高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 （高頻考點(diǎn)+熱點(diǎn)導(dǎo)練+歷年高考題）第4章 第3節(jié) 圓周運(yùn)動(dòng)課件 新人教版

第第3節(jié)節(jié)圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)考點(diǎn)1：描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量之間關(guān)系的理解和：描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量之間關(guān)系的理解和運(yùn)用運(yùn)用【例1】如圖433所示，一個(gè)大輪通過(guò)皮帶拉動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶和兩輪之間無(wú)滑動(dòng)，大輪的半徑是小輪的兩倍，大輪上一點(diǎn)S離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離是半徑的1/3.當(dāng)大輪邊緣上P點(diǎn)的向心加速度是12cm/s2時(shí)，大輪上的S點(diǎn)和小輪邊緣上的Q點(diǎn)的向心加速度多大？圖433切入點(diǎn)：同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的各點(diǎn)角速度相等，不打滑線速率相等22224cm/s/24cm/sSSSSPSPPPPPQQPPQQPPQSParraraaarrvvvaaarrraarr因同一輪上 點(diǎn)和 點(diǎn)的角速度相同，即：，由得：，所以，又不打滑的皮帶傳動(dòng)的兩輪邊緣各點(diǎn)線速度大小相同，即：， 由得：， 所以【解析】點(diǎn)評(píng)：對(duì)于這一類(lèi)問(wèn)題要根據(jù)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輪上各點(diǎn)角速度相等，皮帶傳動(dòng)各點(diǎn)線速度相等判斷出要比較的點(diǎn)是線速度相同還是角速度相同，從而選擇正確的公式考點(diǎn)考點(diǎn)2：動(dòng)力學(xué)問(wèn)題：動(dòng)力學(xué)問(wèn)題【例2】鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的彎道處要求外軌比內(nèi)軌高，其內(nèi)外軌高度差h的設(shè)計(jì)不僅與r有關(guān)，還取決于火車(chē)在彎道上的行駛速率下面表格中的數(shù)據(jù)是鐵路設(shè)計(jì)人員技術(shù)手冊(cè)中彎道半徑r及與之對(duì)應(yīng)的軌道的高度差h. (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，試導(dǎo)出h和r關(guān)系的表達(dá)式，并求出當(dāng)r=440m時(shí)，h的設(shè)計(jì)值； (2)鐵路建成后，火車(chē)通過(guò)彎道時(shí)，為保證絕對(duì)安全，要求內(nèi)外軌道均不向車(chē)輪施加側(cè)向壓力，又已知我國(guó)鐵路內(nèi)外軌的間距設(shè)計(jì)值為L(zhǎng)=1425mm，結(jié)合表中數(shù)據(jù)，算出我國(guó)火車(chē)的轉(zhuǎn)彎速率v(以km/h為單位，結(jié)果取整數(shù))；(路軌傾角很小時(shí)，正切值按正弦值處理) (3)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快，對(duì)交通運(yùn)輸?shù)目旖萏岢隽烁叩囊鬄榱颂岣哌\(yùn)輸力，國(guó)家不斷對(duì)火車(chē)進(jìn)行提速，這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也需要提高請(qǐng)根據(jù)上述計(jì)算原理分析提速時(shí)應(yīng)采取怎樣的有效措施提高鐵路的轉(zhuǎn)彎速率切入點(diǎn)：(1)仔細(xì)分析表中數(shù)據(jù)，找出h和r關(guān)系(2)分析受力，找出向心力的來(lái)源 321660m 50 10 m33m133(33 )440m33m0.075m75mm.440hrChrhrrh分析表中數(shù)據(jù)可得，每組的 與 之乘積均等于常數(shù) 即或 當(dāng)時(shí)，有： 【解析】 22tantansin15m/s54km/ h.vmgmrhLghrvLv轉(zhuǎn)彎中，當(dāng)內(nèi)、外軌對(duì)車(chē)輪沒(méi)有側(cè)向壓力時(shí)，火車(chē)的受力如圖所示由牛頓第二定律得： 因?yàn)?很小，有： 由可得： 代入數(shù)據(jù)得： (3)由式可知，可采取的有效措施有：a適當(dāng)增大內(nèi)外軌的高度差h；b適當(dāng)增大鐵路彎道的軌道半徑r.