高考物理复习力和运动 圆周运动课件 (2).ppt

第二轮专题复习力和运动专题 圆周运动2021/8/11 星期三1力和运动专题高考特点高考特点 曲线运动、曲线运动的条件及其运用历来曲线运动、曲线运动的条件及其运用历来是高考的重点、难点和热点，它不仅涉及力学是高考的重点、难点和热点，它不仅涉及力学中的一般的曲线运动、平抛运动、圆周运动，中的一般的曲线运动、平抛运动、圆周运动，还常常涉及带电粒子在电磁场和复合场中的运还常常涉及带电粒子在电磁场和复合场中的运动问题、动力学问题、功能问题、动量和冲量动问题、动力学问题、功能问题、动量和冲量问题。近几年的高考题中有运用曲线运动的条问题。近几年的高考题中有运用曲线运动的条件和动力学规律进行判断的选择题，也有与其件和动力学规律进行判断的选择题，也有与其他知识综合进行求解的解决的计算题。他知识综合进行求解的解决的计算题。2021/8/11 星期三2力和运动专题主要考点主要考点1 1、重力场中的匀速圆周运动：明确天体运动的向心力是、重力场中的匀速圆周运动：明确天体运动的向心力是由万有引力来提供的，常见问题如计算天体质量和密度，由万有引力来提供的，常见问题如计算天体质量和密度，星体表面及某一高度处的重力加速度等。星体表面及某一高度处的重力加速度等。不同星球表面的不同星球表面的力学规律相同，但力学规律相同，但g g不同，解决该类问题应注意求解该星不同，解决该类问题应注意求解该星球表面的重力加速度球表面的重力加速度。2 2、带电粒子在电磁场中的匀速圆周运动：、带电粒子在电磁场中的匀速圆周运动：解题的关键在于解题的关键在于找圆心画轨迹求半径找圆心画轨迹求半径，且在复合场中，且在复合场中除洛仑兹力外，其余力除洛仑兹力外，其余力的合力大小必为零的合力大小必为零也是一个很重要的特征。也是一个很重要的特征。3 3、竖直圆轨道的圆周运动：、竖直圆轨道的圆周运动：解题的关键在于判断不同约解题的关键在于判断不同约束条件下的速度临界问题束条件下的速度临界问题。2021/8/11 星期三3力和运动专题问题问题磁场磁场?1 1、你学过的圆周运动有几种类型，、你学过的圆周运动有几种类型，它们有怎样的受力特征和运动特征？它们有怎样的受力特征和运动特征？(1)(1)匀速圆周运动：匀速圆周运动：受力特征受力特征合外力大小不变，方向始合外力大小不变，方向始终与速度垂直且指向圆心终与速度垂直且指向圆心运动特征运动特征速度和加速度大小不变，方向速度和加速度大小不变，方向时刻变化的变加速曲线运动时刻变化的变加速曲线运动2021/8/11 星期三4力和运动专题问题问题磁场磁场?1 1、你学过的圆周运动有几种类型，、你学过的圆周运动有几种类型，它们有怎样的受力特征和运动特征？它们有怎样的受力特征和运动特征？(2)(2)非匀速圆周运动：非匀速圆周运动：受力特征受力特征 合外力大小和方向都在合外力大小和方向都在变，一方面提供圆周运动所需变，一方面提供圆周运动所需的向心力，另一方面提供切向的向心力，另一方面提供切向分力达到改变速度大小的目的分力达到改变速度大小的目的运动特征运动特征速度和加速度的大小及方向速度和加速度的大小及方向都在变化的变加速曲线运动都在变化的变加速曲线运动讨论：此时加速度方向还指向圆心吗？讨论：此时加速度方向还指向圆心吗？试举例说明。试举例说明。2021/8/11 星期三5力和运动专题问题问题磁场磁场?2 2、你如何理解匀速圆周运动是一种变加速、你如何理解匀速圆周运动是一种变加速运动？请例举几种典型的匀速圆周运动。运动？请例举几种典型的匀速圆周运动。