2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第四章 曲線運(yùn)動 萬有引力與航天 第3課時 圓周運(yùn)動課件 教科版.ppt

第3課時圓周運(yùn)動 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 圓周運(yùn)動1 勻速圓周運(yùn)動 1 定義 質(zhì)點(diǎn)沿圓周運(yùn)動 如果在相等的時間內(nèi)通過的圓弧長度 這種運(yùn)動叫做勻速圓周運(yùn)動 2 特點(diǎn) 速度大小不變 方向時刻發(fā)生變化 加速度大小 方向始終指向 是變加速運(yùn)動 3 條件 合外力大小 方向始終與方向垂直且指向圓心 相等 不變 圓心 不變 速度 2 描述圓周運(yùn)動的物理量 快慢 轉(zhuǎn)動快慢 r 一周 圈數(shù) 方向 快慢 2r 二 勻速圓周運(yùn)動的向心力1 作用效果 產(chǎn)生向心加速度 只改變速度的 不改變速度的 方向 大小 3 方向 始終沿半徑方向指向 時刻在改變 即向心力是一個變力 4 來源 物體受到的力提供 可以是一個力 也可以是幾個力的 還可以是一個力的 三 離心現(xiàn)象1 定義 在做時 由于合外力提供的向心力消失或不足 以致物體沿圓周運(yùn)動的方向飛出或遠(yuǎn)離圓心而去的運(yùn)動 2 本質(zhì) 做圓周運(yùn)動的物體 由于本身的慣性 總有沿著飛出去的趨勢 m 2r 圓心 合力 分力 圓周運(yùn)動 切線 圓周切線方向 3 受力特點(diǎn) 如圖所示 1 當(dāng)F合 時 物體做勻速圓周運(yùn)動 2 當(dāng)F合 0時 物體沿飛出 3 當(dāng)F合 時 物體逐漸遠(yuǎn)離圓心 F合為實(shí)際提供的向心力 切線方向 自主檢測 1 思考判斷 1 勻速圓周運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動 2 物體做勻速圓周運(yùn)動時 其角速度是不變的 3 物體做勻速圓周運(yùn)動時 其合外力是不變的 4 勻速圓周運(yùn)動的向心力是產(chǎn)生向心加速度的原因 5 比較物體沿圓周運(yùn)動的快慢看線速度 比較物體繞圓心轉(zhuǎn)動的快慢 看周期或角速度 答案 1 2 3 4 5 2 2018 上海八校聯(lián)考 如圖所示 一正方形木板繞其對角線上O1點(diǎn)做勻速轉(zhuǎn)動 關(guān)于木板邊緣的各點(diǎn)的運(yùn)動 下列說法中正確的是 A A點(diǎn)角速度最大B B點(diǎn)線速度最小C C D兩點(diǎn)線速度相同D A B兩點(diǎn)轉(zhuǎn)速相同 D 解析 木板繞其對角線上O1點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動時 各處角速度 轉(zhuǎn)速相等 選項(xiàng)A錯誤 D正確 由v r可知 半徑不同 線速度大小不同 r越小 線速度越小 B點(diǎn)不是距O1最近的點(diǎn) 線速度不是最小的 選項(xiàng)B錯誤 C D到O1的距離相同 即半徑相同 故C D兩點(diǎn)的線速度大小相等 方向不同 故C錯誤 3 2018 河北保定模擬 多選 質(zhì)量為m的木塊從半徑為R的半球形碗的碗口下滑到碗底的過程中 碗口固定不動 如果由于摩擦力的作用使得木塊的速率不變 如圖所示 那么 A 雖然木塊速率不變 但木塊并非處于平衡狀態(tài)B 木塊下滑過程中所受的合力大小保持不變C 木塊下滑過程中機(jī)械能守恒D 木塊下滑過程中摩擦力的大小不變 AB 4 多選 如圖所示 光滑水平面上 質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動 若小球運(yùn)動到P點(diǎn)時 拉力F發(fā)生變化 下列關(guān)于小球運(yùn)動情況的說法中正確的是 A 若拉力突然消失 小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動B 若拉力突然變小 小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動C 若拉力突然變大 小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動D 