點(diǎn)評(píng)：本題解答的關(guān)鍵是要確定圓心位置：圓心為運(yùn)動(dòng)圓軌跡的圓心，從而可以正確分解重力，確定向心力的大小和方向題型一：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)題型一：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)(臨界臨界)問(wèn)題問(wèn)題【例3】如圖434所示，一人用不可伸長(zhǎng)的輕繩通過(guò)光滑的水平板中央小孔與質(zhì)量為m的物體相連，物體正在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(1)現(xiàn)人緩慢地釋放一段繩子，問(wèn)物體m的軌道半徑r、角速度w、線速度v的大小如何變化？(2)現(xiàn)人迅速釋放，使其半徑由r變?yōu)?.2r，則釋放后角速度w變?yōu)樵瓉?lái)角速度w的多少倍？圖434【解析】(1)由于緩慢釋放繩故物體的軌道半徑r增大，在半徑增大的過(guò)程中，由于緩慢，可以認(rèn)為水平面上繩子的拉力始終與物體的線速度方向垂直，故此過(guò)程繩子拉力對(duì)物體不做功，所以線速度大小不變，據(jù)公式w=v/r可得w變小 221.21.2sin1.21.225.1.236rrrrrrr 迅速釋放繩子的時(shí)間內(nèi)由于沒(méi)有力提供向心力，物體做速度為的勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到半徑為時(shí)，可把速度分解為垂直此時(shí)繩子方向的速度及沿繩子方向的速度，由于繩子不可伸長(zhǎng)，故沿繩子方向的速度瞬時(shí)為零，如圖所示，所以有：，得：點(diǎn)評(píng)：勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的放繩問(wèn)題，關(guān)鍵是抓住緩慢釋放與迅速釋放所產(chǎn)生的區(qū)別前者，線速度大小不變；后者，由于沿繩方向速度的損耗，從而使線速度變小了解決這一問(wèn)題可培養(yǎng)同學(xué)們的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維及深入探究精神題型二：勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的多解問(wèn)題題型二：勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的多解問(wèn)題【例4】質(zhì)點(diǎn)P以O(shè)為圓心做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖435所示，周期為T(mén)，當(dāng)P經(jīng)過(guò)圖中D點(diǎn)時(shí)，有一質(zhì)量為m的另一質(zhì)點(diǎn)Q受到力F的作用從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，為使P、Q兩質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的速度相同，則F的大小應(yīng)滿足什么條件？圖4353/ 4(0 1 2 3)3/ 4(0 1 2 3)2.8(4PPCPQPnntnT nRPvTQFvvtmmRF速度相同包括大小相等和方向相同，由質(zhì)點(diǎn) 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的方向可知，只有當(dāng) 運(yùn)動(dòng)到圓周上的 點(diǎn)時(shí)， 、 速度的方向才相同，即質(zhì)點(diǎn) 轉(zhuǎn)過(guò)周、 、，經(jīng)歷的時(shí)間、 、， 質(zhì)點(diǎn) 的速率：在相同時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn) 做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，速度應(yīng)達(dá)到 ，由牛頓第二定律及速度公式得：， 由以上三式解得【析：】2(0 1 2 3)3)nnT、 、點(diǎn)評(píng)：速度相同包括速度的大小和方向均相同，明白這一點(diǎn)是解答此題的關(guān)鍵利用兩種運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，即可求得F適合題設(shè)條件的表達(dá)式題型三：豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題題型三：豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題圖436【例5】如圖436所示，一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球，以另一端O為圓心，使小球做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是()A小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿所受的彈力可以等于零B小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的臨界速度為C小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球的作用力可以與球所受重力方向相反，此時(shí)重力一定大于桿對(duì)球的作用力D小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球作用力一定與小球所受重力方向相反gR答案： A點(diǎn)評(píng)：熟練掌握“輕桿”模型是解答此題的關(guān)鍵，計(jì)算臨界值，則能判斷出正確答案0B0C0A000DvNmgvvRgNvRgmgNNvRgNN臨界小球用輕桿支持，過(guò)最高點(diǎn)的，方向向上，故 