山东省2020版高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天第3节圆周运动课件新人教版.pptx

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1、第3节 圆周运动,-2-,知识梳理,考点自诊,一、描述圆周运动的主要物理量,-3-,知识梳理,考点自诊,-4-,知识梳理,考点自诊,二、匀速圆周运动和非匀速圆周运动,-5-,知识梳理,考点自诊,-6-,知识梳理,考点自诊,三、离心运动 1.定义 做 圆周运动 的物体,在所受合外力突然消失或不足以提供做圆周运动所需 向心力 的情况下,将做逐渐远离圆心的运动。 2.本质 做圆周运动的物体,由于本身的 惯性 ,总有沿着圆周 切线方向 飞出去的倾向。,-7-,知识梳理,考点自诊,3.受力特点(1)当Fn=m2r时,物体做 圆周 运动。 (2)当Fn=0时,物体沿 切线 方向飞出。 (3)当Fnm2r时

2、,物体将逐渐靠近圆心,做近心运动。,-8-,知识梳理,考点自诊,1.判断下列说法的正误。 (1)匀速圆周运动是匀变速曲线运动。( ) (2)物体做匀速圆周运动时,其角速度是不变的。( ) (3)物体做匀速圆周运动时,其合外力是不变的。( ) (4)匀速圆周运动的向心加速度与半径成反比。( ) (5)匀速圆周运动的向心力是产生向心加速度的原因。( ) (6)比较物体沿圆周运动的快慢看线速度,比较物体绕圆心转动的快慢,看周期或角速度。( ) (7)做匀速圆周运动的物体,当合外力突然减小时,物体将沿切线方向飞出。( ) (8)摩托车转弯时速度过大就会向外发生滑动,这是摩托车受沿转弯半径向外的离心力作

3、用的缘故。( ),答案,-9-,知识梳理,考点自诊,2. 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,如图所示,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.小球过最高点时,杆对球的作用力一定随速度增大而减小,答案,解析,-10-,知识梳理,考点自诊,3.(多选)如图所示,一位同学玩飞镖游戏。圆盘最上端有一P点,飞镖抛出时与P等高,且距离P点为l。当飞镖以初速度v0垂直盘面瞄准P点抛出的同时,圆盘以绕过盘心O点的水平轴在竖直平面内匀速转动。

4、忽略空气阻力,重力加速度为g,若飞镖恰好击中P点,则( ),答案,解析,-11-,知识梳理,考点自诊,4.(2019安徽滁州高三质检)公园里的转椅以恒定的角速度绕其竖直对称轴在水平面内做匀速转动,如图所示。转椅上的人以相对转椅的速度v水平抛出一小球,为使小球击中转椅架底部中心点O。已知小球抛出点比O点高h,与竖直转轴的距离为R。试求v的大小和方向。,-12-,知识梳理,考点自诊,-13-,知识梳理,考点自诊,5.(2019黑龙江哈尔滨三中一调)如图所示,带有竖直侧壁的圆盘绕过中心的竖直轴转动,转速可调,侧壁到转轴的距离为R,有一质量为m(可视为质点)的物块,它与圆盘和侧壁间的摩擦因数均为,现将

5、物块放置在距转盘转轴 处(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g),(1)若物块恰好相对圆盘未滑动,求此时圆盘转动的角速度。 (2)调节圆盘的转速,将物块置于侧壁上,物块恰好不下滑,求圆盘的转速。,-14-,知识梳理,考点自诊,-15-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,圆周运动的运动学分析 1.圆周运动各物理量间的关系,-16-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.常见的三种传动方式及特点 (1)皮带传动:如图甲、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vA=vB。,-17-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,(2)摩擦传动:如图丙所示,两轮边缘接

6、触,接触点无打滑现象时,两轮边缘线速度大小相等,即vA=vB。,(3)同轴传动:如图丁所示,两轮固定在一起绕同一转轴转动,两轮转动的角速度大小相等,即A=B。,-18-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例1右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的小齿轮,是半径为r3的后轮,假设脚踏板的转速为n r/s,则自行车前进的速度为( ),答案,解析,-19-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨解决本题的关键是知道靠链条传动,线速度相等。共轴转动,角速度相等。转速为单位时间内转过的圈数,因为转动一圈,对圆心转的角度为2,所以=2n。,本题考查学生是否

