高考物理大一轮复习 4.3圆周运动的基本规律及应用课件.ppt

第3课时圆周运动的基本规律及应用 知识梳理 知识点一 匀速圆周运动 角速度 线速度 向心加速度1 匀速圆周运动 1 定义 做圆周运动的物体 若在相等的时间内通过的圆弧长 就是匀速圆周运动 2 特点 加速度大小 方向始终指向 是变加速运动 3 条件 合外力大小 方向始终与方向垂直且指向圆心 相等 不变 圆心 不变 速度 2 描述圆周运动的物理量描述圆周运动的物理量主要有线速度 角速度 周期 频率 转速 向心加速度 向心力等 现比较如下表 快慢 转动快慢 一周 圈数 方向 快慢 r 2 方向 大小 m 2r 圆心 合力 分力 知识点三 离心现象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 总有沿着飞出去的趋势 图1 圆周运动 所需向心力 圆周切线方向 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f 时 物体逐渐远离圆心 f为实际提供的向心力 如图1所示 mr 2 切线方向 mr 2 思维深化判断正误 正确的画 错误的画 1 做圆周运动的物体 一定受到向心力的作用 所以分析做圆周运动物体的受力 除了分析其受到的其他力 还必须指出它受到向心力的作用 2 一物体以4m s的线速度做匀速圆周运动 周期为2s 则速度变化率的大小为4 m s2 3 在绝对光滑的水平路面上汽车可以转弯 4 火车转弯速率小于规定的数值时 内轨受到的压力会增大 5 飞机在空中沿半径为r的水平圆周盘旋时 飞机机翼一定处于倾斜状态 答案 1 2 3 4 5 题组自测 题组一匀速圆周运动的运动学分析1 双选 质点做匀速圆周运动时 下列说法正确的是 a 速度的大小和方向都改变b 匀速圆周运动是匀变速曲线运动c 当物体所受合力全部用来提供向心力时 物体做匀速圆周运动d 向心加速度大小不变 方向时刻改变 解析匀速圆周运动的速度的大小不变 方向时刻变化 a错 它的加速度大小不变 但方向时刻改变 不是匀变速曲线运动 b错 d对 由匀速圆周运动的条件可知 c对 答案cd 2 双选 2014 广东韶关一模 如图2所示 由于地球的自转 地球表面上p o两物体均绕地球自转轴做匀速圆周运动 对于p o两物体的运动 下列说法正确的是 图2a p o两点的角速度大小相等b p o两点的线速度大小相等c 同一物体在o点的向心加速度比在p点的向心加速度大d 放在p o两处的物体均只受重力和支持力两个力作用 解析同轴转动的不同点角速度相等 a正确 p o两点做圆周运动的半径不同 根据v r可知 两点的线速度大小不同 b错误 根据a 2r可知 同一物体在o点的向心加速度比在p点的向心加速度大 c正确 放在p o两处的物体均只受万有引力和支持力两个力的作用 d错误 答案ac 题组二圆周运动的动力学分析3 如图3所示 洗衣机脱水筒在转动时 衣服贴靠在匀速转动的圆筒内壁上而不掉下来 则衣服 a 受到重力 弹力 静摩擦力和离心力四个力的作用b 所需的向心力由重力提供c 所需的向心力由弹力提供d 转速越快 弹力越大 摩擦力也越大解析衣服只受重力 弹力和静摩擦力三个力作用 a错 衣服做圆周运动的向心力为它所受到的合力 由于重力与静摩擦力平衡 故弹力提供向心力 即fn mr 2 转速越大 fn越大 c对 b d错 答案c 图3 图4 答案b 题组三离心现象5 世界一级方程式锦标赛新加坡大奖赛赛道单圈长5 067公里 共有23个弯道 如图5所示 赛车在水平路面上转弯时 常常在弯道上冲出跑道 则以下说法正确的是 a 是由于赛车行驶到弯道时 运动员未能及时转动方向盘才造成赛车冲出跑道的b 是由于赛车行驶到弯道时 运动员没有及时加速才造成赛车冲出跑道的c 是由于赛车行驶到弯道时 运动员没有及时减速才造成赛车冲出跑道的d 