(1)(1)在重力场中在重力场中(2)(2)在匀强磁场中在匀强磁场中(3)(3)在电场中在电场中(4)(4)在复合场中在复合场中(5)(5)其他情境中其他情境中 天体运动：天体运动：F F万万=F=F心心带电粒子的匀速圆周运动：带电粒子的匀速圆周运动：F F洛洛=F=F心心原子核外电子绕核的旋转运动：原子核外电子绕核的旋转运动：F F库库=F=F心心除洛仑兹力外其他力的合力为零：除洛仑兹力外其他力的合力为零：F F洛洛=F=F心心光滑水平面内绳子拉小球做光滑水平面内绳子拉小球做匀速圆周运动：匀速圆周运动：F F拉拉=F=F心心2021/8/11 星期三6力和运动专题问题问题磁场磁场?3 3、你研究圆周运动的基本处理方法是什么吗？例、你研究圆周运动的基本处理方法是什么吗？例举带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动加以举带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动加以说明。说明。处理圆周运动的基本方法是牛顿运动处理圆周运动的基本方法是牛顿运动定律与功能关系定律与功能关系(动能定理、机械能守恒动能定理、机械能守恒及能量守恒及能量守恒)的综合运用，的综合运用，关键是确定圆关键是确定圆心画出圆轨迹，找出向心力心画出圆轨迹，找出向心力。2021/8/11 星期三7力和运动专题 4 4、对于在竖直面内做圆周运动的物体，在不、对于在竖直面内做圆周运动的物体，在不同的约束条件下，能完成圆周运动的临界条件是同的约束条件下，能完成圆周运动的临界条件是不同的，你能谈谈对这个问题的认识吗？不同的，你能谈谈对这个问题的认识吗？问题问题磁场磁场?模型模型1：绳子：绳子O OV0O O受力分析受力分析G GF FT T结论：结论：F F向心向心=G+F=G+FT T=mv=mv2 2/r/r临界：临界：F F向心向心=mv=mv0 02 2/r/r G G V0gRgR杂技杂技水流星水流星 翻滚过山车翻滚过山车实际实际问题问题变化变化模型模型V0内内轨轨2021/8/11 星期三8力和运动专题 4 4、对于在竖直面内做圆周运动的物体，在不、对于在竖直面内做圆周运动的物体，在不同的约束条件下，能完成圆周运动的临界条件是同的约束条件下，能完成圆周运动的临界条件是不同的，你能谈谈对这个问题的认识吗？不同的，你能谈谈对这个问题的认识吗？问题问题磁场磁场?模型模型2：轻杆：轻杆O OV0受力分析受力分析O OG GF FN1N1结论：结论：F F向心向心=G=G+F FN N=mv=mv2 2/r/r临界：临界：拉力拉力V0 gRgRF FN2N2实际实际问题问题变化变化模型模型 车过拱桥车过拱桥V0内内外外轨轨不受力不受力V0=gRgR支持力支持力V0gRgR2021/8/11 星期三9力和运动专题问题问题磁场磁场?5 5、对于人造卫星运动应注意哪些问题？、对于人造卫星运动应注意哪些问题？(1)(1)圆周运动的轨道问题圆周运动的轨道问题-圆轨道的圆心必过地心圆轨道的圆心必过地心(2)(2)发射速度与运行环绕速度的区分发射速度与运行环绕速度的区分(3)(3)同步卫星与近地卫星的区分同步卫星与近地卫星的区分(4)(4)人造卫星的圆周运动与地球自转的圆人造卫星的圆周运动与地球自转的圆周运动的区分周运动的区分2021/8/11 星期三10力和运动专题例题例题1 （20032003浙江浙江）中子星是恒星演化过程的一）中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测它自转周期为观测它自转周期为T T1/301/30秒，问该中子星的最秒，问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解？计算时星体可视为均匀球体。自转而瓦解？计算时星体可视为均匀球体。