高三物理一轮复习课件第四章曲线运动万有引力与航天43.ppt

第3讲圆周运动及其应用,【知识梳理】知识点1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:_的圆周运动。(2)性质:加速度大小_,方向总是指向_的变加速曲线运动。,线速度大小不变,不变,圆心,2.描述匀速圆周运动的物理量:,运动快慢,相切,m/s,转动快慢,rad/s,一圈,圈数,s,r/s,Hz,速度方向变,化快慢,圆心,2r,m/s2,【直观解读】如图所示,B和C是一组塔轮,A轮与B轮紧靠在一起,a、b、c分别是A、B、C轮缘上的点,且RA=RC”“,知识点2匀速圆周运动的向心力1.作用效果:产生向心加速度,只改变_,不改变_。2.大小:F=_=mr2=_=mv=m42f2r。3.方向:始终沿半径指向_。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。,线速度的方向,线速度的大小,圆心,合力,分力,【直观解读】如图所示,摩托车在水平面内以速度v转弯,转弯半径为r,则静摩擦力提供向心力。方程:_。,知识点3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所需_的情况下,所做的沿切线飞出或逐渐远离圆心的运动现象。2.受力特点:,圆周运动,向心力,(1)当Fn=m2r时,物体做_运动。(2)当Fn=0时,物体沿_方向飞出。(3)当Fnm2r时,物体将逐渐_圆心,做近心运动。,匀速圆周,切线,远离,靠近,【易错辨析】(1)匀速圆周运动是匀加速曲线运动。()(2)做匀速圆周运动的物体所受合外力是保持不变的。()(3)做匀速圆周运动的物体向心加速度与半径成反比。(),(4)做匀速圆周运动的物体角速度与转速成正比。()(5)随圆盘一起匀速转动的物体受重力、支持力和向心力的作用。()(6)做圆周运动的物体所受合外力突然消失,物体将沿圆周切线方向做匀速直线运动。(),提示:(1)。匀速圆周运动的加速度方向时刻变化,其运动为变加速曲线运动。(2)。做匀速圆周运动的物体所受合外力大小不变,方向时刻变化,为变力。(3)。由a=可知,只有当线速度一定时,做匀速圆周运动的物体向心加速度才与半径成反比。,(4)。由=2n可知,做匀速圆周运动的物体角速度与转速成正比。(5)。物体受重力、支持力和摩擦力作用,向心力为其所受的合外力。(6)。做圆周运动的物体所受合外力突然消失,物体将沿圆周切线方向飞出,做匀速直线运动。,【核心要素精讲】1.匀速圆周运动各物理量间的关系:,考点1匀速圆周运动的运动学分析,2.对公式v=r的理解:(1)当r一定时,v与成正比。(2)当一定时,v与r成正比。(3)当v一定时,与r成反比。3.对a=2r的理解:(1)当v一定时,a与r成反比。(2)当一定时,a与r成正比。,【高考命题探究】【典例1】(2017黄山模拟)在汽车无级变速器中,存在如图所示的装置,A是与B同轴相连的齿轮,C是与D同轴相连的齿轮,A、C、M为相互咬合的齿轮。已知齿轮A、C规格相同,半径为R,齿轮B、D规格也相同,半径为1.5R,齿轮M的半径为0.9R。当齿轮M如图方向转动时世纪金榜导学号42722086(),A.齿轮D和齿轮B的转动方向相反B.齿轮D和齿轮A的转动周期之比为32C.齿轮M和齿轮C的角速度大小之比为910D.齿轮M和齿轮B边缘某点的线速度大小之比为23,【解析】选D。A、M、C三个紧密咬合的齿轮是同缘传动,因为M顺时针转动,故A逆时针转动,C逆时针转动,又A、B同轴转动,C、D同轴转动,所以齿轮D和齿轮B的转动方向相同,故A错误;A、M、C三个紧密咬合的齿轮是同缘传动,边缘线速度大小相同,齿轮A、C规格相同,半径为R,根据v=r得,A、C转动的角速度相同,C、D同轴,转动,角速度相同,所以齿轮D和齿轮A的转动角速度相同,周期相同,故B错误;A、M、C边缘线速度大小相同,根据v=r得故C错误;A与B是同轴相连的齿轮,故A=B,所以根据v=r得故D正确。,【感悟提高】(1)特点:本题属于匀速圆周运动的运动学分析。