速度 周期 轨道平面 圆心 半径等 3 分析物体的受力情况 画出受力示意图 确定向心力的来源 4 据牛顿运动定律及向心力公式列方程 5 求解 讨论 重点提示 1 无论匀速圆周运动还是非匀速圆周运动 沿半径指向圆心的合力均为向心力 2 当采用正交分解法分析向心力的来源时 做圆周运动的物体在坐标原点 一定有一个坐标轴沿半径指向圆心 2009年高考广东卷 如图所示 一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心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 且其受到的摩擦力为零时 筒转动的角速度 思路点拨 对小物块受力分析 根据小物块的运动状态判断受力特点 平衡或圆周运动 列牛顿第二定律方程 2 2011年杭州模拟 如图所示 一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面 圆锥筒固定不动 有两个质量相同的小球a和b紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动 则 a 球a的线速度必定大于球b的线速度b 球a的角速度必定小于球b的角速度c 球a的运动周期必定小于球b的运动周期d 球a对筒壁的压力必定大于球b对筒壁的压力 答案 ab 竖直面内的圆周运动 重点提示 1 轻绳 模型和 轻杆 模型不同的原因在于 轻绳 只能对小球产生拉力 而 轻杆 既可对小球产生拉力也可对小球产生支持力 2 解答竖直面内的圆周运动问题时 首先要搞清是绳模型还是杆模型 在最高点绳模型和杆模型的临界速度是不同的 如图所示 质量为m的小球置于方形的光滑盒子中 盒子的边长略大于小球的直径 某同学拿着该盒子在竖直平面内以o点为圆心做半径为r的匀速圆周运动 已知重力加速度为g 空气阻力不计 求 1 若要使盒子运动到最高点时与小球之间恰好无作用力 则该同学拿着盒子做匀速圆周运动的周期为多少 2 若该同学拿着盒子以第 1 问中周期的做匀速圆周运动 则当盒子运动到如图所示位置 球心与o点位于同一水平面上 时 小球对盒子的哪些面有作用力 作用力大小分别为多少 思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 答案 1 2 2 右侧面 4mg下侧面 mg 3 游乐场的过山车的运行过程可以抽象为如图所示模型 弧形轨道的下端与圆轨道相接 使小球从弧形轨道上端a点静止滑下 进入圆轨道后沿圆轨道运动 最后离开 试分析a点离地面的高度h至少要多大 小球才可以顺利通过圆轨道最高点 已知圆轨道的半径为r 不考虑摩擦等阻力 圆周运动的临界和极值问题 1 临界问题圆周运动中临界问题的分析 应首先考虑达到临界条件时物体所处的状态 然后分析该状态下物体的受力特点 结合圆周运动的知识 列出相应的动力学方程 2 多解问题匀速圆周运动具有周期性 因此与圆周运动有关的部分题目可能出现多解 分析该部分题目时要注意解答全面 如图所示 两绳系一个质量为m 0 1kg的小球 两绳的另一端分别固定于轴的a b两处 上面绳长l 2m 两绳都拉直时与轴夹角分别为30 和45 问球的角速度在什么范围内 两绳始终张紧 思路点拨 两绳张紧时 对小球受力分析如图所示 当 由0逐渐增大时 可能出现两个临界值 听课记录 bc恰好拉直 但f2仍然为零 设此时的角速度为 1 则有 fx f1sin30 m 12lsin30 fy f1cos30 mg 0 代入数据解 得 1 2 40rad s ac由拉紧转为恰好拉直 但f1已为零 设此时的角速度为 2 则有fx f2sin45 m 22lsin30 fy f2cos45 mg 0 代入已知数据解 得 2 3 16rad s 可见 要使两绳始终张紧 必须满足2 40rad s 3 16rad s 答案 2 40rad s 3 16rad s 1 火车拐弯时 需要向心力作用 对于向心力的分析 正确的是 a 由于火车本身作用而产生向心力b 主要由于内外轨的高度差使车身略有倾斜 车身所受重力与轨道的支持力的合力提供了向心力c 火车在拐弯时的速率小于规定速率时 内轨将给火车侧压力 侧压力就是向心力d 火车拐弯时的速率大于规定速率时 外轨将给火车侧压力 侧压力成为火车转弯的向心力的一部分解析 火车正常拐弯时 重力与轨道的支持力的合力提供向心力 故b对 a错 火车在拐弯时的速率大于或小于规定速率时 外轨或内轨有侧压力作用 此时火车受重力 支持力 侧压力作用 这三个力的合力提供向心力 故c错 d对 答案 bd 2 下列关于离心现象的说法中正确的是 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 它将沿切线做直线运动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 离心力是一种效果力 实际并不存在 a错 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 由于惯性 它将沿切线方向飞出 做匀速直线运动 b d错 c正确 答案 c 3 建造在公路上的桥梁大多是凸形桥 较少是水平桥 更没有凹形桥 其主要原因是 a 为的是节省建筑材料 以减少建桥成本b 汽车以同样速度通过凹形桥时对桥面的压力要比水平或凸形桥的压力大 故凹形桥易损坏c 可能是建造凹形桥技