(引引力常数力常数G=6.6710G=6.67101111NmNm2 2/kg/kg2 2)2021/8/11 星期三11力和运动专题O OF F万万F FN N分析分析不解体的条件为不解体的条件为F FN N00考点剖析考点剖析 利用万有引力定律求天体质量和密利用万有引力定律求天体质量和密度，注意不解体的条件挖掘。度，注意不解体的条件挖掘。2021/8/11 星期三12力和运动专题例题例题2 （20042004浙江浙江）在勇气号火星探测器着陆的）在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来假设着陆器第一次落到火多次弹跳才停下来假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为星表面弹起后，到达最高点时高度为h h，速度方，速度方向是水平的，速度大小为向是水平的，速度大小为v v0 0，求它第二次落到，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计火星大气火星表面时速度的大小，计算时不计火星大气阻力已知火星的阻力已知火星的个卫星的圆轨道的半径为个卫星的圆轨道的半径为r r，周期为，周期为T T火星可视为半径为火星可视为半径为r r0 0的均匀球体的均匀球体 2021/8/11 星期三13力和运动专题分析分析hV V0 0V V0 0V Vt t平抛运动平抛运动对于卫星有对于卫星有火星表面有火星表面有联立可得联立可得考点剖析考点剖析 该题为平抛运动规律和万有引力定律该题为平抛运动规律和万有引力定律的综合题，关键在于利用万有引力定律求的综合题，关键在于利用万有引力定律求天体表面处的重力加速度。天体表面处的重力加速度。2021/8/11 星期三14力和运动专题例题例题3 （20042004春季春季）如图，）如图，abcabc是光滑的轨道，是光滑的轨道，其中其中abab是水平的，是水平的，bcbc为与为与abab相切的位于竖直平面相切的位于竖直平面内的半圆，半径内的半圆，半径R=0.30mR=0.30m。质量。质量m=0.20kgm=0.20kg的小球的小球A A静止在轨道上，另一质量静止在轨道上，另一质量M=0.60kgM=0.60kg、速度、速度v v0 0=5.5m/s=5.5m/s的小球的小球B B与小球与小球A A正碰。已知相碰后小正碰。已知相碰后小球球A A经过半圆的最高点经过半圆的最高点c c落到轨道上距落到轨道上距b b点为处，点为处，重力加速度重力加速度g=10m/sg=10m/s2 2，求：，求：(1)(1)碰撞结束后，小球碰撞结束后，小球A A和和B B的速度的大小。的速度的大小。(2)(2)试论证小球试论证小球B B是否能沿着半圆轨道到达是否能沿着半圆轨道到达c c点。点。2021/8/11 星期三15力和运动专题分析分析B BV V0 0V V1 1V V2 2V V3 3l三个过程：三个过程：(1)AB碰撞过程碰撞过程-动量守恒动量守恒(2)A从从b运动到运动到c-机械能守恒机械能守恒(3)A从从c至落地至落地-平抛运动平抛运动v v1 1=6m/s=6m/sv v2 2=3.5m/s=3.5m/sB B球不能过最高点球不能过最高点C C考点剖析考点剖析 该题为动量守恒、机械能守恒和圆周运该题为动量守恒、机械能守恒和圆周运动及平抛运动规律的综合运用，关键在于分清动及平抛运动规律的综合运用，关键在于分清运动过程，注意竖直圆轨道的约束条件。运动过程，注意竖直圆轨道的约束条件。2021/8/11 星期三16力和运动专题例题例题4 (20032003广东广东)如图甲所示为一极竖直悬挂的不可伸如图甲所示为一极竖直悬挂的不可伸长的轻绳，下端拴一小物块长的轻绳，下端拴一小物块A A，上端固定在，上端固定在C C点且与一能测量点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连。