2021江苏高考物理一轮课件:第四章-第3讲-圆周运动-.pptx
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1、第3讲圆周运动大一轮复习讲义过好双基关过好双基关研透命题点研透命题点课 时课 时 精 练精 练内容索引NEIRONGSUOYIN微点讲座系列微点讲座系列6 6随堂巩固练随堂巩固练过好双基关011.匀速圆周运动(1)定义:做圆周运动的物体,若在任意相等的时间内通过的圆弧长 ,就是匀速圆周运动.(2)特点:加速度大小不变,方向始终指向 ,是变加速运动.(3)条件:合外力大小不变、方向始终与 方向垂直且指向圆心.匀速圆周运动及描述匀速圆周运动及描述一一相等圆心速度定义、意义公式、单位线速度描述做圆周运动的物体沿圆弧运动_的物理量(v) (2)单位:_角速度描述物体绕圆心 的物理量() (2)单位:_
2、周期物体沿圆周运动 的时间(T)(1)T ,单位:_ 2.运动参量快慢m/s转动快慢rad/s一圈s向心加速度(1)描述速度 变化快慢的物理量(an)(2)方向指向_(1)an _(2)单位:_方向圆心r2m/s2自测(多选)一质点做匀速圆周运动,其线速度大小为4 m/s,转动周期为2 s,则A.角速度为0.5 rad/s B.转速为0.5 r/sC.轨迹半径为 m D.加速度大小为4 m/s2匀速圆周运动的向心力匀速圆周运动的向心力二二1.作用效果向心力产生向心加速度,只改变速度的 ,不改变速度的 .2.大小mr23.方向始终沿半径方向指向 ,时刻在改变,即向心力是一个变力.4.来源向心力可
3、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.方向大小圆心合力分力(1)物体做匀速圆周运动时,因向心力总是沿半径指向圆心,且大小不变,故向心力是一个恒力.()(2)物体做匀速圆周运动时,因向心力指向圆心,且与线速度方向垂直,所以它不能改变线速度的大小.()(3)物体做匀速圆周运动时,向心力由物体所受的合外力提供.()判断正误离心运动和近心运动离心运动和近心运动三三1.离心运动:做圆周运动的物体,在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下,就做 圆心的运动.2.受力特点(如图1)(1)当F0时,物体沿 方向飞出;(2)当0Fmr2时,物体逐渐向圆心靠近,做 运动
4、.3.本质:离心运动的本质并不是受到离心力的作用,而是提供的力 做匀速圆周运动需要的向心力.图图1逐渐远离切线远离近心小于02研透命题点圆周运动的运动学问题圆周运动的运动学问题1. 1.对公式vr的理解当r一定时,v与成正比.当一定时,v与r成正比.当v一定时,与r成反比.2. 2.对an2r的理解在v一定时,an与r成反比;在一定时,an与r成正比.基础考点自主悟透命题点一命题点一3. 3.常见的传动方式及特点(1)皮带传动:如图2甲、乙所示,皮带与两轮之间无相对滑动时,两轮边缘线速度大小相等,即vAvB.图图2(2)摩擦传动和齿轮传动:如图3甲、乙所示,两轮边缘接触,接触点无打滑现象时,两
5、轮边缘线速度大小相等,即vAvB.图图3(3)同轴转动:如图4甲、乙所示,绕同一转轴转动的物体,角速度相同,AB,由vr知v与r成正比.图图4例1 1(多选)(2018江苏卷6)火车以60 m/s的速率转过一段弯道,某乘客发现放在桌面上的指南针在10 s内匀速转过了约10.在此10 s时间内,火车A.运动路程为600 m B.加速度为零C.角速度约为1 rad/s D.转弯半径约为3.4 km解析由svt知,s600 m,故A正确;在弯道做圆周运动,火车加速度不为零,故B错误;由10 s内转过10知,变式1 1(2019江苏无锡市阶段检测)如图5所示,B和C是一组塔轮,即B和C半径不同,但固定
6、在同一转动轴上,其半径之比为RBRC32,A轮的半径大小与C轮的相同,它与B轮紧靠在一起,当A轮绕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图图5解析A、B间靠摩擦传动,则a、b两点的线速度大小相等,vavb11,选项A错误;B、C同轴转动,则bc,选项B错误;故aaabac964,选项D正确.1. 1.向心力来源向心力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
