物理4 曲线运动万有引力与航天 第3讲 圆周运动 .ppt

第第3讲圆周运动讲圆周运动【考纲解读考纲解读】1.掌握描述圆周运动的物理量以及各物理量掌握描述圆周运动的物理量以及各物理量之间的关系；之间的关系；2.掌握向心力的来源并能应用解题；掌握向心力的来源并能应用解题；3.了解物体了解物体做近心运动和离心运动的条件做近心运动和离心运动的条件一、描述圆周运动的物理量及其相互关系考点O讲堂梳理自查二、离心运动1 定 义：做 _运 动 的 物 体，在 合 力_或者_提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐_圆心的运动2供需关系与运动：如图所示，F为实际提供的向心力，则(1)当_时，物体做匀速圆周运动；(2)当_时，物体沿切线方向飞出；(3)当_时，物体逐渐远离圆心；(4)当_时，物体逐渐靠近圆心.圆圆周周 突然消失突然消失 不足以不足以 远远离离 Fm2rF0Fm2r 2对圆周运动各物理量的考查(多选)(2017届黑龙江名校检测)如图所示，小球用细绳悬挂于O点，在O点正下方有一固定的钉子C，把小球拉到水平位置后无初速释放，当细线转到竖直位置与钉子C相碰的前后瞬间，下列说法正确的为()A小球的线速度变大B小球的向心加速度不变C小球的向心加速度突然变大D绳中张力突然变大【答案】CD3对离心现象的考查(2017届山东青岛检测)在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛运动员比赛过程中在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线图中圆弧虚线Ob代表弯道，即运动正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看作质点)下列论述正确的是()A发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心B发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力C若在O发生侧滑，则滑动的方向在Oa左侧D若在O发生侧滑，则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间【答案】D【解析】发生侧滑是因为运动员的速度过大，所需要的向心力过大，运动员受到的合力小于所需要的向心力，而受到的合力方向仍指向圆心，故选项A、B错误若运动员水平方向不受任何外力时沿Oa线做离心运动，实际上运动员要受摩擦力作用，所以滑动的方向在Oa右侧与Ob之间，故选项C错误，D正确考点1圆周运动的运动学分析2传动装置特点例1(2017届武汉模拟)如图所示，B和C是一组塔轮，即B和C半径不同，但固定在同一转动轴上，其半径之比为RBRC32，A轮的半径大小与C轮相同，它与B轮紧靠在一起，当A轮绕过其中心的竖直轴转动时，由于摩擦作用，B轮也随之无滑动地转动起来a，b，c分别为三轮边缘的三个点，则a，b，c三点在运动过程中的()A线速度大小之比为322B角速度之比为332C转速之比为232D向心加速度大小之比为964思路剖析：(1)A，B两轮是什么类型的传动？a，b两点哪个量相等？(2)B，C两轮是什么关系？b，c两点的什么量相等？【答案】D练1(多选)如图所示为一皮带传动装置，右轮的半径为r，a是它边缘上的一点，左侧是一轮轴，大轮的半径为4r，小轮的半径为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，若在转动过程中，皮带不打滑，则()Aa点与b点的线速度大小相等Ba点与b点的角速度大小相等Ca点与c点的线速度大小相等Da点与d点的向心加速度大小相等【答案】CD求解传动问题的方法1分清传动特点(1)皮带传动：轮子边缘的线速度大小相等；(2)同轴传动：各点角速度相等；(3)齿轮传动：相接触两个轮子边缘的线速度大小相等2确定半径关系：根据装置中各点位置确定半径关系或根据题意确定半径关系1向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中不能再另外添加一个向心力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考点2圆周运动的动力学分析3解决圆周运动问题的主要步骤(1)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(2)分析物体的受力情况，画出受力示意图，确定向心力的来源(3)据牛顿运动定律及向心力公式列方程例2(2016年山西吕梁检测)如图所示，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动现测得转台半径R0.5 m，离水平地面的高度H0.8 m，物块平抛落地过程水平位移的大小s0.4 m设物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g10 m/s2.求：(1)物块做平抛运动的初速度大小v0；(2)物块与转台间的动摩擦因数.思路剖析：(1)如何求小物块的初速度大小？(2)小物块随转台加速转动受几个力的作用？是什么力充当向心力？(3)如何求向心力【答案】(1)1 m/s(2)0.2练2如图所示，半径为R的半球形陶罐，固定在可以绕竖直轴旋转的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO重合转台以一定角速度匀速旋转，一质量为m的小物块落入陶罐内，经过一段时间后，小物块随陶罐一起转动且相对罐壁静止，它和O点的连线与OO之间的夹角为60.