江蘇省2019版高中物理學(xué)業(yè)水平測(cè)試復(fù)習(xí) 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 第14講 向心力 圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用學(xué)案 必修2.doc

第14講 向心力 圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用緊扣考綱 考情再現(xiàn)測(cè)試內(nèi)容測(cè)試要求2018年2017年2016年2015年2014年向心力C27142627考點(diǎn)一向心力(1)定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受到的沿著半徑指向_的合力，叫做向心力(2)特點(diǎn)：方向總是與線速度的方向_，沿半徑指向_，方向時(shí)刻在_，所以向心力是_力(3)大小：Fn_(用線速度表示)Fn_(用角速度表示)Fn_(用周期表示)(4)向心力的作用效果：向心力總是指向圓心，而線速度是沿圓周的切線方向，故向心力始終與線速度垂直，其作用效果只是改變物體速度的_，而不改變速度的_特別提醒向心力來(lái)源：向心力是按力的效果來(lái)命名的，向心力可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是各力的合力或某力的分力如：水平圓盤(pán)上跟圓盤(pán)一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體和勻速轉(zhuǎn)彎的汽車(chē)，其所受的摩擦力提供向心力例1(2018如皋學(xué)測(cè)模擬)如圖1所示，一人騎自行車(chē)以速度v通過(guò)一半圓形的拱橋頂端時(shí)，關(guān)于人和自行車(chē)受力的說(shuō)法正確的是()圖1A人和自行車(chē)的向心力就是它們受的重力B人和自行車(chē)受到重力、支持力、牽引力、摩擦力和向心力的作用C人和自行車(chē)的向心力是它們所受重力和支持力的合力，方向指向圓心D人和自行車(chē)受到重力、支持力、牽引力、摩擦力和離心力的作用易錯(cuò)辨析向心力是根據(jù)效果命名的，受力分析時(shí)不分析例2(2010江蘇學(xué)測(cè))某同學(xué)為感受向心力的大小與哪些因素有關(guān)，做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：繩的一端拴一小球，手牽著在空中甩動(dòng)，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖2所示)則下列說(shuō)法正確的是()圖2A保持繩長(zhǎng)不變，增大角速度，繩對(duì)手的拉力將不變B保持繩長(zhǎng)不變，增大角速度，繩對(duì)手的拉力將增大C保持角速度不變，增大繩長(zhǎng)，繩對(duì)手的拉力將不變D保持角速度不變，增大繩長(zhǎng)，繩對(duì)手的拉力將減小考點(diǎn)二生活中的圓周運(yùn)動(dòng)(1)火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，向心力來(lái)源于鐵軌對(duì)火車(chē)的_力與火車(chē)_力的合力(2)拱(凹)形橋設(shè)汽車(chē)質(zhì)量為m，橋面圓弧半徑為r，汽車(chē)過(guò)橋面最高點(diǎn)(或最低點(diǎn))時(shí)的速度為v，汽車(chē)所受支持力為FN.汽車(chē)過(guò)拱形橋最高點(diǎn)時(shí)，由向心力公式有_m，此時(shí)FN_(填“>”“”或“<”)mg.當(dāng)v_時(shí)，F(xiàn)N0，汽車(chē)將脫離橋面，容易發(fā)生危險(xiǎn)汽車(chē)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，由向心力公式有_m.此時(shí)，F(xiàn)N_(填“>”“”或“<”)mg，汽車(chē)容易爆胎(3)航天器中的失重現(xiàn)象在任何關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)又不受阻力的飛行器中，都是一個(gè)_的環(huán)境(4)離心運(yùn)動(dòng)當(dāng)合外力突然為零，物體就沿_飛去當(dāng)合力不足以提供向心力時(shí)，物體也會(huì)逐漸_例3(2018無(wú)錫學(xué)測(cè)模擬)洗衣機(jī)的脫水桶如圖3所示，在甩干衣服時(shí)，脫水桶繞豎直軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，衣服緊貼脫水桶側(cè)壁隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，則衣服做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由()圖3A衣服所受的靜摩擦力提供B衣服所受重力和摩擦力的合力提供C衣服對(duì)桶蓋壁的彈力提供D桶壁對(duì)衣服的彈力提供例4(2018無(wú)錫學(xué)測(cè)模擬)一輛小汽車(chē)在如圖4所示的路面上快速行駛，途經(jīng)圖示的A、B位置時(shí)，對(duì)路面的壓力和它的重力的關(guān)系是()圖4A在A處時(shí)對(duì)路面的壓力小于它的重力B在A處時(shí)對(duì)路面的壓力大于它的重力C在B處時(shí)對(duì)路面的壓力小于它的重力D在B處時(shí)對(duì)路面的壓力等于它的重力考點(diǎn)三圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題(1)圓周運(yùn)動(dòng)的解題步驟明確研究對(duì)象受力分析，畫(huà)出受力示意圖明確圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡、半徑及圓心位置對(duì)物體受力沿圓心方向合成或分解根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程，求解(2)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)如圖5甲和乙所示，在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的小球，通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律mgFNm.