(江苏专版)2019年高考物理总复习 第15讲 圆周运动及其应用讲义.doc
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1、第第 1515 讲讲 圆周运动及其应用圆周运动及其应用考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求圆周运动的描述、 匀速圆周运动的向 心力、14 年T2选择,考查圆 周运动及其应用应用数学处理物理问题15 年T14计算,考查圆 周运动中力与能的 综合应用分析、推理、应用数学处理物理问题16 年T21计算,考查洛 伦兹力充当向心力 问题分析、推理17 年T5选择,考查圆 周运动及应用理解、推理弱项清单,曲线运动是变速运动,运动状态改变必须有外力知识整合第 1 课时 圆周运动一、描述圆周运动的物理量1线速度:描述物体圆周_快慢的物理量v.s t2r T2角速度:描述物体绕圆心_快慢的物理量.
2、t2 T3周期 T、频率 f,转速 n:匀速圆周运动中转一周的时间叫_,频率的含义 是单位时间内转过的_,如果某圆周运动的转速为 n3000 r/min,则 T_,_.4v、T 的相互关系:v_r_.2 T_.T_. 5向心加速度:描述 _变化快 慢的物理量anr2vr.v2 r42 T2效果_ 6向心力:(1)方向_(2)大小 Fnmanm_mr_.v2 r42 T2(3)来源:_方向上的合力充当向心力 二、匀速圆周运动和非匀速圆周运动 1匀速圆周运动 (1)定义:线速度_的圆周运动 (2)性质:向心加速度大小_,方向总是_的变加速曲线运动 (3)质点做匀速圆周运动的条件 合力_不变,方向始
3、终与速度方向_且指向圆心2非匀速圆周运动 (1)定义:线速度大小、方向均_的圆周运动 (2)合力的作用 合力沿速度方向的分量 Ft产生切向加速度,Ftmat,它只改变速度的_ 合力沿半径方向的分量 Fn产生向心加速度,Fnman,它只改变速度的_ 方法技巧考点 1 圆周运动中的运动学分析 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对 a2rv 的理解v2 r在 v 一定时,a 与 r 成反比;在 一定时,a 与 r 成正比 特别提醒:在讨论 v、r 之间的关系时,应运用控制变量法 3传动装置中各物理量的关系(1)同轴
4、转动 各点共轴转动时,角速度相同,因此周期也相同由于各点半径不一定相同,线速度、 向心加速度大小一般不同 (2)皮带传动 当皮带不打滑时,两轮边缘各点线速度大小相等由于各点半径不同,角速度、周期、 向心加速度等都不相同 (3)在传动装置中各物理量的关系 在分析传动装置的物理量时,要抓住不等量和相等量的关系,表现为: 同一转轴的各点角速度 相同,而线速度 vr 与半径 r 成正比,向心加速度大 小 ar2与半径 r 成正比 当皮带不打滑时,传动皮带、用皮带连接的两轮边缘上各点的线速度大小相等,两皮带轮上各点的角速度、向心加速度关系可根据 、a确定v rv2 r【典型例题 1】 (多选)如图所示,
5、有一皮带传动装置,A、B、C 三点到各自转轴的距离分别为 RA、RB、RC,已知 RBRC,若在传动过程中,皮带不打滑则( )RA 2AA 点与 C 点的角速度大小相等BA 点与 C 点的线速度大小相等CB 点与 C 点的角速度大小之比为 21DB 点与 C 点的向心加速度大小之比为 141.(17 年扬州模拟)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,
6、则 a、b、c 三点在转动过程中的( )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 考点 2 圆周运动中的动力学分析 1向心力的来源 (1)向心力的方向沿半径指向圆心; (2)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 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 【典型例题 2】 (多选)如图所示的圆锥摆中,摆球 A、B 在同一水
