重庆市万州区龙宝中学高考物理总复习 第4章 第2讲 圆周运动及其应用课件.ppt

第2讲圆周运动及其应用 掌握两个建模 抓住三个考点 备选视频展台 状元微博 1 描述圆周运动的各物理量间的关系 2 匀速圆周运动的实例分析 3 水平面内圆周运动的临界问题 突破三个考向 随堂基础训练 1 匀速圆周运动 v a 3 离心现象 2 匀速圆周运动的向心力 物理建模5竖直平面内圆周运动的绳 杆模型 第四章曲线运动万有引力与航天备选多媒体展台1 蜡块在运动细管中的上浮2 运动的合成与分解 小船过河 3 钢球做曲线运动的方向4 曲线运动的方向 割线和切线 5 平抛运动的研究6 平抛运动的剖析7 平抛运动的性质8 飞机投弹9 飞机连续投弹闪光照片分析10 同一高度平抛物体的运动与自由落体运动等时性演示实验11 根据平抛轨迹计算平抛初速度12 匀速圆周运动的向心加速度13 皮带传动的动力学特点14 汽车匀速过凸桥的径向动力学分析15 汽车过凹桥最低点的动力学分析16 火车拐弯时的向心力分析17 开普勒行星运行定律18 地面重物所受重力和地球引力间的关系19 地球同步卫星20 根据近地卫星的周期判断行星的密度 01抓住三个考点 思维驱动 注意公式的适用条件 01抓住三个考点 知识存盘 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 思考 在匀速圆周运动中 物体的速度是不变的 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 不变 相等 圆心 不变 速度 01抓住三个考点 思维驱动 01抓住三个考点 如图所示 水平转台上放着一枚硬币 当转台匀速转动时 硬币没有滑动 关于这种情况下硬币的受力情况 下列说法正确的是 a 受重力和台面的支持力b 受重力 台面的支持力和向心力c 受重力 台面的支持力 向心力和静摩擦力d 受重力 台面的支持力和静摩擦力 解析重力与支持力平衡 静摩擦力提供向心力 方向指向转轴 答案d 01抓住三个考点 1 作用效果产生向心加速度 只改变速度的 不改变速度的 2 大小3 方向始终沿半径方向指向 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 也可以由几个力的 提供 还可以由一个力的 提供 方向 大小 知识存盘 圆心 合力 分力 对物体受力分析时一定加上向心力 01抓住三个考点 思维驱动 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t m 2r可知 弯道半径越大 越容易冲出跑道 解析赛车在水平面上转弯时 它需要的向心力是由赛车与地面间的摩擦力提供的 由f mv2 r知 当v较大时 赛车需要的向心力也较大 当摩擦力不足以提供其所需的向心力时 赛车将冲出跑道 答案c 01抓住三个考点 知识存盘 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 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 如图所示 圆周切线方向 mr 2 mr 2 切线方向 圆周运动 所需向心力 01抓住三个考点 线速度v与角速度 周期t 转速n的关系 02突破三个考向 由上式和向心加速度公式a v2 r可推出 由上面的公式和向心力公式f ma可推出 典例1 如图所示为皮带传动装置 右轮的半径为r a是它边缘上的一点 左侧是一轮轴 大轮的半径是4r 小轮的半径是2r b点在小轮上 到小轮中心的距离为r c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上 若在传动过程中皮带不打滑 则 a a点和b点的线速度大小相等b a点和b点的角速度大小相等c a点和c点的线速度大小相等d a点和d点的向心加速度大小相等 02突破三个考向 1 皮带传动 如图甲 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 借题发挥 02突破三个考向 2 摩擦传动 如图丙所示 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 3 同轴传动 如图丁所示 两轮固定在一起绕同一转轴转动 两轮转动的角速度大小相等 即 a b 常见的三种传动方式及特点 a b 甲 a b 乙 a b 丁 丙 a b 02突破三个考向 02突破三个考向 典例2 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度v有关 下列说法正确的是 a 速率v一定时 r越小 要求h越大b 速率v一定时 r越大 要求h越大c 半径r一定时 v越小 要求h越大d 半径r一定时 v越大 要求h越大 g fn f合 从动力学角度解决圆周运动问题1 指导思路 凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向心力 而物体所受外力的合力充当向心力 这是处理该类问题的理论基础 2 解题步骤 02突破三个考向 借题发挥 确定研究对象 确定轨道平面 圆心 半径 受力分析明确向心力的来源 据牛顿运动定律及向心力公式列方程求解 有时对结果进行必要的讨论 02突破三个考向 mg fn f合 02突破三个考向 典例3 如图所示 质量为m的木块 用一轻绳拴着 置于很大的水平转盘上 细绳穿过转盘中央的细管 与质量也为m的小球相连 木块与转盘间的最大静摩擦力为其重力的 倍 0 2 当转盘以角速度 4rad s匀速转动时 要保持木块与转盘相对静止 木块转动半径的范围是多少 g取10m s2 02突破三个考向 解析由于转盘以角速度 4rad s匀速转动 因此木块做匀速圆周运动所需向心力为f mr 2 当木块匀速圆周运动的半径取最小值时 其所受最大静摩擦力与拉力方向相反 则有mg mg mrmin 2 解得rmin 0 5m 当木块匀速圆周运动的半径取最大值时 其所受最大静摩擦力与拉力方向相同 则有mg mg mrmax 2 解得rmax 0 75m 因此 要保持木块与转盘相对静止 木块转动半径的范围是 0 5m r 0 75m 答案0 5m r 0 75m ffm f拉 mg f合 f向 ffm f拉 mg f合 f向 求解临界问题的一般思路1 判断临界状态 认真审题 找出临界状态 2 确定临界条件 3 选择物理规律 临界状态是一个 分水岭 岭 的两边连接着物理过程的不同阶段 各阶段物体的运动形式以及遵循的物理规律往往不同 4 列方程求解 02突破三个考向 借题发挥 变式跟踪3 对于典例3 若木块转动的半径保持r 0 5m 则转盘转动的角速度范围是多少 模型特点在竖直平面内做圆周运动的物体 按运动至轨道最高点时的受力情况可分为两类 一是无支撑 如球与绳连接 沿内轨道的 过山车 等 称为 绳 环 约束模型 二是有支撑 如球与杆连接 在弯管内的运动等 称为 杆 管道 约束模型 临界问题分析物体在竖直平面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动 该类运动常有临界问题 并伴有 最大 最小 刚好 等词语 现就两种模型分析比较如下 03掌握两个建模 03掌握两个建模 03掌握两个建模 典例 如图所示 2012年8月7日伦敦奥运会体操男子单杆决赛 荷兰选手宗德兰德荣获冠军 若他的质量为60kg 做 双臂大回环 用双手抓住单杠 伸展身体 以单杠为轴做圆周运动 此过程中 运动员到达最低点时手臂受的总拉力至少约为 忽略空气阻力 g 10m s2 a 600nb 2400nc 3000nd 3600n 03掌握两个建模 关键点 运动员以单杠为轴做圆周运动 自己试一试 属于竖直面内圆周运动的杆模型 牛顿第二定律和机械能守恒定律 教你审题 03掌握两个建模 03掌握两个建模 03掌握两个建模 应用2 如图所示 m为固定在水平桌面上的有缺口的方形木块 abcd为半径是r的光滑圆弧形轨道 a为轨道的最高点 de面水平且有一定长度 今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处由静止释放 让其自由下落到d处切入轨道内运动 不计空气阻力 则 a 只要h大于r 释放后小球