7、对三种传动方式以及描述圆周运动的物理量有清晰的物理观念,能否将实际问题中的现象进行合理的抽象、简化,运用模型特点和各物理量的关系解决实际问题。,-20-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 1.(2019山西应县一中月考)如图所示为一种“滚轮平盘无级变速器”的示意图,它由固定于主动轴上的平盘和可随从动轴移动的圆柱形滚轮组成,由于摩擦的作用,当平盘转动时,滚轮就会跟着转动。如果认为滚轮不会打滑,那么主动轴转速n1、从动轴转速n2、滚轮半径r以及滚轮中心到主动轴轴线的距离x之间的关系是( ),答案,解析,-21-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,2.(2019浙江杭州建人高复

8、月考)科技馆的科普器材中常有如图所示匀速率的传动装置:在大齿轮盘内嵌有三个等大的小齿轮。若齿轮的齿很小,大齿轮半径(内径)是小齿轮半径的3倍,则当大齿轮顺时针匀速转动时,下列说法正确的是( )A.小齿轮逆时针转动 B.小齿轮每个齿的线速度均相同 C.小齿轮的角速度是大齿轮角速度的3倍 D.大齿轮每个齿的向心加速度大小是小齿轮的3倍,答案,解析,-22-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,圆周运动的动力学分析 1.向心力的来源 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

9、(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。,-23-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,3.“一、二、三、四”求解圆周运动问题,-24-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例2山城重庆的轻轨交通颇有山城特色,由于地域限制,弯道半径很小,在某些弯道上行驶时列车的车身严重倾斜。每到这样的弯道乘客都有一种坐过山车的感觉,很是惊险刺激。假设某弯道铁轨是圆弧的一部分,转弯半径为R,重力加速度为g,列车转弯过程中倾角(车厢地面与水平面夹角)为,则列车在这样的轨道上转弯行驶的安全速度(轨道不受侧向挤压)为(

10、 ),答案,解析,-25-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨列车转弯(轨道不受侧向挤压)时的向心力由重力和弹力的合力提供,根据牛顿第二定律和向心力公式可求解。,-26-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例3(多选) (2016浙江卷,20)如图所示为赛车场的一个水平“梨形”赛道,两个弯道分别为半径R=90 m的大圆弧和r=40 m的小圆弧,直道与弯道相切。大、小圆弧圆心O、O距离L=100 m。赛车沿弯道路线行驶时,路面对轮胎的最大径向静摩擦力是赛车重力的2.25倍。假设赛车在直道上做匀变速直线运动,在弯道上做匀速圆周运动。要使赛车不打滑,绕赛道一圈时间最短(发动机功

11、率足够大,重力加速度g取10 m/s2,=3.14),则赛车( ) A.在绕过小圆弧弯道后加速 B.在大圆弧弯道上的速率为45 m/s C.在直道上的加速度大小为5.63 m/s2 D.通过小圆弧弯道的时间为5.58 s,AB,-27-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-28-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨该题是一个多过程圆周运动问题,首先分清过程,明确过程之间的关系,比如:因为最大径向静摩擦力一样,向心力最大值一样,所以在大弯道上的最大速度大于小弯道上的最大速度,要想时间最短,可在绕过小圆弧弯道后加速。此类题考查学生能否应用运动和力的物理观念,建立物体做圆周运动的

12、动力学模型,分清运动过程,找出向心力,若涉及临界的,应当找出对应的临界状态,运用牛顿第二定律和运动学公式解决实际问题。,-29-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 3.(多选)(2019安徽滁州高三物理质检)如图所示,光滑 的轻杆OA可绕竖直轴OO旋转,且OA与OO轴间夹角 始终保持不变,质量为m的小球套在OA杆上,可在杆 适当位置随杆做水平面内的匀速圆周运动,下列说法 正确的有( ) A.小球在任何两位置随杆在水平面内做匀速圆周运动的加速度大小都相等 B.杆的转速越大,小球随杆做水平面内匀速圆周运动的位置越高 C.小球在某一位置随杆在水平面内匀速转动,只要受到微小的扰动,就会

13、远离该位置 D.小球在某一位置随杆在水平面内匀速转动,若杆转速突然增大,由于杆对球弹力垂直于杆,杆不会对小球做功,答案,解析,-30-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,4.(2019河北邯郸永年区二中月考)如图所示,一根细线下端拴一个金属小球P,细线的上端固定在金属块Q上,Q放在带小孔(小孔光滑)的水平桌面上,小球在某一水平面内做匀速圆周运动。现使小球在一个更高的水平面上做匀速圆周运动,而金属块Q始终静止在桌面上的同一位置,则改变高度后与原来相比较,下面的判断中正确的是 ( ) A.细线所受的拉力变小 B.小球P运动的角速度变大 C.Q受到桌面的静摩擦力变小 D.Q受到桌面的支持力变大

