高考物理大一轮复习 第四章 圆周运动

1、高考物理大一轮复习 第四章 圆周运动课件第1页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四一、描述圆周运动的物理量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相等知识梳理,就是匀速圆周运动。匀速圆周运动是线速度大小不变的圆周运动。(2)性质:加速度大小不变,方向始终指向圆心,是变加速运动。(3)条件:合外力大小不变、方向始终与速度方向垂直且指向圆心。2.描述圆周运动的物理量第2页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四 定义、意义公式、单位(1)描述做圆周运动的物体运动快慢的物理量(v)(2)是矢量,方向和半径垂直,和圆周相切(1)v=

2、(2)单位:m/s(1)描述物体绕圆心转动快慢的物理量()(2)中学不研究其方向(1)=(2)单位:rad/s2.描述圆周运动的物理量第3页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四(1)周期是物体沿圆周运动一周的时间(T)(2)转速是物体在单位时间内转过的圈数(n),也叫频率(f)(1)T=,单位:s(2)n的单位:r/s、r/min(3)f=,单位:Hz(1)描述速度方向变化快慢的物理量(an)(2)方向指向圆心(1)an=2r(2)单位:m/s2(1)v=r=2rf(2)an=r2=v=r=42f2r第4页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四3.向心力F

3、(1)作用效果:产生向心加速度,只改变线速度的方向,不改变线速度的大小,因此向心力不做功。(2)大小:F=ma=m=mr2=mr。(3)方向:总是沿半径指向圆心,向心力是个变力。二、离心现象1.定义:做匀速圆周运动的物体,在所受的合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下,就做逐渐远离圆心的运动,即离心运动。第5页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四2.本质:做圆周运动的物体,由于本身的惯性,总是有沿着圆周切线方向飞出去的倾向。3.受力特点当F=mr2时,物体做匀速圆周运动;当F=0时,物体沿切线方向飞出;当FRB,故vAvB,A正确;F向=mg cot =m2

4、R,由于RARB,故ARB,故TATB,C错;FN=,故FNA=FNB,D错。答案AB第16页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四1-1飞机做特技表演时,常做俯冲拉起运动,如图所示,此运动在最低点附近可看做是半径为500 m的圆周运动。若飞行员的质量为65 kg,飞机经过最低点时速度为360 km/h,则这时飞行员对座椅的压力为多大?(取g=10 m/s2)第17页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第18页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四对飞行员受力分析,如图所示,有FN-mg=m得:FN=mg+m=1 950 N答案1 950

5、 N解析由牛顿第三定律可知支持力大小等于压力大小,所以飞行员对座椅的压力为1 950 N。第19页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四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.同转动轴的各点角速度相等,而线速度v=r与半径r成正比,向心加速度a=2r与半径r成正比。2.当皮带不打滑时,传动皮带与和皮带连接的两轮边缘的各点线速度大小相等,而两轮的角速度=与半径r成反比,向心加速度a=与半径r成反比。 重难二传动装置中各物理量之间的关系第20页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四典例2如图所示为一皮带传动装置,右轮的半径为r,a是它

6、边缘上的一点,左侧是一轮轴,大轮的半径为4r,小轮半径为 2r,b点在小轮上,到小轮圆心的距离为r,c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上。若在转动过程中,皮带不打滑。则()A.a点与b点的线速度大小相等B.a点与b点的角速度大小相等C.a点与c点的线速度大小相等D.a点与d点的向心加速度大小相等第21页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四解析左、右两轮通过皮带传动,在皮带不打滑的前提下,应有a、c两点的线速度大小相等,b、c、d三点的角速度大小相等,即va=vc,b=c=d,C选项正确。由v=r可得vb=rb,vc=2rc,显然vcvb,则vavb,又va=ravb=rb,

7、则ab,A、B两选项错误。由a=可得aa=,ad=,D选项正确。答案CD第22页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四2-1在离心浇铸装置中,电动机带动两个支承轮同向转动,管状模型放在这两个轮上靠摩擦转动,如图所示,铁水注入之后,由于离心作用,铁水紧紧靠在模型的内壁上,从而可得到密实的铸件,浇铸时转速不能过低,否则,铁水会脱离模型内壁,产生次品。已知管状模型内壁半径R,则管状模型转动的最低角速度为()A.B.C.D.2答案A解析最易脱离模型内壁的位置在最高点,转动的最低角速度对应铁水在最高点受内壁的作用力恰好为零,即mg=m2R,得:=,A正确。第23页，共40页，2022年

8、，5月20日，23点30分，星期四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。一类是无支撑(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”。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,并常伴有“最大”“最小”“刚好”等词语,现就两种模型分析比较如下:重难三竖直面内的圆周运动问题第24页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四 无支撑模型有支撑模型常见类型均是没有支撑的小球均是有支撑的小球过最高点的临界条件由mg=m得v临=由小球