(2)方法:解答本题应用了齿轮咬合传动和同轴转动的相关知识。齿轮咬合传动属于同缘传动,边缘_大小相同;同轴转动的各点_相同。,线速度,角速度,【强化训练】1.(2017广州模拟)正在以速度v匀速行驶的汽车,车轮的直径为d,则车轮的转动周期为(),【解析】选C。根据几何关系可知,车轮转一周,车向前的距离是车轮的一个周长,即vT=2r=d,所以T=故选项C正确。,2.(多选)如图甲所示是中学物理实验室常用的感应起电机,它是由两个大小相等直径约为30cm的感应玻璃盘起电的,其中一个玻璃盘通过从动轮与手摇主动轮连接如图乙所示,现玻璃盘以100r/min的转速旋转,已知主动轮的半径约为8cm,从动轮的半径约为2cm,P和Q是玻璃盘边缘上的两点,若转动时皮带不打滑,下列说法正确的是(),A.P、Q的线速度相同B.玻璃盘的转动方向与摇把转动方向相反C.P点的线速度大小约为1.6m/sD.摇把的转速约为400r/min,【解析】选B、C。由于线速度的方向沿曲线的切线方向,由图可知,P、Q两点的线速度的方向一定不同,故A错误;若主动轮做顺时针转动,从动轮通过皮带的摩擦力带动转动,所以从动轮逆时针转动,所以玻璃盘的转动方向与摇把转动方向相反,故B正确;玻璃盘的直径是30cm,转速是100r/min,所以线速度v=r=2nr=2,m/s=0.5m/s1.6m/s,故C正确;从动轮边缘的线速度vc=rc=20.02m/s=m/s,由于主动轮的边缘各点的线速度与从动轮边缘各点的线速度的大小相等,即vz=vc,所以主动轮的转速nz=25r/min,故D错误。,【加固训练】如图所示,当正方形薄板绕着过其中心O并与板垂直的转动轴转动时,板上A、B两点(),A.角速度之比AB=1B.角速度之比AB=1C.线速度之比vAvB=1D.线速度之比vAvB=1,【解析】选D。板上A、B两点的角速度相等,角速度之比AB=11,选项A、B错误;线速度v=r,线速度之比vAvB=1,选项C错误,D正确。,考点2匀速圆周运动的动力学分析【核心要素精讲】解决匀速圆周运动的动力学问题需做好的三个分析:(1)几何关系分析:目的是确定圆周运动的轨道平面、圆心、半径等。,(2)运动分析:目的是确定圆周运动的线速度、角速度、周期等。(3)受力分析:目的是利用力的合成与分解知识,表示出物体做匀速圆周运动时,外界所提供的向心力。,【高考命题探究】【典例2】(多选)(2017郴州模拟)如图所示,一根细线下端拴一个金属小球P,细线的上端固定在金属块Q上,Q放在带小孔的水平桌面上,小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆)。现使小球改到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动(图上未画出),两次金,属块Q都保持在桌面上静止,则后一种情况与原来相比较,下列说法中正确的是()世纪金榜导学号42722087A.Q受到桌面的支持力变大B.Q受到桌面的静摩擦力变大C.小球P运动的线速度变小D.小球P运动的角速度变大,【解析】选B、D。金属块Q保持在桌面上静止,对于金属块Q和小球P整体竖直方向上没有加速度,根据平衡条件知,Q受到桌面的支持力等于两物体的重力保持不变,故A错误;设细线与竖直方向的夹角为,细线的拉力大小为FT,细线的长度为L,小球P做匀速圆周运动时,由重力和细线的拉力的合力提供向心力,如图所示,则有,FT=,Fn=mgtan=m2Lsin=解得使小球改到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动时,增大,cos减小,sin、tan增大,则细线拉力FT增大,角速度增大,线速度增大,故选项D正确,C错误;对Q由平衡条件得Ff=FTsin,Q受到桌面的静摩擦力变大,故B正确。,【感悟提高】(1)特点:本题属于匀速圆周运动的动力学分析。(2)方法:解答本题应用了整体法和隔离法,判断金属块Q受到的支持力、静摩擦力,应分别选取_、_为研究对象;判断小球P的线速度、角速度应选取_为研究对象,由牛顿第二定律和向心力公式列方程:mgtan=_=_。