14、,答案,解析,-31-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,水平面内圆周运动的临界极值问题 水平面内圆周运动的临界极值问题通常有两类,一类是与摩擦力有关的临界问题,一类是与弹力有关的临界问题。 1.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,如果只是摩擦力提供向心力,则有 ,静摩擦力的方向一定指向圆心;如果除摩擦力以外还有其他力,如绳两端连物体,其中一个在水平面上做圆周运动时,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半径背离圆心和沿半径指向圆心。,-32-,命题点一,命题点二,命题点

15、三,命题点四,2.与弹力有关的临界极值问题 压力、支持力的临界条件是物体间的弹力恰好为零;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等。 3.解决此类问题的一般思路 首先要考虑达到临界条件时物体所处的状态;其次分析该状态下物体的受力特点;最后结合圆周运动知识,列出相应的动力学方程综合分析。,-33-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例4(多选)(2018山东日照一模)如图,两个质量均为m的小木块A、B用轻绳相连,放在水平圆盘上,A恰好处于圆盘中心,B与转轴的距离为l。木块与圆盘间的动摩擦因数均为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知重力加速度大小为g,两木块可视

16、为质点。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是( ),答案,解析,-34-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,思维点拨当绳上刚好没有拉力时,求出临界角速度0,然后根据角速度的取值进行受力分析,应用牛顿第二定律结合向心力公式求解。本题考查学生对水平面内圆周运动的临界极值问题的理解,在水平圆盘上的物体,其临界条件与最大静摩擦力相联系,根据临界条件,分析两物体的受力情况和运动情况,运用牛顿第二定律和向心力公式解决实际问题,提升科学思维能力。,-35-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 5. 用一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在

17、一光滑锥顶上,如图所示,设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为,线的张力为FT,则FT随2变化的图象是下图中的( ),答案,解析,-36-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,6.如图所示,一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度转动,盘面上离转轴距离2.5 m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止,物体与盘面间的动摩擦因数为 (设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),盘面与水平面的夹角为30,g取10 m/s2,则的最大值是( )C.1.0 rad/s D.0.5 rad/s,答案,解析,-37-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,7.(2019河北邯郸永年区二中月考)如图所示,

18、置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动,当转速达到某一数值时,物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R=0.5 m,离水平地面的高度H=0.8 m,物块平抛落地过程水平位移的大小s=0.4 m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10 m/s2。求:(1)物块做平抛运动的初速度大小v0。 (2)物块与转台间的动摩擦因数。,答案,解析,-38-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,竖直面内圆周运动的“轻绳”和“轻杆”模型,“绳、杆”模型涉及临界问题分析,-39-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,-40-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,典例5如图

19、甲所示,一轻杆一端固定在O点,另一端固定一小球,在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时,杆与小球间弹力大小为FN,小球在最高点的速度大小为v,FN-v2图象如图乙所示。下列说法正确的是( ),C.当v2=c时,杆对小球弹力方向向上 D.若v2=2b,则杆对小球弹力大小为2a,答案,解析,-41-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,本题考查学生对竖直面内圆周运动的临界极值问题的理解,分析运动情况,构建理想模型,找出临界状态和临界条件,运用牛顿第二定律和向心力公式解决实际问题,是对核心素养中科学思维的培养和提升。,-42-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,即学即练 8.

20、(多选)(2018山东枣庄二模)如图所示,带有底座的光滑圆轨道总质量为M,竖直放在水平地面上,质量为m可视为质点的小球在轨道内做圆周运动,恰好能通过圆轨道的最高点。在小球做圆周运动的过程中,圆轨道始终保持静止。取重力加速度大小为g。则( ) A.当小球运动到最高点时,轨道对地面的压力最小 B.在小球沿顺时针方向从圆轨道最高点A运动到与圆心等高的B点的过程中,轨道对地面的压力先减小后增大 C.轨道对地面压力的最大值为(M+6m)g D.轨道对地面压力的最大值为(M+m)g,答案,解析,-43-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,9.如图所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,内侧壁半径为R,小球半径为r,则下列说法正确的是( ) A.小球通过最高点时的最小速度 B.小球通过最高点时的最小速度vmin=0 C.小球在水平线ab以下的管道中运动时,外侧管壁对小球一定无作用力 D.小球在水平线ab以上的管道中运动时,内侧管壁对小球一定有作用力,答案,解析,-44-,命题点一,命题点二,命题点三,命题点四,10.(多选)长为L的轻杆,一端固定一个小球,另一端固定在光滑的水平轴上,使小球在竖直平面内做圆周运动,关于小球在最高点的速度v,下列说法中正确的是( )D.当v由零逐渐增大时,向心力也逐渐增大,答案,解析,