9、恰能做圆周运动即可得v临=0第25页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四讨论分析(1)过最高点时,v,FN+mg=m,绳、轨道对球产生弹力FN(2)不能过最高点,v,在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道(1)当v=0时,FN=mg,FN为支持力,沿半径背离圆心(2)当0v时,FN+mg=m,FN指向圆心并随v的增大而增大第26页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四 典例3长度为L=0.50 m的轻质细杆OA,A端有一质量为m=3.0 kg的小球,如图所示,小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率是 2.0 m/s,g取 10 m/s2

10、,则此时细杆OA受到()A.6.0 N的拉力 B.6.0 N的压力C.24 N的拉力D.24 N的压力第27页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四解析解法一设小球以速率v0通过最高点时,球对杆的作用力恰好为零,即mg=m,得v0= m/s= m/s。由于v=2.0 m/s m/s,可知过最高点时,球对细杆产生压力。如图甲所示,为小球的受力情况图。由牛顿第二定律mg-FN=m,得FN=mg-m=(3.010-3.0)N=6.0 N。由牛顿第三定律知,细杆OA受到6.0 N的压力。第28页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四解法二设杆对小球的作用力为FN(由

11、于方向未知,可以设为向下)。如图乙所示,由向心力公式得FN+mg=m,则FN=m-mg=(3.0-3.010) N=-6.0 N。负号说明FN的方向与假设方向相反,即向上。由牛顿第三定律知,细杆OA受到6.0 N的压力。答案B第29页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四3-1如图所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,内侧壁半径为R,小球半径为r,则下列说法正确的是()A.小球通过最高点时的最小速度vmin=B.小球通过最高点时的最小速度vmin=0C.小球在水平线ab以下的管道中运动时,内侧管壁对小球可能有作用力D.小球在水平线ab以上的管道中运动时,外侧管壁对小

12、球一定有作用力第30页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四答案B解析小球沿管道上升到最高点时的速度可以为零,故A错误,B正确;小球在水平线ab以下的管道中运动时,由外侧管壁对小球的作用力FN与小球的重力在背离圆心方向的分力Fmg的合力提供向心力,即:FN-Fmg=m,因此,外侧管壁一定对球有作用力,而内侧管壁无作用力,C错误;小球在水平线ab以上的管道中运动时,小球受管壁的作用力与小球速度大小有关,D错误。第31页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四临界问题的分析方法1.判断临界状态:有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的问题存在着临

13、界点;若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语,表明题述的过程存在着“起止点”,而这些起止点往往就是临界状态;若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明思想方法题述的过程存在着极值,这个极值点也往往是临界状态。2.确定临界条件:判断题述的过程存在临界状态之后,要通过分析弄清临界状态出现的条件,并以数学形式表达出来。3.选择物理规律:当确定了物体运动的临界状态和临界条件后,要分别对于不同的运动过程或现象,选择相对应的物理规律,然后再列方程求解。第32页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第33页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四典

14、例如图所示,在光滑的圆锥体顶端用长为l的绳悬挂一质量为m的小球。圆锥体固定在水平面上不动,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角为30。小球以速率v绕圆锥体轴线做水平匀速圆周运动。(1)当v1=时,求绳对小球的拉力;(2)当v2=时,求绳对小球的拉力。解析如图所示,小球在锥面上运动,但支持力FN=0,小球只受重力mg和绳的拉力FT作用,合力沿水平面指向轴线。根据牛顿第二定律有:第34页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四mg tan =m=m解得:v0=解析如图所示,小球在锥面上运动,但支持力FN=0,小球只受重力mg和绳的拉力FT作用,合力沿水平面指向轴线。根据牛顿第二定

15、律有:第35页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四(1)因为v1v0,所以小球与锥面脱离接触,设绳与竖直方向的夹角为,此时小球受力如图乙所示。根据牛顿第二定律有:FT sin =FT cos -mg=0解得:FT=2mg答案(1)1.03mg(2)2mg第37页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四针对训练如图所示,细绳一端系着质量m=0.6 kg的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑的小孔吊着质量m=0.3 kg的物体,m的重心与圆孔的距离为0.2 m,并知m和水平面的最大静摩擦力为2 N。现使此平面绕中心轴线转动,问角速度在什么范围,m会处于静止状态。(取g=10 m/s2)第38页，共40页，2022年，5月20日，23点30分，星期四答案2.9 rad/s6.5 rad/s解析要使m静止,m也应与平面相对静止,而m与平面相对静止时有两个临界状态:当为所求范围最小值时,m有向着圆心运动的趋势,水平面对m的静摩擦力的方向背离圆心,大小等于最大静