高考物理復(fù)習(xí)-第4章第三節(jié)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其應(yīng)用課件-滬科版匯編

1、 課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練 經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究 知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練 第第 三三 節(jié)節(jié) 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 的的 規(guī)規(guī) 律律 及及 其其 應(yīng)應(yīng) 用用 基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理 基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理 一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量 物理量物理量 物理意義物理意義定義和公式定義和公式方向和單位方向和單位 線速度線速度 描述物體描述物體 做圓周運(yùn)做圓周運(yùn) 動(dòng)的快慢動(dòng)的快慢 物體沿圓周通過物體沿圓周通過 的的_與所用時(shí)與所用時(shí) 間的比值間的比值v 方向：沿圓方向：沿圓 弧 切 線 方弧 切 線 方 向向 單位：?jiǎn)挝唬簃/s 角速度角速度 描述質(zhì)點(diǎn)描述質(zhì)點(diǎn) 繞圓心轉(zhuǎn)繞

2、圓心轉(zhuǎn) 動(dòng)的快慢動(dòng)的快慢 運(yùn)動(dòng)物體與圓心運(yùn)動(dòng)物體與圓心 連線連線_與與 所 用 時(shí) 間 的 比所 用 時(shí) 間 的 比 值值 單位：?jiǎn)挝唬簉ad/s 弧長(zhǎng)弧長(zhǎng) 掃過的角掃過的角 一周一周 圈數(shù)圈數(shù) 思考感悟思考感悟 1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的“勻速勻速”的含義是什么？的含義是什么？ 提示：提示：1.勻速率勻速率 二、勻速圓周運(yùn)動(dòng)和非勻速圓周運(yùn)動(dòng)二、勻速圓周運(yùn)動(dòng)和非勻速圓周運(yùn)動(dòng) 1勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng) (1)定義：線速度大小不變的圓周運(yùn)動(dòng)定義：線速度大小不變的圓周運(yùn)動(dòng) (2)性質(zhì)：向心加速度大小性質(zhì)：向心加速度大小_，方向，方向_ 的變加速曲線運(yùn)動(dòng)的變加速曲線運(yùn)動(dòng) (3)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓

3、周運(yùn)動(dòng)的條件：質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件： 合力大小合力大小_，方向始終與速度方向，方向始終與速度方向_且且 指向圓心指向圓心 不變不變時(shí)刻變化時(shí)刻變化 不變不變垂直垂直 2非勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng) (1)定義：線速度大小、方向均定義：線速度大小、方向均_的圓的圓 周運(yùn)動(dòng)周運(yùn)動(dòng) (2)合力的作用：合力的作用： 合力沿速度方向的分量合力沿速度方向的分量Ft產(chǎn)生切向加速度，產(chǎn)生切向加速度， Ftmat，它只改變線速度的，它只改變線速度的_ 合力沿半徑方向的分量合力沿半徑方向的分量Fn產(chǎn)生向心加速度，產(chǎn)生向心加速度， Fnman，它只改變線速度的，它只改變線速度的_ 不斷變化不斷變化 大小大小 方

4、向方向 三、離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng)三、離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng) 1離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng) (1)定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然 消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力情況下，消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力情況下， 就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng) (2)本質(zhì)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，本質(zhì)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性， 總有沿著圓周切線方向飛出去的傾向總有沿著圓周切線方向飛出去的傾向 (3)受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)F_時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)當(dāng)F0時(shí)，物體沿切線方向飛出；時(shí)，物體沿切線方向飛出； 當(dāng)當(dāng)Fm

5、r2時(shí)，物體逐漸向時(shí)，物體逐漸向_如如 圖圖431所示所示 圓心靠近圓心靠近 思考感悟思考感悟 2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)合外力增大時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)合外力增大時(shí)， 物體的運(yùn)動(dòng)將如何變化？物體的運(yùn)動(dòng)將如何變化？ 提示：提示：2.當(dāng)合外力提供的向心力增大時(shí)，大于物當(dāng)合外力提供的向心力增大時(shí)，大于物 體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，物體將離圓心越來體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，物體將離圓心越來 越近，做近心運(yùn)動(dòng)越近，做近心運(yùn)動(dòng) 課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練 一、在傳動(dòng)裝置中各物理量之間的關(guān)系一、在傳動(dòng)裝置中各物理量之間的關(guān)系 線速度、角速度、周期、頻率都是從不同的線速度、角速度、周期、頻率都是從不同的