若拉力突然變小 小球?qū)⒀剀壽EPc做向心運(yùn)動 AB 核心探究分類探究 各個擊破 考點(diǎn)一圓周運(yùn)動中的運(yùn)動學(xué)分析 1 圓周運(yùn)動各物理量間的關(guān)系 2 對公式v r的理解 1 當(dāng)r一定時 v與 成正比 2 當(dāng) 一定時 v與r成正比 3 當(dāng)v一定時 與r成反比 典例1 如圖所示 B和C是一組塔輪 即B和C半徑不同 但固定在同一轉(zhuǎn)動軸上 其半徑之比為RB RC 3 2 A輪的半徑大小與C輪相同 它與B輪緊靠在一起 當(dāng)A輪繞過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動時 由于摩擦作用 B輪也隨之無滑動地轉(zhuǎn)動起來 a b c分別為三輪邊緣的三個點(diǎn) 則a b c三點(diǎn)在運(yùn)動過程中的 A 線速度大小之比為3 2 2B 角速度之比為3 3 2C 轉(zhuǎn)速之比為2 3 2D 向心加速度大小之比為9 6 4 D 核心點(diǎn)撥 1 左輪上所有點(diǎn)轉(zhuǎn)動的角速度都相同 2 右輪的a點(diǎn)與左輪的b點(diǎn)運(yùn)動的線速度相同 方法技巧圓周運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)分析技巧 1 各個點(diǎn)之間的傳動關(guān)系一定要先弄清楚 2 若是同軸傳動 各點(diǎn)的角速度相同 它們的線速度與半徑成正比 3 若是同緣傳動 各點(diǎn)的線速度相同 它們的角速度與半徑成反比 多維訓(xùn)練 1 同緣傳動類 如圖所示為錐形齒輪的傳動示意圖 大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動 大 小齒輪的角速度大小分別為 1 2 兩齒輪邊緣處的線速度大小分別為v1 v2 則 A 1 2 v1 v2C 1 2 v1 v2D 1 2 v1 v2 A 解析 由題意可知兩齒輪邊緣處的線速度大小相等 v1 v2 根據(jù)v r可知 1 2 選項(xiàng)A正確 2 同軸轉(zhuǎn)動類 2018 吉林通化質(zhì)檢 如圖所示是一個玩具陀螺 a b和c是陀螺表面上的三個點(diǎn) 當(dāng)陀螺繞垂直于地面的軸線以角速度 穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時 下列表述正確的是 A a b和c三點(diǎn)的線速度大小相等B b c兩點(diǎn)的線速度始終相同C b c兩點(diǎn)的角速度比a點(diǎn)的大D b c兩點(diǎn)的加速度比a點(diǎn)的大 D 解析 當(dāng)陀螺繞垂直于地面的軸線以角速度 穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時 a b和c三點(diǎn)的角速度相同 即 a b c 由題圖可知rc rb ra 由v r知vb vc va 但三點(diǎn)線速度方向不相同 故A B C錯誤 由a 2r可得b c兩點(diǎn)的加速度比a點(diǎn)的大 故D正確 考點(diǎn)二圓周運(yùn)動中的動力學(xué)分析 1 解決圓周運(yùn)動的動力學(xué)問題需做好的三個分析 1 幾何關(guān)系分析 確定圓周運(yùn)動的軌道平面 圓心 半徑等 2 運(yùn)動分析 確定圓周運(yùn)動的線速度 角速度 周期等 3 受力分析 確定物體所受外力 利用力的合成與分解知識 表示出物體做圓周運(yùn)動時 哪些力提供向心力 2 圓周運(yùn)動中向心力與合力的關(guān)系 1 勻速圓周運(yùn)動 2 變速圓周運(yùn)動 典例2 如圖所示 半徑為R的半球形陶罐 固定在可以繞豎直軸旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)臺上 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸與過陶罐球心O的對稱軸OO 重合 轉(zhuǎn)臺以一定角速度 勻速旋轉(zhuǎn) 一質(zhì)量為m的小物塊落入陶罐內(nèi) 經(jīng)過一段時間后 小物塊隨陶罐一起轉(zhuǎn)動且相對罐壁靜止 它和O點(diǎn)的連線與OO 之間的夾角 為60 重力加速度大小為g 1 若 0 