重力加速度大小为g.1确定临界状态的常用方法(1)极限法：把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象显露，达到尽快求解的目的(2)假设法：有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中可能出现临界问题考点3 圆周运动的临界问题2圆周运动中临界点的确定(1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，明显表明题述的过程中存在着临界点(2)若题目中有“取值范围”“函数关系”等词语，表明题述的过程中存在着“起止点”，而这些起止点往往就是临界点(3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼，表明题述的过程中存在着极值，这些极值点往往也是临界点思路剖析：(1)小球恰好离开竖直杆，表明小球与杆之间的弹力为多大？小球做圆周运动的向心力的来源是什么？圆周运动的半径为多大？(2)角速度较小时，轻绳b处于什么状态？轻绳a处于什么状态？若角速度较大时，轻绳b处于什么状态，而轻绳a处于什么状态？这些情景下小球做圆周运动的向心力来源是什么？圆周运动的半径又为多大？【答案】见解析练3(多选)(2017届黑龙江双鸭山检测)如图所示，粗糙水平圆盘上，质量相等的A，B两物块叠放在一起，随圆盘一起做匀速圆周运动，则下列说法正确的是()AB的向心力是A的向心力的2倍B盘对B的摩擦力是B对A的摩擦力的2倍CA、B都有沿半径向外滑动的趋势D若B先滑动，则B对A的动摩擦因数A小于盘对B的动摩擦因数B【答案】BC圆周运动分析方法1分析临界点对于物体在临界点相关多个物理量，需要区分哪些物理量能够突变，哪些物理量不能突变，而不能突变的物理量(一般指线速度)往往是解决问题的突破口2分析每个运动过程的运动性质对于物体参与的多个运动过程，要仔细分析每个运动过程为何种运动(1)若为圆周运动，应明确是水平面内的匀速圆周运动，还是竖直平面内的变速圆周运动，机械能是否守恒(2)若为抛体运动，应明确是平抛运动，还是类平抛运动，垂直于初速度方向的力是哪个力1模型概述在竖直平面内做圆周运动的物体，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“轻绳模型”；二是有支撑(如球与杆连接，小球在弯管内运动等)，称为“轻杆模型”微课堂圆周运动的轻绳、轻杆模型2两类模型对比例4如图甲所示，一轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球，在竖直平面内做半径为R的圆周运动小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为FN，小球在最高点的速度大小为v，FNv2图象如图乙所示下列说法正确的是()思路剖析：(1)小球在最高点的速度等于零时，即v20，乙图中的纵截距表示什么物理量？(2)小球在最高点时杆对小球的弹力等于零，即FN0，乙图中的横截距表示什么物理量？【答案】B练4(2017年贵州遵义模拟)长度为L0.5 m的轻质细杆OA，A端有一质量为m3.0 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为2.0 m/s，不计空气阻力，g取10 m/s2，则此时细杆OA受到()A6.0 N的拉力B6.0 N的压力C24 N的拉力D24 N的压力【答案】B热点题组一圆周运动的运动学分析1(2017届枣阳模拟)无级变速是在变速范围内任意连续地变换速度，性能优于传统的挡位变速器，很多种高档汽车都应用了无级变速如图所示是截锥式无级变速模型示意图，两个锥轮之间有一个滚轮，主动轮、滚轮、从动轮之间靠着彼此之间的摩擦力带动当位于主动轮和从动轮之间的滚轮从左向右移动时，从动轮降低转速；滚轮从右向左移动时，从动轮增加转速当滚轮位于主动轮直径D1，从动轮直径D2的位置时，主动轮转速n1，从动轮转速n2的关系是()模拟精选 组合专练 2(2017年哈尔滨检测)在街头的理发店门口，常可以看到这样一个标志：一个转动的圆筒，外表有黑白螺旋斜条纹，我们感觉条纹在沿竖直方向运动，但条纹实际在竖直方向并没有升降，这是由圆筒的转动而使我们的眼睛产生的错觉如图所示，假设圆筒上的条纹是围绕着圆筒、连续的一条宽带，相邻两条纹在沿圆筒轴线方向的距离(即螺距)为L10 cm，圆筒沿逆时针方向(从俯视方向看)，以2 r/s的转速匀速转动，我们感觉到升降方向和速度大小分别为()A向上，10 cm/sB向上，20 cm/sC向下，10 cm/sD向下，20 cm/s【答案】D【解析】由圆筒沿逆时针方向转动知，我们感觉到条纹在沿竖直方向向下运动，圆筒转动一圈，用时0.5 s，感觉到条纹沿竖直方向向下运动L，因此向下运动的速度为20 cm/s.热点题组二圆周运动的动力学分析3如图所示，“旋转秋千”中的两个座椅A，B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是()AA的速度比B的大BA与B的向心加速度大小相等C悬挂A，B的缆绳与竖直方向的夹角相等D悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小【答案】D【答案】C热点题组三圆周运动的“轻绳”“轻杆”模型5如图所示，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下重力加速度大小为g.当小环滑到大环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为()AMg5mgBMgmgCMg5mgDMg10mg【答案】C【答案】BC