7、力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力.圆周运动的动力学问题圆周运动的动力学问题高考热点讲透练熟命题点命题点二二运动模型向心力的来源图示飞机水平转弯 火车转弯 2. 2.运动模型运动模型圆锥摆 飞车走壁 汽车在水平路面转弯 水平转台(光滑) 3. 3.分析思路分析思路例2 2(多选)(2019安徽合肥市第二次质检)如图6所示为运动员在水平道路上转弯的情景,转弯轨迹可看成一段半径为R的圆弧,运动员始终与自行车在同一平面内.转弯时,只有当地面对车的作用力通过车(包括人)的重心时,车才不会倾倒.设自行车和人的总质量为M,轮胎与路面间的动摩擦因数为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度
8、为g.下列说法正确的是A.车受到地面的支持力方向与车所在平面平行B.转弯时车不发生侧滑的最大速度为C.转弯时车与地面间的静摩擦力一定为MgD.转弯速度越大,车所在平面与地面的夹角越小图图6解析车受到的地面的支持力方向不与车所在的平面平行,故A错误;设自行车受到地面的弹力为FN,则有:FfmFN,由平衡条件有:FNMg,对车(包括人)受力分析如图,地面对自行车的弹力FN与摩擦力Ff的合力过人与车的重心,转弯时车与地面间的静摩擦力不一定为Mg,转弯速度越大,车所在平面与地面的夹角越小,C错误,D正确.变式2 2(2019山东泰安市3月第一轮模拟)如图7,在水平光滑细杆上有一小环,轻绳的一端系在小环
9、上,另一端系着夹子,夹子夹紧一个质量为M的小物块两个侧面,小物块到小环悬点的距离为L,夹子每一侧面与小物块的最大静摩擦力均为F.小环和物块一起向右匀速运动,小环碰到杆上的钉子P后立刻停止,物块向上摆动.整个过程中,物块在夹子中没有滑动,则小环和物块一起向右匀速运动的速度最大为(不计小环和夹子的质量,重力加速度为g)图图7解析当小环碰到钉子的瞬间,物块将做圆周运动,例3 3(2019福建泉州市5月第二次质检)某同学做验证向心力与线速度关系的实验.装置如图8所示,一轻质细线上端固定在力传感器上,下端悬挂一小钢球.钢球静止时刚好位于光电门中央.主要实验步骤如下:用游标卡尺测出钢球直径d;将钢球悬挂静
10、止不动,此时力传感器示数为F1,用米尺量出细线的长度为L;将钢球拉到适当的高度处由静止释放,光电门计时器测出钢球的遮光时间为t,力传感器示数的最大值为F2;图图8拓展点实验:探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系已知当地的重力加速度大小为g,请用上述测得的物理量表示:(1)钢球经过光电门时的线速度表达式v_,向心力表达式F向m_; 解析钢球的直径为d,遮光时间为t,(2)钢球经过光电门时所受合力的表达式F合_;F2F1解析钢球经过光电门时只受重力和细线的拉力,由分析可知,钢球通过光电门时,细线的拉力最大,大小为F2,故所受合力为F合F2F1.(3)若在实验误差允许的范围内F向F合,则验证了向
11、心力与线速度的关系.该实验可能的误差有:_.(写出一条即可)摆线的长度测量有误差解析根据向心力表达式知,可能在测量摆线长度时存在误差.1. 1.运动特点运动特点(1)竖直面内的圆周运动一般是变速圆周运动.(2)只有重力做功的竖直面内的变速圆周运动机械能守恒.(3)竖直面内的圆周运动问题,涉及知识面比较广,既有临界问题,又有能量守恒的问题,要注意物体运动到圆周的最高点的速度.(4)一般情况下,竖直面内的圆周运动问题只涉及最高点和最低点的两种情形.竖直面内圆周运动的竖直面内圆周运动的“两类模型两类模型”问题问题命题点三命题点三基础考点自主悟透物理情景最高点无支撑最高点有支撑实例球与绳连接、水流星、
12、沿内轨道运动的“过山车”等球与杆连接、球在内壁光滑的圆管道中运动等图示 受力特征除重力外,物体受到的弹力方向:向下或等于零除重力外,物体受到的弹力方向:向下、等于零或向上2. 2.常见模型常见模型受力示意图 力学方程 临界特征F弹0 v0即F向0F弹mg过最高点的条件v0模型归纳轻绳模型轻杆模型例4 4(2020福建龙岩市质检)如图9甲所示,轻绳一端固定在O点,另一端固定一小球(可看成质点),让小球在竖直平面内做圆周运动.改变小球通过最高点时的速度大小v,测得相应的轻绳弹力大小F,得到Fv2图象如图乙所示,已知图线的延长线与纵轴交点坐标为(0,b),斜率为k.不计空气阻力,重力加速度为g,则下