小物塊受到的摩擦力恰好為零 求 0 2 若 1 k 0 且0 k 1 求小物塊受到的摩擦力大小和方向 審題圖示 題后反思圓周運(yùn)動的動力學(xué)分析的要點(diǎn) 1 確定物體做圓周運(yùn)動的軌道平面 圓心和半徑 2 分析物體的受力 確定哪些力提供向心力 3 通過力的分解 選用合適的表達(dá)式列方程求解 針對訓(xùn)練 多選 如圖所示 在勻速轉(zhuǎn)動的水平圓盤上 沿半徑方向放著用細(xì)線相連的質(zhì)量均為m的兩個物體A和B 它們分居圓心兩側(cè) 與圓心距離分別為RA r RB 2r 與盤間的動摩擦因數(shù) 相同 當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速加快到兩物體剛好還未發(fā)生滑動時 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 下列說法正確的是 A 此時繩子張力為3 mgB 此時圓盤的角速度為C 此時A所受摩擦力方向沿半徑指向圓盤外D 此時燒斷繩子 A仍相對盤靜止 B將做離心運(yùn)動 ABC 考點(diǎn)三水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動 1 運(yùn)動模型 圓錐擺 火車轉(zhuǎn)彎 汽車轉(zhuǎn)彎 飛機(jī)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動飛行等 2 運(yùn)動特點(diǎn) 1 運(yùn)動軌跡是水平面內(nèi)的圓 2 合力沿水平方向指向圓心 提供向心力 典例3 如圖所示 轉(zhuǎn)動軸垂直于光滑水平面 交點(diǎn)O的上方h A點(diǎn) 處固定細(xì)繩的一端 細(xì)繩的另一端拴接一質(zhì)量為m的小球B 繩長l大于h 轉(zhuǎn)動軸帶動小球在光滑水平面上做圓周運(yùn)動 當(dāng)轉(zhuǎn)動的角速度 逐漸增大時 下列說法正確的是 A 小球始終受三個力的作用B 細(xì)繩上的拉力始終保持不變C 要使球不離開水平面 角速度的最大值為D 若小球飛離了水平面 則角速度可能為 C 核心點(diǎn)撥 1 當(dāng)轉(zhuǎn)動的角速度較小時 水平面對小球有支持力作用 當(dāng)轉(zhuǎn)動的角速度較大時 小球?qū)㈦x開水平面 2 小球做勻速圓周運(yùn)動的半徑r與繩長l之間的關(guān)系 可由幾何形狀來確定 3 小球?qū)λ矫娴膲毫榱?是小球?qū)㈦x開水平面的臨界條件 此時 小球的合力由自身的重力及細(xì)繩的拉力合成來確定 例題拓展 在典例3中 若細(xì)繩所能承受的最大拉力為小球重力的5倍 且l 3h 求轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的最大角速度 題后反思幾種常見的臨界條件 1 水平轉(zhuǎn)盤上的物體恰好不發(fā)生相對滑動的臨界條件是物體間恰好達(dá)到最大靜摩擦力 2 物體間恰好不分離的臨界條件是物體間的彈力恰好為零 3 繩的拉力出現(xiàn)臨界條件情形有 繩恰好拉直意味著繩上無彈力 繩上拉力恰好為最大承受力等 多維訓(xùn)練 1 圓錐擺模型 2018 北京西城區(qū)模擬 多選 如圖所示 長為L的細(xì)繩一端固定 另一端系一質(zhì)量為m的小球 給小球一個合適的初速度 小球便可在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動 這樣就構(gòu)成了一個圓錐擺 設(shè)細(xì)繩與豎直方向的夾角為 下列說法中正確的是 A 小球受重力 繩的拉力和向心力作用B 小球只受重力和繩的拉力作用C 越大 小球運(yùn)動的速率越大D 越大 小球運(yùn)動的周期越大 BC 2 導(dǎo)學(xué)號58826084 水平面上摩擦力提供向心力問題 2018 河南洛陽質(zhì)檢 多選 如圖 甲 所示 將質(zhì)量為M的物塊A和質(zhì)量為m的物塊B放在水平轉(zhuǎn)盤上 兩者用長為L的水平輕繩連接 物塊與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力均為各自重力的k倍 物塊A與轉(zhuǎn)軸的距離等于輕繩長度 整個裝置能繞通過轉(zhuǎn)盤中心的豎直軸轉(zhuǎn)動 開始時 輕繩恰好伸直但無彈力 現(xiàn)讓該裝置從靜止開始轉(zhuǎn)動 