由公式f m 2r可知 弯道半径越大 越容易冲出跑道 图5 答案c 6 如图6所示 某电视台推出了一款娱乐闯关节目 选手最容易失败落水的地方是第四关 疯狂转盘 和第五关 高空滑索 根据所学物理知识 下列选项中表述正确的是 a 选手进入转盘后 在转盘中间比较安全b 选手进入转盘后 在转盘边缘比较安全c 质量越大的选手 越不容易落水d 选手从最后一个转盘的边缘起跳去抓滑索时 起跳方向应正对悬索 图6 解析根据向心力fn 4m 2n2r 在转盘转速不变的情况下 半径越大 需要的向心力越大 而质量一定的选手最大静摩擦力是确定的 所以在转盘中间比较安全 a正确 b错误 选手质量越大 最大静摩擦力越大 需要的向心力也大 是否容易落水 和选手质量无关 c错误 选手从转盘的边缘起跳时 有一个与转盘边缘线速度一样的分速度 所以选手起跳方向不应正对悬索 d错误 答案a 图7 答案bd 常见的三种传动方式及特点1 皮带传动 如图8甲 乙所示 皮带与两轮之间无相对滑动时 两轮边缘线速度大小相等 即va vb 图8 2 摩擦传动 如图9所示 两轮边缘接触 接触点无打滑现象时 两轮边缘线速度大小相等 即va vb 图93 同轴传动 如图10甲 乙所示 绕同一转轴转动的物体 角速度相同 a b 由v r知v与r成正比 图10 图11 解析主动轮是逆时针转动的 从动轮也是逆时针转动的 故a错 主动轮和从动轮边缘的线速度大小相等 故b对 由v 2 rn知主动轮与从动轮的转速比等于两轮的周长的反比 即转速比等于齿数的反比 设从动轮的转速为n 有n n 1 k 可得n nk c对 d错 答案bc 考点二圆周运动中的动力学分析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 例2 2013 江苏卷 2 如图12所示 旋转秋千 中的两个座椅a b质量相等 通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上 不考虑空气阻力的影响 当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时 下列说法正确的是 a a的速度比b的大b a与b的向心加速度大小相等c 悬挂a b的缆绳与竖直方向的夹角相等d 悬挂a的缆绳所受的拉力比悬挂b的小 图12 答案d 1 求解圆周运动的动力学问题做好 三分析 一是几何关系的分析 目的是确定圆周运动的圆心 半径等 二是运动分析 目的是表示出物体做圆周运动所需要的向心力公式 用运动学量来表示 三是受力分析 目的是利用力的合成与分解的知识 表示出物体做圆周运动时外界所提供的向心力 2 圆周运动问题的解题步骤 图13 答案b 考点三匀速圆周运动的实例分析1 运动实例 汽车 火车转弯 飞机在水平面内做匀速圆周飞行等 2 问题特点 1 运动轨迹是圆且在水平面内 2 向心力的方向沿半径指向圆心 3 向心力来源 一个力或几个力的合力或某个力的分力 例3 为确保行车安全 在高速公路的不同路段都会竖有限速指示牌 若有一段直行连接弯道的路段 其弯道半径r为60m 弯道路面的倾斜角度 为5 最大静摩擦力为压力的 0 37倍 假定直行路段的限速为120km h 限速指示牌的可见视野为100m 驾驶员的操作反应时间为2s 为保持平稳减速 限定最大减速加速度为2 5m s2 已知tan5 0 087 g 10m s2 试计算 1 指示牌应标注的限速为多少 2 至少应该在弯道前多少距离处设置限速指示牌 2 直行路段的限速v2 120km h 33 3m sv1 60km h 16 7m s减速距离由v v 2as求得 s 166m人反应时间内车通过的距离 l v2t 66 6m设置限速牌的距离 s l 100m 132 6m至少应该在弯道前133m的距离处设置限速指示牌 答案 1 60km