高三物理总复习 5.3圆周运动课件 鲁科版.ppt

第三节圆周运动 基础知识梳理 一 描述匀速圆周运动的物理量 思考感悟 匀速圆周运动中的 匀速 与匀速直线运动中的 匀速 含义是否相同 提示 不同 前者指速度大小不变 而方向时刻变化 即运动状态变化 后者指速度的大小和方向都不变 即运动状态不变 二 向心力1 作用效果 产生向心加速度 只改变速度的 不改变速度的 方向 大小 3 方向 总是沿半径方向指向 时刻在改变 即向心力是一个变力 4 来源 向心力可以由一个力提供 也可以由 提供 甚至可以由 提供 因此向心力的来源要根据物体受力的实际情况判定 圆心 几个力的合力 一个力的分力 三 离心运动和向心运动1 离心运动 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 图5 3 1 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fm r2 物体渐渐向 如图5 3 1所示 m 2r 切线方向 m 2r 圆心靠近 课堂互动讲练 一 匀速圆周运动的理解1 概念做圆周运动的质点 若在任意相等的时间内通过的路程相等 就是匀速圆周运动 2 运动学特征线速度的大小不变 角速度 周期 频率都是恒定不变的 向心加速度大小不变 但方向时刻在改变 因此匀速圆周运动的实质是匀速率圆周运动 3 性质匀速圆周运动是加速度大小不变而方向时刻在改变的变速曲线运动 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于匀速圆周运动 下列说法中正确的是 a 匀速圆周运动是匀速运动b 匀速圆周运动是匀加速运动c 匀速圆周运动是一种变加速运动d 匀速圆周运动的物体处于平衡状态解析 选c 匀速圆周运动的物体速度大小不变 但方向时刻在变 且由于向心力方向时刻改变 向心加速度也时刻改变 因此 匀速圆周运动是一种变加速运动 二 圆周运动中的动力学问题分析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一个向心力 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 名师点睛 1 无论是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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 在水平面上安全转弯的汽车 转弯过程中速度大小不变 充当向心力的是 a 重力和支持力的合力b 静摩擦力c 滑动摩擦力d 重力 支持力 牵引力的合力解析 选b 汽车转弯时 受到的力有重力 支持力 牵引力 阻力 地面的静摩擦力 重力和支持力是一对平衡力 牵引力和阻力是一对平衡力 转弯的向心力由静摩擦力提供 所以b正确 三 竖直面内圆周运动问题 名师点睛 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 图5 3 2 经典题型探究 图5 3 3 如图5 3 3所示 某种变速自行车有六个飞轮和三个链轮 链轮和飞轮的齿数如下表所示 前后轮的直径均为660mm 人骑自行车前进速度为4m s 若两轮不打滑 踏脚板做匀速圆周运动的角速度的最小值为 a 6 8rad sb 3 5rad sc 4 0rad sd 7 1rad s 思路点拨 解决此题要搞清后轮与飞轮 飞轮与链轮 链轮与踏脚板之间的关系 同时要利用自行车前进速度4m s这一条件 解析 飞轮与后轮的角速度相等 设为 飞 链轮与踏脚板的角速度相等 设为 链 因该车行进的速度为v 4m s且一定 故后轮的线速度v后 v也一定 设后轮的半径为r后 d 2 则有v后 飞r后 当v后 r后一定时 飞轮与后轮的角速度 飞也一定 链轮与飞轮通过链条连接 其线速度相等 即v链 v飞 因此有 链r链 飞r飞 自行车链条中的节间距是一定的 则飞轮与链轮的齿数之比等于其半径之比 即n飞 n链 r飞 r链 综合以上几式 得 链 2vn飞 dn链 由此可见 当n飞 14 n链 48时 链最小 即踏脚板做匀速圆周运动的角速度最小 代入数据可得 链 3 5rad s 故选项b正确 答案 b 规律总结 在分析传动装置的各物理量时 要抓住不等量与相等量之间的关系 分析此类问题的关键有两点 其一是同一轮轴上的各点角速度相同 其二是皮带不打滑时 与皮带接触的各点线速度大小相同 这两点抓住了 然后再根据描述圆周运动的各物理量之间的关系就不难得出正确的结论 图5 3 5 满分样板8分 2011年南平质检 有一种叫 飞椅 的游乐项目 示意图如图5 3 5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 思路点拨 解决此题关键是两点 1 向心力来源 2 圆周运动的轨道半径 解题样板 图5 3 6 设座椅的质量为m 匀速转动时 座椅的运动半径为r r lsin 2分 受力分析如图5 3 6所示 由牛顿第二定律 有f合 mgtan 2分 f合 m 2r 2分 联立 得转盘角速度 与夹角 的关系 2011年江苏启东模拟 如图5 3 8甲所示 在同一竖直平面内的两条正对着的相同半圆形的光滑轨道 相隔一定的距离 虚线沿竖直方向 一小球能在其间运动 今在最高点与最低点各放一个压力传感器 测试小球对轨道的压力 并通过计算机显示出来 当轨道距离变化时 测得两点压力差与距离x的图象如图乙所示 g取10m s2 不计空气阻力 求 图5 3 8 1 小球的质量为多少 2 若小球在最低点b的速度为20m s 为使小球能沿轨道运动 x的最大值为多少 思路点拨 根据竖直平面内圆周运动的规律 求解 f x的函数关系利用图象截距 斜率的信息分析求解 答案 1 0 1kg 2 15m 规律总结 1 讨论竖直平面内的圆周运动时 中学物理中只研究物体通过最高点和最低点的情况 最高点和最低点一般是以能量的观点 如动能定理 机械能守恒定律等 作为桥梁联系在一起的