使角速度緩慢增大 繩中張力T與轉(zhuǎn)動角速度的平方 2的關(guān)系如圖 乙 所示 當(dāng)角速度的平方 2超過3時 物塊A B開始滑動 若圖 乙 中的T1 1及重力加速度g均為已知 下列說法正確的是 BC 考點(diǎn)四豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動 1 通過 輕繩 或 輕桿 使物體在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動 其施力特點(diǎn)不同 輕繩 只能對小球產(chǎn)生拉力 而 輕桿 既可對小球產(chǎn)生拉力也可對小球產(chǎn)生支持力 2 最高點(diǎn)的臨界問題 典例4 2018 廣東百校聯(lián)考 多選 如圖所示 豎直放置的光滑圓軌道被固定在水平地面上 半徑r 0 4m 最低點(diǎn)處有一小球 半徑比r小很多 現(xiàn)給小球一水平向右的初速度v0 要使小球不脫離圓軌道運(yùn)動 v0的大小可能為 g 10m s2 A 2m sB 4m sC 6m sD 8m s ACD 核心點(diǎn)撥 1 小球不脫離圓軌道運(yùn)動有兩種情況 一種是小球能通過最高點(diǎn) 另一種是小球沿圓軌道上升的高度不超過圓心 2 小球沿圓軌道運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒 方法總結(jié)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動的解題注意點(diǎn) 1 定模型 首先判斷是輕繩模型還是輕桿模型 兩種模型過最高點(diǎn)的臨界條件不同 2 確定臨界點(diǎn) 抓住繩模型中最高點(diǎn)v 及桿模型中v 0這兩個臨界條件 3 受力分析 明確物體在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的受力情況 根據(jù)牛頓第二定律列出方程 F合 F向 4 狀態(tài)聯(lián)系 應(yīng)用動能定理或機(jī)械能守恒定律將初 末兩個狀態(tài)聯(lián)系起來列方程 1 導(dǎo)學(xué)號58826085 輕繩 類 2018 山東濟(jì)南調(diào)研 如圖所示 M為固定在水平桌面上的有缺口的方形木塊 abcd為半徑是R的光滑圓弧形軌道 a為軌道最高點(diǎn) de面水平且有一定長度 今將質(zhì)量為m的小球在d點(diǎn)的正上方高為h處由靜止釋放 其自由下落到d處恰好落入軌道內(nèi)運(yùn)動 不計(jì)空氣阻力 則以下說法正確的是 A 只要h大于R 釋放后小球就能通過a點(diǎn)B 無論怎樣改變h 都不可能使小球通過a點(diǎn)后落回軌道內(nèi)C 調(diào)節(jié)h 可以使小球通過a點(diǎn)做自由落體運(yùn)動D 通過改變h 就能使小球通過a點(diǎn)后 既可以落回軌道內(nèi)又可以落到de面上 B 多維訓(xùn)練 2 導(dǎo)學(xué)號58826086 輕桿 類 2018 河北石家莊質(zhì)檢 如圖所示 長為3L的輕桿可繞光滑水平轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動 在桿兩端分別固定質(zhì)量均為m的球A B 球A距軸O的距離為L 現(xiàn)給系統(tǒng)一定能量 使桿和球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 當(dāng)球B運(yùn)動到最高點(diǎn)時 水平轉(zhuǎn)軸O對桿的作用力恰好為零 忽略空氣阻力 已知重力加速度為g 則球B在最高點(diǎn)時 下列說法正確的是 A 球B的速度為零B 球B的速度為C 球A的速度大于D 桿對球B的彈力方向豎直向上 C 演練提升真題體驗(yàn) 強(qiáng)化提升 1 圓周運(yùn)動臨界問題 2014 全國 卷 20 多選 如圖 兩個質(zhì)量均為m的小木塊a和b 可視為質(zhì)點(diǎn) 放在水平圓盤上 a與轉(zhuǎn)軸OO 的距離為l b與轉(zhuǎn)軸的距離為2l 木塊與圓盤的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍 重力加速度大小為g 