7、平面上做匀速圆周 运动,关于 A、B 球的运动情况和受力情况,下列说法中正确的是( )A摆球 A 受重力、拉力和向心力的作用B摆球 A 的向心力是由绳子拉力指向圆心的分力提供C摆球 A、B 做匀速圆周运动的周期相等D摆球 A、B 做匀速圆周运动的周期不相等2.如图所示,叠放在水平转台上的小物体 A、B、C 能随转台一起以角速 度 匀速转动,A、B、C 的质量分别为 3m、2m、m,A 与 B、B 与转台、C 与转台间的动摩 擦因数都为 ,B、C 离转台中心的距离分别为 r、1.5r.设本题中的最大静摩擦力等于滑 动摩擦力以下说法中正确的是( )AB 对 A 的摩擦力一定为 3mgBC 与转台间
8、的摩擦力大于 A 与 B 间的摩擦力C要使物体与转台不发生相对滑动,转台的角速度一定满足:2g 3rD要使物体与转台不发生相对滑动,转台的角速度一定满足:g 3r考点 3 竖直平面内圆周运动的临界问题 (1)“轻绳”模型和“轻杆”模型不同的原因在于“轻绳”只能对小球产生拉力,而 “轻杆”既可对小球产生拉力也可对小球产生支持力 (2)有关临界问题出现在变速圆周运动中,竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运 动,一般情况下,只讨论最高点和最低点的情况.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、沿内 轨道的“过山车”等球与杆连接、球在光滑管道 中运动等受力特征除重力外,物体受到的弹力
9、方向:向下或等于零除重力外,物体受到的弹力 方向:向下、等于零或向上力学方程mgFNmv2 RmgFNmv2 R临界特征FN0mgm 即 vmingRv0 即 F向0FNmg过最高点的条件在最高点的速度vgRv0【典型例题 3】 长 L0.5 m质量可忽略的细杆,其一端可绕 O 点在竖直平面内 转动,另一端固定着一个小球 A.A 的质量为 m2 kg,当 A 通过最高点时,如图所示,求 在下列两种情况下杆对小球的作用力: (1)A 在最低点的速率为 m/s;21(2)A 在最低点的速率为 6 m/s.【典型例题 4】 (16 年苏州模拟)(多选)如图所示,竖直环 A 半径为 r,固定在木板 B
10、 上,木板 B 放在水平地面上,B 的左右两侧各有一挡板固定在地上,B 不能左右运动,在 环的最低点静放有一小球 C,A、B、C 的质量均为 m.现给小球一水平向右的瞬时速度 v,小 球会在环内侧做圆周运动,为保证小球能通过环的最高点,且不会使环在竖直方向上跳起 (不计小球与环的摩擦阻力),瞬时速度必须满足( )A最小值为 B最大值为4gr6grC最小值为 D最大值为5gr7gr3.(多选)如图所示,一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道,管道里 有一个直径略小于管道内径的小球,小球在管道内做圆周运动,从 B 点脱离后做平抛运动, 经过 0.3 s后又恰好垂直与倾角为 45的斜面相碰已知半圆形管
11、道的半径 R1 m,小球 可看做质点且其质量为 m1 kg,g 取 10 m/s2.则( )A小球在斜面上的相碰点 C 与 B 点的水平距离是 0.9 mB小球在斜面上的相碰点 C 与 B 点的水平距离是 1.9 mC小球经过管道的 B 点时,受到管道的作用力 FNB的大小是 1 ND小球经过管道的 B 点时,受到管道的作用力 FNB的大小是 2 N 当堂检测 1.(多选)质点做匀速圆周运动时,下列说法正确的是( )A速度的大小和方向都改变B匀速圆周运动是匀变速曲线运动C当物体所受合力全部用来提供向心力时,物体做匀速圆周运动D向心加速度大小不变,方向时刻改变 2如图所示,是马戏团中上演的飞车节