已知有一质量为绳的拉力的测力传感器相连。已知有一质量为m m0 0的子弹的子弹B B沿沿水平方向以速度水平方向以速度v v0 0射入射入A A内（未穿透），接着两者一起绕内（未穿透），接着两者一起绕C C点点在竖直面内做圆周运动，在各种阻力都可忽略的条件下测力在竖直面内做圆周运动，在各种阻力都可忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力传感器测得绳的拉力F F随时间随时间t t的变化关系如图乙所示。已知的变化关系如图乙所示。已知子弹射入的时间极短，且图乙中子弹射入的时间极短，且图乙中t=0t=0为为A A、B B开始以相同速度开始以相同速度运动的时刻，根据力学规律和题中（包括图）提供的信息，运动的时刻，根据力学规律和题中（包括图）提供的信息，对反映悬挂系统本身性质的物理量（例如对反映悬挂系统本身性质的物理量（例如A A的质量）及的质量）及A A、B B一起运动过程中的守恒量，你能求得哪些定量的结果？一起运动过程中的守恒量，你能求得哪些定量的结果？F FF Fm m0 0t t0 0 3t3t0 0 5t5t0 0t t乙乙C CA甲2021/8/11 星期三17力和运动专题分析分析考点剖析考点剖析 该题为动量守恒、机械能守恒和圆周该题为动量守恒、机械能守恒和圆周运动及运动及F-tF-t图象信息处理的综合能力考查，关图象信息处理的综合能力考查，关键在于分清运动过程，注意竖直圆轨道的约束键在于分清运动过程，注意竖直圆轨道的约束条件。条件。利用最高和最低两点的向心力进行利用最高和最低两点的向心力进行分析结合图象信息可得分析结合图象信息可得(1)(1)周期周期T=2tT=2t0 0(2)(2)质量质量M=FM=Fm m/6g-m/6g-m0 0(3)(3)绳长绳长L=36mL=36m0 02 2v v0 02 2g/5Fg/5Fm m2 2(4)(4)机械能机械能E=3mE=3m0 02 2v v0 02 2g/Fg/Fm m2021/8/11 星期三18力和运动专题例题例题5 5 （20042004广广东东）如如图图，真空室内存在匀，真空室内存在匀强强磁磁场场，磁，磁场场方向垂直于方向垂直于纸纸面向里，磁感面向里，磁感应应强强度的大小度的大小B=0.60TB=0.60T，磁，磁场场内有一内有一块块平面感光板平面感光板abab，板面与磁，板面与磁场场方向平行，在距方向平行，在距abab的距离的距离L=16cmL=16cm，处，有一个点处，有一个点状的状的放射源放射源S S，它向各个方向发射，它向各个方向发射粒子，粒子，粒粒子的速度都是子的速度都是V=3.0V=3.0X10106 6m/sm/s，已知，已知粒子的电荷与粒子的电荷与质量之比质量之比q/m=5.0q/m=5.0X10107 7C/kg C/kg，现只考虑在图纸平面，现只考虑在图纸平面中运动的中运动的粒子，求粒子，求abab上被上被粒子打中的区域的长粒子打中的区域的长度。度。S S a a b b 2021/8/11 星期三19力和运动专题分析分析 S S a a b b 这是磁场中典型的圆周运动问题这是磁场中典型的圆周运动问题,有有R=mv/qB=10cmR=mv/qB=10cm而而RL2RRL2RP PQ QO ON N如图所示可得如图所示可得PQ=20cmPQ=20cm考点剖析考点剖析 该题考查的是磁场中洛仑兹力作用下的匀该题考查的是磁场中洛仑兹力作用下的匀速圆周运动规律，关键在于画出圆轨迹，确定速圆周运动规律，关键在于画出圆轨迹，确定P、Q两点的位置，运用数学几何知识求解。