高考物理 第四章 第三单元 圆周运动课时训练营课件.ppt

第三单元圆周运动 一 描述圆周运动的主要物理量及其相互关系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 二 匀速圆周运动和非匀速圆周运动1 匀速圆周运动 1 定义 线速度 的圆周运动 2 性质 向心加速度大小 方向 的变加速曲线运动 3 质点做匀速圆周运动的条件 合力大小 方向始终与速度方向 且指向圆心 4 两个结论 同一转动圆盘 或物体 上的各点 相同 皮带连接的两轮不打滑时 则轮缘上各点的线速度 2 非匀速圆周运动 1 定义 线速度大小 方向均 的圆周运动 2 合力的作用 合力沿速度方向的分量ft产生切向加速度 ft mat它只改变速度的 合力沿半径方向的分量fn产生向心加速度 fn man 它只改变速度的 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做圆周运动 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 做匀速直线运动 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 圆心靠近 特别提醒 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 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 在传动装置中各物理量之间的关系在分析传动装置的各物理量时 要抓住不等量和相等量的关系 表现为 1 同一转轴的各点角速度 相同 而线速度v r与半径r成正比 向心加速度大小a r 2与半径r成正比 1 2009年上海高考 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 答案 a 向心力的来源分析向心力不是和重力 弹力 摩擦力等相并列的一种性质的力 是根据力的效果命名的 在分析做圆周运动的质点受力情况时 切不可在物体所受的作用力 重力 弹力 摩擦力 万有引力等 以外再添加一个向心力 向心力可能是物体受到的某一个力 也可能是物体受到的几个力的合力或某一个力的分力 例 几种常见的匀速圆周运动的实例 2 将一枚硬币放在唱片上匀速转动时 硬币与唱片保持相对静止 关于硬币的受力情况 下列说法正确的是 a 硬币受静摩擦力 向心力 共两个力b 硬币受重力 支持力 静摩擦力 共三个力c 硬币受重力 支持力 指向圆心的静摩擦力 切线方向的静摩擦力 共四个力d 硬币受重力 支持力 静摩擦力 向心力 共四个力答案 b 竖直面内圆周运动的临界问题物体在竖直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 常见问题有以下三种模型 1 轻绳模型及内轨模型如图所示 没有物体支撑的小球 在竖直平面内做圆周运动过最高点的情况 2 轻杆模型及管道模型此模型 小球在最高点可以受到向上的支撑作用 如图所示 1 临界条件 由于轻杆 管壁 的支撑作用 小球恰能达到最高点的临界速度v临界 0 2 上图所示的小球过最高点时 轻杆 管壁 对小球的弹力情况 当v 0时 轻杆 管的内壁下侧 对小球有竖直向上的支持力fn 其大小等于小球的重力 即fn mg 3 汽车过凸形桥汽车过凸形桥的最高点的情况 如图所示 3 当v v0 汽车只受重力 汽车脱离桥面做平抛运动 所以汽车过凸形桥时要限速 3 如图所示 长为l的细线 一端固定在o点 另一端系一小球 把小球拉到与悬点o处于同一水平面的a点 并给小球竖直向下的初速度 使小球绕o点在竖直平面内做圆周运动 要使小球能够在竖直平面内做完整的圆周运动 在a处小球竖直向下的最小初速度应为 答案 c 题型一圆周运动的运动学问题 小明同学在学习了圆周运动的知识后 设计了一个课题 名称为 快速测量自行车的骑行速度 他的设想是 通过计算踏脚板转动的角速度 推算自行车的骑行速度 经过骑行 他得到如下数据 在时间t内踏脚板转动的圈数为n 那么踏脚板转动的角速度 要推算自行车的骑行速度 还需要测量的物理量有 自行车骑行速度的计算公式v 1 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 解析 树木开始倒下时 绕树根处做圆周运动 树干上各点的角速度相等 半径越大 线速度越大 越容易观察 选项b正确 而树梢的向心加速度无法直接观察 选项c错误 答案 b 题型二圆周运动的动力学问题 2009年广东 如图所示 