12、目,在竖直平面内有半径为 R 的圆轨道第 2 题图 表演者骑着摩托车在圆轨道内做圆周运动已知人和摩托车的总质量为 m,人以 v1 的速度通过轨道最高点 B,并以 v2v1的速度通过最低点 A.则在 A、B 两点轨道对2gR3摩托车的压力大小相差( )A3mg B4mg C5mg D6mg 3质量为 m 的物体随水平传送带一起匀速运动,A 为传送带的终端皮带轮如图所示, 皮带轮半径为 r,要使物体通过终端时能水平抛出,皮带轮的转速至少为( )A. B. C. D.1 2g rg rgrgr2第 3 题图第 4 题图4如图是自行车传动结构的示意图,其中是半径为 r1的大齿轮,是半径为 r2的 小齿
13、轮,是半径为 r3的后轮,假设脚踏板的转速为 n,则自行车前进的速度为( )A. B.nr1r2 r3nr2r3 r1C. D.2nr1r3 r22nr2r3 r15(多选)荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动,第 5 题图 如图为小孩荡秋千运动到最高点的示意图,(不计空气阻力)下列说法正确的是( )A小孩运动到最高点时,小孩的合力为零B小孩从最高点运动到最低点过程中机械能守恒C小孩运动到最低点时处于失重状态D小孩运动到最低点时,小孩的重力和绳子拉力提供圆周运动的向心力第 2 课时 圆周运动的实例分析一、水平面内的圆周运动 研究水平面内物体的圆周运动时,要知道向心力是由物体所受的合力提供的,要能在
14、具体的运动实例中分析物体向心力的来源 二、火车转弯问题在铁路的弯道处,让外轨高于内轨,使火车转弯时所需的向心力恰由重力和弹力的合 力提供,如图所示(注意:火车转弯时的轨道平面是水平的)这样,铁路建成后,火车转 弯时的速率 v 与弯道圆弧半径 r、铁轨平面与水平面间的夹角 应满足的关系为: _;当火车实际行驶速率大于或小于 v 时,外轨道或内轨道对轮缘有侧压力 三、汽车过拱桥问题 设汽车质量为 m,桥面圆弧半径为 r,汽车过桥面最高点时的速率为 v,汽车受支持力为 FN,则有 mgFNm;当 v时,FN0,汽车将脱离桥面,发生危险v2 rgr汽车过凹形桥最低点时,其动力学方程为_可以看出 FN_
15、这种现象是_ 四、离心运动 1本质:做圆周运动的物体,由于本身的惯性,总有沿着_飞出去的倾向 2受力特点(如图所示)(1)当 F_时,物体做匀速圆周运动; (2)当 F0 时,物体沿_飞出; (3)当 Fmr2时,物体逐渐向_靠近,做_运动 五、圆锥摆问题 如图装置,小球在水平面内做匀速圆周运动,称为圆锥摆运动,如果摆角为 、细线 长为 L,则圆周运动的半径为运动的过程中受力和力的作用因为小球在运动过程中没有力做功,所以动能不变,因此做匀速圆周运动,所以可以 认为_指向圆心充当向心力;也可以将拉力分解为水平方向和竖直方向两个分 力,竖直方向静止不动,竖直方向上的合力为零,所以拉力水平方向上的分
16、力就是 _充当向心力 方法技巧考点 1 水平面内的圆周运动 【典型例题 1】 (多选)如图所示为赛车场的一个水平“U”形弯道,转弯处为圆心在 O 点的半圆,内外半径分别为 r 和 2r.一辆质量为 m 的赛车通过 AB 线经弯道到达 AB线, 有如图所示的三条路线,其中路线是以 O为圆心的半圆,OOr.赛车沿圆弧 路线行驶时,路面对轮胎的最大径向静摩擦力为 Fmax.选择路线,赛车以不打滑的最大速率 通过弯道(所选路线内赛车速率不变,发动机功率足够大),则( )A选择路线,赛车经过的路程最短B选择路线,赛车的速率最小C选择路线,赛车所用时间最短D三条路线的圆弧上,赛车的向心加速度大小相等 考点
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- 江苏 专版 2019 年高 物理 复习 15 圆周运动 及其 应用 讲义
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