小球剛能到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)N0，此時(shí)小球通過(guò)最高點(diǎn)需要的最小速度vmin：圖5如圖丙所示，小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)：a小球速度v0時(shí)，輕桿對(duì)小球的支持力大小為mg；b小球速度0<v<時(shí)，輕桿對(duì)小球的彈力是支持力，背離圓心；c小球速度v時(shí)，輕桿對(duì)小球的作用力為零；d小球速度v>時(shí)，輕桿對(duì)小球的彈力是拉力，指向圓心例5一輛汽車(chē)勻速率通過(guò)一座圓弧形拱橋后，接著又以相同速率通過(guò)一圓弧形凹形橋設(shè)兩圓弧半徑相等，汽車(chē)通過(guò)拱橋橋頂時(shí)，對(duì)橋面的壓力F1為車(chē)重的一半汽車(chē)通過(guò)圓弧形凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面的壓力為F2.求F1與F2之比例6如圖6所示，過(guò)山車(chē)的軌道可視為豎直平面內(nèi)半徑為R的圓軌道質(zhì)量為m的游客隨過(guò)山車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)游客以速度v經(jīng)過(guò)圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)()圖6A處于超重狀態(tài)B向心加速度方向豎直向下C速度v的大小一定為D座位對(duì)游客的作用力為m1.(2016江蘇學(xué)測(cè))如圖7所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線一端固定，另一端系一質(zhì)量為m的小球小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度為v，則此時(shí)細(xì)線對(duì)小球拉力的大小為()圖7Amg BmCmgm Dmgm2(2015江蘇學(xué)測(cè))如圖8所示，小球通過(guò)細(xì)線繞圓心O在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)已知小球質(zhì)量m0.40 kg，線速度大小v1.0 m/s，細(xì)線長(zhǎng)L0.25 m，求：圖8(1)小球的動(dòng)能Ek；(2)小球的角速度大??；(3)細(xì)線對(duì)小球的拉力大小F.3(2014江蘇學(xué)測(cè))“魔盤(pán)”是一種神奇的游樂(lè)設(shè)施，它是一個(gè)能繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的帶有豎直側(cè)壁的大型轉(zhuǎn)盤(pán)，隨著“魔盤(pán)”轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的增大，“魔盤(pán)”上的人可能滑向盤(pán)的邊緣如圖9所示，質(zhì)量為m的人(視為質(zhì)點(diǎn))坐在轉(zhuǎn)盤(pán)上，與轉(zhuǎn)盤(pán)中心O相距r.轉(zhuǎn)盤(pán)的半徑為R，人與盤(pán)面及側(cè)壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g.圖9(1)當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度大小為0時(shí)，人未滑動(dòng)，求此時(shí)人的線速度大小v.(2)求人與轉(zhuǎn)盤(pán)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度大小應(yīng)滿(mǎn)足的條件(3)當(dāng)人滑至“魔盤(pán)”側(cè)壁處時(shí)，只要轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度不小于某一數(shù)值m，人就可以離開(kāi)盤(pán)面，貼著側(cè)壁一起轉(zhuǎn)動(dòng)有同學(xué)認(rèn)為，m的大小與人的質(zhì)量有關(guān)，你同意這個(gè)觀點(diǎn)嗎？請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明理由答案精析考點(diǎn)突破考點(diǎn)一(1)圓心(2)垂直圓心改變變(3)mm2rmr(4)方向大小例1C重力與支持力的合力提供向心力，方向指向圓心例2B考點(diǎn)二(1)支持重(2)mgFN<FNmg>(3)完全失重(4)切線方向遠(yuǎn)離圓心例3D桶壁對(duì)衣服的彈力指向圓心提供向心力例4AA、B兩處合力指向圓心，A處重力大于支持力，B處支持力大于重力考點(diǎn)三例513解析汽車(chē)過(guò)圓弧形橋的最高點(diǎn)(或最低點(diǎn))時(shí)，由重力與橋面對(duì)汽車(chē)的支持力的合力提供向心力汽車(chē)過(guò)圓弧形拱橋的最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第三定律可知，橋面對(duì)汽車(chē)的支持力與汽車(chē)對(duì)橋面的壓力大小相等，所以由牛頓第二定律可得GF1同樣，汽車(chē)過(guò)圓弧形凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，有F2G又因F1聯(lián)立解得F1F213.例6B游客經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，向心加速度方向豎直向下，處于失重狀態(tài)，所以A錯(cuò)誤，B正確由mgFNm在最高點(diǎn)的最小速度為，作用力為mgm，所以C、D項(xiàng)錯(cuò)誤真題演練1C2見(jiàn)解析解析(1)小球動(dòng)能Ekmv20.20 J(2)由vL得4.0 rad/s(3)細(xì)線對(duì)小球的拉力提供向心力，由牛頓第二定律得Fm0.40 N1.60 N3(1)r0(2)> (3)見(jiàn)解析解析(1)線速度vrr0(2)由mg<m2r得> .(3)不同意由FNmm2R和FNmg得m ，則m與人的質(zhì)量無(wú)關(guān)