,P、Q整体,Q,P,m2Lsin,(3)拓展:本题中,圆周运动位置变高后,小球P的向心力变大,向心加速度变大,运动的周期_。,变小,【强化训练】1.如图为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间,假定此时他正沿圆弧形弯道匀速滑行,则他(),A.所受的合力为零,做匀速运动B.所受的合力恒定,做匀加速运动C.所受的合力恒定,做变加速运动D.所受的合力变化,做变加速运动,【解析】选D。在匀速圆周运动中,线速度大小不变,方向改变,向心加速度大小不变,方向始终指向圆心,向心力大小不变,方向始终指向圆心,故选项A、B、C错误,D正确。,2.(2017安庆模拟)如图所示,倒置的光滑圆锥面内侧,有两个小玻璃球A、B沿锥面在水平面做匀速圆周运动,则下列关系式正确的是(),A.它们的线速度大小vAvBB.它们的角速度A=BC.它们的向心加速度大小aA=aBD.它们的向心力大小FA=FB,【解析】选C。两个小玻璃球A、B沿锥面在水平面做匀速圆周运动时所受外力都是支持力和重力,由牛顿第二定律可知,向心加速度大小相等,选项C正确;它们做匀速圆周运动半径不同,由a=2r可知角速度不同,选项B错误;由a=可知,轨道半径大的A球线速度大,选项A错误;由于题目没有明确两个小玻璃球A、B的质量关系,它们的向心力不一定相等,选项D错误。,【加固训练】(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则在该弯道处(),A.路面外侧高内侧低B.车速只要低于v0,车辆便会向内侧滑动C.车速虽然高于v0,但只要不超出某一最高限度,车辆便不会向外侧滑动D.当路面结冰时,与未结冰时相比,v0的值变小,【解析】选A、C。当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,即不受静摩擦力,此时由重力和支持力的合力提供向心力,所以路面外侧高内侧低,选项A正确;当车速低于v0时,需要的向心力小于重力和支持力的合力,汽车有向内侧运动的趋势,但并不会向内侧滑动,静摩擦力向外侧,选项B错误;当车速高于v0时,需要的向心力大于重力和支持力的合力,汽车有向外侧运动的趋势,静摩擦力向内侧,速度越大,静摩擦力越大,只有静摩擦力达到最大以后,车辆才会向外侧滑动,选项C正确;由mgtan=可知,v0的值只与斜面倾角和圆弧轨道的半径有关,与路面的粗糙程度无关,选项D错误。,考点3水平面内的匀速圆周运动【核心要素精讲】1.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。,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.运动实例:圆锥摆、汽车和火车转弯、飞机在水平面内做匀速圆周飞行等。,【高考命题探究】【典例3】(2017赣州模拟)如图所示,AB为竖直转轴,细绳AC和BC的结点C系一质量为m的小球,两绳能承担的最大拉力均为2mg。当AC和BC均拉直时ABC=90,ACB=53,BC=1m。ABC能绕竖直轴AB匀速转动,因而C球在水平面内做匀速圆周运动。当小球的线速度增大,时,两绳均会被拉断,则最先被拉断的那根绳及另一根绳被拉断时的速度分别为()世纪金榜导学号42722088A.AC5m/sB.BC5m/sC.AC5.24m/sD.BC5.24m/s,【思考探究】(1)当BC绳刚好拉直时,AC绳是否会被拉断?提示:当BC绳刚好拉直时,对球由牛顿第二定律得:FTAsin53-mg=0,解得FTA=Mg4l(3分)要使P仍能沿圆轨道滑回,P在半圆轨道上的上升高度不能超过半圆轨道的中点C。由能量守恒定律得:EpMg4l+Mgl(3分)解得:(1分),【名师指导】1.解决曲线运动问题的一般思路:(1)分析“力”:确定研究对象单个物体或几个物体组成的系统分析受力情况画出受力分析图(2)分析“运动”:由力和运动的关系确定是平抛运动还是圆周运动(3)分析“功”:分析力和位移间的关系确定各力,功情