若圓盤從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸緩慢地加速轉(zhuǎn)動 用 表示轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度 下列說法正確的是 A b一定比a先開始滑動B a b所受的摩擦力始終相等C 是b開始滑動的臨界角速度D 當(dāng) 時 a所受摩擦力的大小為kmg AC 高考模擬 2 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動 2017 江蘇卷 5 如圖所示 一小物塊被夾子夾緊 夾子通過輕繩懸掛在小環(huán)上 小環(huán)套在水平光滑細(xì)桿上 物塊質(zhì)量為M 到小環(huán)的距離為L 其兩側(cè)面與夾子間的最大靜摩擦力均為F 小環(huán)和物塊以速度v向右勻速運(yùn)動 小環(huán)碰到桿上的釘子P后立刻停止 物塊向上擺動 整個過程中 物塊在夾子中沒有滑動 小環(huán)和夾子的質(zhì)量均不計(jì) 重力加速度為g 下列說法正確的是 A 物塊向右勻速運(yùn)動時 繩中的張力等于2FB 小環(huán)碰到釘子P時 繩中的張力大于2FC 物塊上升的最大高度為D 速度v不能超過 D 3 圓周運(yùn)動物理量關(guān)系分析 2016 上海卷 16 風(fēng)速儀結(jié)構(gòu)如圖 a 所示 光源發(fā)出的光經(jīng)光纖傳輸 被探測器接收 當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時 通過齒輪帶動凸輪圓盤旋轉(zhuǎn) 當(dāng)圓盤上的凸輪經(jīng)過透鏡系統(tǒng)時光被擋住 已知風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)動半徑為r 每轉(zhuǎn)動n圈帶動凸輪圓盤轉(zhuǎn)動一圈 若某段時間 t內(nèi)探測器接收到的光強(qiáng)隨時間變化關(guān)系如圖 b 所示 則該時間段內(nèi)風(fēng)輪葉片 B 4 水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動 2016 浙江卷 20 多選 如圖所示為賽車場的一個水平 梨形 賽道 兩個彎道分別為半徑R 90m的大圓弧和r 40m的小圓弧 直道與彎道相切 大 小圓弧圓心O O 距離L 100m 賽車沿彎道路線行駛時 路面對輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2 25倍 假設(shè)賽車在直道上做勻變速直線運(yùn)動 在彎道上做勻速圓周運(yùn)動 要使賽車不打滑 繞賽道一圈時間最短 發(fā)動機(jī)功率足夠大 重力加速度g 10m s2 3 14 則賽車 A 在繞過小圓弧彎道后加速B 在大圓弧彎道上的速率為45m sC 在直道上的加速度大小為5 63m s2D 通過小圓弧彎道的時間為5 85s AB 拓展增分 斜面上圓周運(yùn)動的臨界問題在斜面上做圓周運(yùn)動的物體 因所受的控制因素不同 如靜摩擦力控制 繩控制 桿控制 物體的受力情況和所遵循的規(guī)律也不相同 1 靜摩擦力控制下的圓周運(yùn)動 示例1 2014 安徽卷 19 如圖所示 一傾斜的勻質(zhì)圓盤繞垂直于盤面的固定對稱軸以恒定角速度 轉(zhuǎn)動 盤面上離轉(zhuǎn)軸距離2 5m處有一小物體與圓盤始終保持相對靜止 物體與盤面間的動摩擦因數(shù)為 設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 盤面與水平面的夾角為30 g取10m s2 則 的最大值是 C 2 輕繩控制下的圓周運(yùn)動 示例2 如圖所示 在傾角為 的光滑斜面上 有一長為l的細(xì)繩 細(xì)繩的一端固定在O點(diǎn) 另一端拴一質(zhì)量為m的小球 現(xiàn)使小球恰好能在斜面上做完整的圓周運(yùn)動 已知O點(diǎn)到斜面底邊的距離sOC L 求 1 小球通過最高點(diǎn)A時的速度vA 2 在最高點(diǎn)A和最低點(diǎn)B時細(xì)繩上拉力之差 答案 2 6mgsin 3 小球運(yùn)動到A點(diǎn)或B點(diǎn)時細(xì)繩斷裂 小球滑落到斜面底邊時到C點(diǎn)的距離相等 則l和L應(yīng)滿足什么關(guān)系