13、列说法正确的是A.该小球的质量为bgB.小球运动的轨迹半径为C.图线与横轴的交点表示小球所受的合外力为零D.当v2a时,小球的向心加速度为g图图9模型模型1 1球球绳模型绳模型解析小球在最高点时受到的拉力为F,则有:图线与横轴的交点表示小球所受的拉力为零,即合外力等于重力时的情况,故C错误;例5 5(2020四川绵阳市模拟)如图10所示,轻杆长3L,在杆两端分别固定质量均为m的球A和B,光滑水平转轴穿过杆上距球A为L处的O点,外界给系统一定能量后,杆和球在竖直平面内转动,球B运动到最高点时,杆对球B恰好无作用力.忽略空气阻力,重力加速度为g,则球B在最高点时A.球B的速度为零B.球A的速度大小
14、为C.水平转轴对杆的作用力为1.5mgD.水平转轴对杆的作用力为2.5mg图图10模型模型2 2球球杆模型杆模型解析球B运动到最高点时,杆对球B恰好无作用力,即重力恰好提供向心力,由于A、B两球的角速度相等,B球在最高点时,对杆无弹力,此时A球受到的重力和拉力的合力提供向心力,根据牛顿第三定律可知,C正确,D错误.变式3 3一轻杆一端固定质量为m的小球,以另一端O为圆心,使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动,如图11所示,重力加速度为g,则下列说法正确的是A.小球过最高点时,杆所受到的弹力可以等于零B.小球过最高点的最小速度是C.小球过最高点时,杆对球的作用力一定随速度增大而增大D.小球过最高
15、点时,杆对球的作用力一定随速度增大而减小图图11解析当小球在最高点所受的弹力为零时,小球通过最高点的最小速度为零,所以B错误.轻杆的作用力随着速度增大而增大,所以C、D错误.圆周运动中的两类临界问题微点讲座系列6031. 1.与摩擦力有关的临界极值问题与摩擦力有关的临界极值问题物体间恰好不发生相对滑动的临界条件是物体间恰好达到最大静摩擦力.(1)如果只是摩擦力提供向心力,则最大静摩擦力Fm ,静摩擦力的方向一定指向圆心.(2)如果除摩擦力以外还有其他力,如绳两端连接物体随水平面转动,其中一个物体存在一个恰不向内滑动的临界条件和一个恰不向外滑动的临界条件,分别为静摩擦力达到最大且静摩擦力的方向沿
16、半径背离圆心和沿半径指向圆心.2. 2.与弹力有关的临界极值问题与弹力有关的临界极值问题(1)压力、支持力的临界条件是物体间的弹力恰好为零.(2)绳上拉力的临界条件是绳恰好拉直且其上无弹力或绳上拉力恰好为最大承受力.例6 6(多选)如图12所示,两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上,两者用长为L的细绳连接,木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K倍,A放在距离转轴L处,整个装置能绕通过转盘中心的转轴O1O2转动,开始时,绳恰好伸直但无弹力,现让该装置从静止开始转动,使角速度缓慢增大,以下说法正确的是图图12解析当A、B所受摩擦力均达到最大值时,A、B相对转盘即将滑动,则有KmgKmgm
17、2Lm22L,当B所受静摩擦力达到最大值后,绳子开始有弹力,A所受摩擦力为静摩擦力,所以由FfFTmL2可知,当增大时,静摩擦力也增大,D项正确.04随堂巩固练1.(圆周运动的运动学问题)(多选)(2019福建漳州市第二次教学质量监测)明代出版的天工开物一书中记载:“其湖、池不流水,或以牛力转盘,或聚数人踏转.”并附有牛力齿轮翻车的图画如图13所示,翻车通过齿轮传动,将湖水翻入农田.已知A、B齿轮啮合且齿轮之间不打滑,B、C齿轮同轴,若A、B、C三齿轮半径的大小关系为rArBrC,则A.齿轮A、B的角速度相等B.齿轮A的角速度比齿轮C的角速度小C.齿轮B、C的角速度相等D.齿轮A边缘的线速度比
18、齿轮C边缘的线速度小12345图图13解析齿轮A与齿轮B是齿轮传动,边缘线速度大小相等,根据公式vr可知,半径比较大的A的角速度小于B的角速度.而B与C是同轴转动,角速度相等,所以齿轮A的角速度比齿轮C的角速度小,故A错误,B、C正确;12345B、C角速度相等,齿轮B的半径大,边缘线速度大于C的,又齿轮A与齿轮B边缘线速度大小相等,所以齿轮A边缘的线速度比C边缘的线速度大,故D错误.2.(圆周运动的动力学问题)(多选)(2019天津市南开区下学期二模)飞机飞行时除受到发动机的推力和空气阻力外,还受到重力和机翼的升力,机翼的升力垂直于机翼所在平面向上,当飞机在空中盘旋时机翼倾斜(如图14所示)
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