两点的位置，运用数学几何知识求解。2021/8/11 星期三20力和运动专题例题例题6 （20042004全国卷四全国卷四）一匀磁场，磁场方向）一匀磁场，磁场方向垂直于垂直于xyxy平面，在平面，在xyxy平面上，磁场分布在以平面上，磁场分布在以O O为为中心的一个圆形区域内。一个质量为中心的一个圆形区域内。一个质量为m m、电荷量、电荷量为为q q的带电粒子，由原点的带电粒子，由原点O O开始运动，初速为开始运动，初速为v v，方向沿方向沿x x正方向。后来，粒子经过正方向。后来，粒子经过y y轴上的轴上的P P点，点，此时速度方向与此时速度方向与y y轴的夹角为轴的夹角为3030，P P到到O O的距离的距离为为L L，如图所示。不计重力的影响。求磁场的磁，如图所示。不计重力的影响。求磁场的磁感强度感强度B B的大小和的大小和xyxy平面上磁场区域的半径平面上磁场区域的半径R R。2021/8/11 星期三21力和运动专题例题例题7 在水平桌面上水平放置一个半径在水平桌面上水平放置一个半径R=0.5mR=0.5m的绝缘不光滑圆的绝缘不光滑圆槽，小球可在槽中滑动，槽的宽度远小于半径槽，小球可在槽中滑动，槽的宽度远小于半径R R，如图（甲）所示。，如图（甲）所示。设小球质量设小球质量m=1.010m=1.0103 3kgkg，所带电荷量，所带电荷量q=q=5.0105.0103 3C C。空间存在。空间存在着方向竖直向下的匀强磁场，当磁感应强度的大小随时间的变化如图着方向竖直向下的匀强磁场，当磁感应强度的大小随时间的变化如图（乙）所示时，槽所在处产生感应电场，感应电场的电场强度（乙）所示时，槽所在处产生感应电场，感应电场的电场强度E=E=BR/2tBR/2t，方向如图（甲）中虚线所示，为半径为，方向如图（甲）中虚线所示，为半径为R R、逆时针方向、逆时针方向（俯视）的闭合同心圆。小球沿电场线方向第一次滑到（俯视）的闭合同心圆。小球沿电场线方向第一次滑到A A点时，磁感点时，磁感应强度应强度B B0 0=0.8T=0.8T，此时槽的内、外壁均不受压力，当小球经，此时槽的内、外壁均不受压力，当小球经0.2s0.2s转过一转过一周第二次到达周第二次到达A A点时，槽外壁所受的压力为点时，槽外壁所受的压力为N=3.010N=3.0103 3N N。求：。求：（1 1）小球第一次到达）小球第一次到达A A点时速度点时速度v v0 0的大小；的大小；（2 2）小球第二次到达）小球第二次到达A A点时速度点时速度v v0 0的大小；的大小；（3 3）小球从第一次到达）小球从第一次到达A A点开始，滑行一点开始，滑行一周的过程中感应电场力做的功；周的过程中感应电场力做的功；（4 4）小球从第一次到达）小球从第一次到达A A点开始，滑行一点开始，滑行一周的过程中摩擦力所做的功。周的过程中摩擦力所做的功。甲甲ORA AB/TB/T0 0t/st/s1 11 1乙乙2021/8/11 星期三22力和运动专题分析分析甲甲ORA AB/TB/T0 0t/st/s1 11 1乙乙第一次到达第一次到达A A点点,有有qvqv0 0B B0 0=mv=mv0 02 2/R/R第二次到达第二次到达A A点点,有有qvqvt tB Bt t+F+FN N=mv=mv1 12 2/R/R第一次至第二次到达第一次至第二次到达A A点点,电场电场力做功为力做功为W W电电=2Eq=2EqRR第一次至第二次到达第一次至第二次到达A A点点,动能定理动能定理有有mvmv1 12 2/2-mv/2-mv0 02 2/2=2Eq/2=2EqR-WR-W摩摩2021/8/11 星期三232021/8/11 星期三24