答案不正確當(dāng)桿對(duì)球作用力與重力相反，即向上，當(dāng)時(shí)，重力與支持力相等，故 錯(cuò)誤 當(dāng)時(shí)，所以 正確 當(dāng) 時(shí)， ， 為支持力【解析 當(dāng) 時(shí)， ， 為】拉力，所以 不正確題型四：圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題題型四：圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問(wèn)題【例6】如圖437所示，LMPQ是光滑軌道，LM水平，長(zhǎng)為5.0m，MPQ是一半徑為R=1.6m的半圓，QOM在同一豎直面上，在恒力F作用下，質(zhì)量m=1kg的物體A從L點(diǎn)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到M時(shí)立即停止用力欲使A剛好能通過(guò)Q點(diǎn)，則力F大小為多少？(取g=10m/s2)圖4372NN204m/s 1228N.LMAQvmgFmRAQFvgRLQFxmgRmvF物體 經(jīng)過(guò) 點(diǎn)時(shí)，其受力情況如圖所示由牛頓第二定律得： 物體 剛好過(guò) 點(diǎn)時(shí)有解得對(duì)物體從 到 全過(guò)程，由動(dòng)能定理得 解得【解析】點(diǎn)評(píng)：正確理解A物體“剛好能通過(guò)Q點(diǎn)”含義是解決本題的關(guān)鍵常用來(lái)表達(dá)臨界狀態(tài)的詞語(yǔ)還有“恰好”“恰能”“至少”“至多”等，同學(xué)們?cè)趯忣}時(shí)必須注意；另，圓周運(yùn)動(dòng)常與機(jī)械能守恒定律，動(dòng)能定理等相聯(lián)系，構(gòu)成綜合性較強(qiáng)的題目1.(2012廣東卷)圖438是滑道壓力測(cè)試的示意圖，光滑圓弧軌道與光滑斜面相切，滑道底部B處安裝一個(gè)壓力傳感器，其示數(shù)N表示該處所受壓力的大小，某滑塊從斜面上不同高度h處由靜止下滑，通過(guò)B時(shí)，下列表述正確的有( )AN小于滑塊重力BN大于滑塊重力CN越大表明h越大DN越大表明h越小圖4382.如圖439所示，一個(gè)豎直放置的圓錐筒可繞其中心軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)，筒內(nèi)壁粗糙，筒口半徑和筒高分別為R和H，筒內(nèi)壁A點(diǎn)的高度為筒高的一半內(nèi)壁上有一質(zhì)量為m的小物塊求：(1)當(dāng)筒不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物塊靜止在筒壁A點(diǎn)受到的摩擦力和支持力的大??；(2)當(dāng)物塊在A點(diǎn)隨筒勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且其受到的摩擦力為零時(shí)，筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度圖439 N2222N22221sincos cossinffFmgFmgRHRHRHmgHmgRFFRHRH物塊靜止時(shí)，對(duì)物塊進(jìn)行受力分析如圖所示，設(shè)筒壁與水平面的夾角為 ，由平衡條件有由圖中幾何關(guān)系有 ， 有，】 析故【解 22tantan22mgmrHRrRgHR分析此時(shí)物塊受力如圖所示，由牛頓第二定律有其中，可得3.過(guò)山車(chē)是游樂(lè)場(chǎng)中常見(jiàn)的設(shè)施如圖4310是一種過(guò)山車(chē)的簡(jiǎn)易模型，它由水平軌道和在豎直平面內(nèi)的三個(gè)圓形軌道組成，B、C、D分別是三個(gè)圓形軌道的最低點(diǎn)，B、C間距與C、D間距相等，半徑R1=2.0m、R2=1.4m.一個(gè)質(zhì)量為m=1.0kg的小球(視為質(zhì)點(diǎn))，從軌道的左側(cè)A點(diǎn)以v0=12.0m/s的初速度沿軌道向右運(yùn)動(dòng)，A、B間距L1=6.0m.小球與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2，圓形軌道是光滑的假設(shè)水平軌道足夠長(zhǎng)，圓形軌道間不相互重疊重力加速度取g=10m/s2，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字試求：(1)小球在經(jīng)過(guò)第一個(gè)圓形軌道的最高點(diǎn)時(shí)，軌道對(duì)小球作用力的大??