一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴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 规律小结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 2 有一种大型游戏器械 如图所示 它是一个圆筒形大容器 筒壁竖直 游客进入容器后靠筒壁站立 当圆筒开始转动后 转速加快到一定程度时 突然地板塌落 游客发现自己没有落下去 这是因为 a 游客受到与筒壁垂直的压力的作用b 游客处于失重状态c 游客受到的摩擦力等于重力d 游客随着转速的增大有沿筒壁向上滑动的趋势 解析 本题为圆周运动和力的平衡在实际问题中的综合应用 游客随圆筒一起做匀速圆周运动 弹力提供向心力 当转速增大到一定程度 弹力也增大 而游客与圆筒之间的最大静摩擦力也增大 当最大静摩擦力大于重力时 即使地板脱落 游客在竖直方向上仍处于平衡状态 此时静摩擦力大小等于游客的重力 所以选项c正确 答案 c 题型三竖直面内圆周运动问题 过山车是游乐场中常见的设施 如图是一种过山车的简易模型 它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成 b c d分别是三个圆形轨道的最低点 b c间距与c d间距相等 半径r1 2 0m r2 1 4m 一个质量为m 1 0kg的小球 视为质点 从轨道的左侧a点以v0 12 0m s的初速度沿轨道向右运动 a b间距l1 6 0m 小球与水平轨道间的动摩擦因数 0 2 圆形轨道是光滑的 假设水平轨道足够长 圆形轨道间不相互重叠 重力加速度取g 10m s2 计算结果保留小数点后一位数字 试求 1 小球在经过第一个圆形轨道的最高点时 轨道对小球作用力的大小 2 如果小球恰能通过第二圆形轨道 b c间距l应是多少 3 在满足 2 的条件下 如果要使小球不能脱离轨道 在第三个圆形轨道的设计中 半径r3应满足的条件 规律小结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 而问题的解决又往往通过判断物体经过最高点的临界条件作为突破口 因此找出物体在最高点的临界条件是解决此类问题的关键 对这类问题的求解一般都是先假设某量达到最大值 最小值的临界情况 从而建立方程求出 本题 3 中 部分考生由于思考不周密 仅考虑其中一种情况而导致漏解 请同学们引起足够重视 规律小结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 而问题的解决又往往通过判断物体经过最高点的临界条件作为突破口 因此找出物体在最高点的临界条件是解决此类问题的关键 对这类问题的求解一般都是先假设某量达到最大值 最小值的临界情况 从而建立方程求出 本题 3 中 部分考生由于思考不周密 仅考虑其中一种情况而导致漏解 请同学们引起足够重视 3 2009年9月18日 第十一届全运会体操男子全能决赛在济南奥体中心进行 最终北京队滕海滨夺得冠军 四川选手冯吉吉获得亚军 江苏选手吕博摘得铜牌 滕海滨在单杠项目上顺利完成了高难度动作 单臂大回环 用一只手抓住单杠 伸展身体 以单杠为轴做圆周运动 如图所示 假设滕海滨的质量为55kg 那么 在完成 单臂大回环 的过程中 他的单臂至少要能够承受多大的力 g取10m s2 答案 2750n 1 如图所示 物块在水平圆盘上 与圆盘一起绕固定轴匀速转动 下列说法中正确的是 a 物块处于平衡状态b 物块受三个力作用c 在角速度一定时 物块到转轴的距离越远 物块越不容易脱离圆盘d 在物块到转轴距离一定时 物块运动周期越小 越不容易脱离圆盘 答案 b a 若拉力突然消失 小球将沿轨迹pa做离心运动b 若拉力突然变小 小球将沿轨迹pa做离心运动c 若拉力突然变大 小球将沿轨迹pb做离心运动d 若拉力突然变小 小球将沿轨迹pc做近心运动 答案 a 3 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率v有关 下列说法正确的是 a v一定时 r越小则要求h越大b v一定时 r越大则要求h越大c r一定时 v越小则要求h越大d r一定时 v越大则要求h越大 答案 ad 答案 b 5 2010年湛江模拟 在2008年北京奥运会体操男子单杠决赛中 中国小将邹凯问鼎冠军 邹凯完成了一个单臂回环动作后恰好静止在最高点 如图所示 设邹凯的重心离杠l 0 9m 体重56kg 忽略摩擦力 且认为单臂回环动作是圆周运动 g 10m s2 试求 1 达到如图所示效果 邹凯的重心在最低点的速度大小 2 邹凯在最高点与最低点时对杠的作用力分别是多大 答案 1 6 0m s 2 560n2800n 1 2009年广东 如图所