；(2)如果小球恰能通過(guò)第二圓形軌道，B、C間距L應(yīng)是多少；(3)在滿足(2)的條件下，如果要使小球不能脫離軌道，在第三個(gè)圓形軌道的設(shè)計(jì)中，半徑R3應(yīng)滿足的條件；小球最終停留點(diǎn)與起點(diǎn)A的距離圖4310 122111021111122210.0N vmgLmgRmvmvmgFvFmgmRF設(shè)小球經(jīng)過(guò)第一個(gè)圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)的速度為 ，根據(jù)動(dòng)能定理 小球在最高點(diǎn)受到重力和軌道對(duì)它的作用力 ，根據(jù)牛頓第二定律 【由得解析】 222222122021122212.5m vvmgmRmg LLmgRmvmvL設(shè)小球在第二個(gè)圓軌道的最高點(diǎn)的速度為，由題意 由得 323322133033.1122220.4mvvmgmRmg LLmgRmvmvR要保證小球不脫離軌道，可分兩種情況進(jìn)行討論： 軌道半徑較小時(shí)，小球恰能通過(guò)第三個(gè)圓軌道，設(shè)在最高點(diǎn)的速度為 ，應(yīng)滿足 由得321303322223323.122021.0m 27.9mRmg LLmgRmvRRRRLRRR軌道半徑較大時(shí)，小球上升的最大高度為 ，根據(jù)動(dòng)能定理 解得為了保證圓軌道不重疊，最大值應(yīng)滿足 解得33320300.4m 1.0m27.9m 00.4m10236.0m 1.0m27.9m2(RRRALmgLmvLRALLLLL 綜合、，要使小球不脫離軌道，則第三個(gè)圓軌道的半徑須滿足下面的條件 或當(dāng)時(shí)，小球最終停留點(diǎn)與起始點(diǎn) 的距離為 ，則 當(dāng)時(shí)，小球最終停留點(diǎn)與起始點(diǎn)的距離為，則 12 )26.0m.L4.(2011湖南師大附中月考)如圖4311所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平盤(pán)上，沿半徑方向放著用細(xì)線相連的質(zhì)量相等的兩個(gè)物體A和B，它們與盤(pán)間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同當(dāng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到兩個(gè)物體剛好還未發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，燒斷細(xì)線，則兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況是( )圖4311 A兩物體均沿切線方向滑動(dòng)B兩物體均沿半徑方向滑動(dòng)，離圓盤(pán)圓心越來(lái)越遠(yuǎn)C兩物體仍隨圓盤(pán)一起做圓周運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生滑動(dòng)D物體B仍隨圓盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，物體A發(fā)生滑動(dòng)，離圓盤(pán)圓心越來(lái)越遠(yuǎn)答案： D5.(2011廣州模擬)如圖4312所示是磁帶錄音機(jī)的示意圖，A、B為纏繞磁帶的兩個(gè)輪子，其半徑為r，在放音結(jié)束時(shí)，磁帶全部繞到了B輪上，磁帶的外緣半徑為R，且R=3r.現(xiàn)進(jìn)行倒帶，使磁帶繞到A輪上倒帶時(shí)A輪是主動(dòng)輪，其角速度是恒定的，B輪是從動(dòng)輪，經(jīng)測(cè)定，磁帶全部繞到A輪上需要的時(shí)間為t.則從開(kāi)始倒帶到A、B兩輪的角速度相等需要的時(shí)間是( )圖4312 答案：B【解析】本題考查圓周運(yùn)動(dòng)、線速度、角速度、半徑之間的關(guān)系A(chǔ)的角速度是恒定的，但是A的半徑越來(lái)越大，根據(jù)v=wr可得v在增大，所以一開(kāi)始需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，B項(xiàng)正確A B 22C D2ttt等于大于小于此時(shí)間無(wú)法確定6.在2010年11月16日廣州亞運(yùn)會(huì)上，場(chǎng)地自行車(chē)女子記分賽決賽我國(guó)選手劉馨順利奪冠比賽時(shí)運(yùn)動(dòng)員分別沿不同的軌道行駛，該過(guò)程可簡(jiǎn)化為如圖4313所示的理想模型，兩質(zhì)點(diǎn)分別在M和N兩處緊貼著圓臺(tái)內(nèi)壁分別在虛線所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不計(jì)摩擦，則( )圖4313 AM處質(zhì)點(diǎn)的線速度一定大于N處質(zhì)點(diǎn)的線速度BM處質(zhì)點(diǎn)的角速度一定大于N處質(zhì)點(diǎn)的角速度CM處質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)周期一定等于N處質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)周期DM處質(zhì)點(diǎn)的向心加速度一定大于N處質(zhì)點(diǎn)的向心加速度答案： A2222tan()tantantan2tanAMNMNMNMNvmgmammrmrrTagvrggrTrgaavvTT某質(zhì)點(diǎn)在圓臺(tái)內(nèi)壁沿水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況如圖所示， 其中 為比賽場(chǎng)地所在的斜面與水平面之間的夾角，則，分別解得，由此可以【解析判斷得出，只有】對(duì)