6、 側(cè)面描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，它們之側(cè)面描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，它們之 間有一定的必然聯(lián)系，在分析傳動(dòng)問題時(shí)，要間有一定的必然聯(lián)系，在分析傳動(dòng)問題時(shí)，要 抓住不等量和相等量的關(guān)系，其中要特別注意抓住不等量和相等量的關(guān)系，其中要特別注意 以下兩點(diǎn)：以下兩點(diǎn)： 1同轉(zhuǎn)軸上各點(diǎn)同轉(zhuǎn)軸上各點(diǎn)相同，而線速度相同，而線速度vr與半與半 徑成正比徑成正比 【名師點(diǎn)睛名師點(diǎn)睛】在傳動(dòng)方式中，還經(jīng)常遇到鏈在傳動(dòng)方式中，還經(jīng)常遇到鏈 條傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)及齒輪傳動(dòng)，這三種傳動(dòng)方條傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)及齒輪傳動(dòng)，這三種傳動(dòng)方 式的分析方法與皮帶傳動(dòng)相同式的分析方法與皮帶傳動(dòng)相同 即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 ( (即時(shí)突破，

7、小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀) 1.如圖如圖432所示為一皮帶傳動(dòng)裝置，右輪的半所示為一皮帶傳動(dòng)裝置，右輪的半 徑為徑為r，a是它邊緣上的一點(diǎn)，左側(cè)為一輪軸，大是它邊緣上的一點(diǎn)，左側(cè)為一輪軸，大 輪的半徑為輪的半徑為4r，小輪的半徑為，小輪的半徑為2r，b點(diǎn)在小輪上，點(diǎn)在小輪上， 到小輪中心的距離為到小輪中心的距離為r，c點(diǎn)和點(diǎn)和d點(diǎn)分別位于小輪和點(diǎn)分別位于小輪和 大輪的邊緣上，若在傳動(dòng)過程中，皮帶不打滑，大輪的邊緣上，若在傳動(dòng)過程中，皮帶不打滑， 則則() 圖圖432 Aa點(diǎn)與點(diǎn)與b點(diǎn)的線速度大小相等點(diǎn)的線速度大小相等 Ba點(diǎn)與點(diǎn)與c點(diǎn)的角速度大小相等點(diǎn)的角速度大小相等 Ca點(diǎn)與點(diǎn)與b點(diǎn)的向心

8、加速度大小相等點(diǎn)的向心加速度大小相等 Da、b、c、d四點(diǎn)中，加速度最小的是四點(diǎn)中，加速度最小的是b點(diǎn)點(diǎn) 二、圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)問題分析二、圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)問題分析 1向心力的來源向心力的來源 向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、 彈力、摩擦力等各種力，也可以是幾個(gè)力的合力彈力、摩擦力等各種力，也可以是幾個(gè)力的合力 或某個(gè)力的分力，因此在受力分析中要避免再另或某個(gè)力的分力，因此在受力分析中要避免再另 外添加一個(gè)向心力外添加一個(gè)向心力 2向心力的確定向心力的確定 (1)確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道所在的平面，確定圓心的確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道所在的平面，確定圓心

9、的 位置位置 (2)分析物體的受力情況，找出所有的力沿半徑方分析物體的受力情況，找出所有的力沿半徑方 向指向圓心的合力就是向心力向指向圓心的合力就是向心力 3解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本步驟解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本步驟 (1)審清題意，確定研究對(duì)象；審清題意，確定研究對(duì)象； (2)分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，即物體的線速度、角速分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，即物體的線速度、角速 度、周期、軌道平面、圓心、半徑等；度、周期、軌道平面、圓心、半徑等； (3)分析物體的受力情況，畫出受力示意圖，確定分析物體的受力情況，畫出受力示意圖，確定 向心力的來源；向心力的來源； (4)據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及向心力公式列方程；據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及

10、向心力公式列方程； (5)求解、討論求解、討論 【名師點(diǎn)睛名師點(diǎn)睛】(1)無論勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是非勻速無論勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是非勻速 圓周運(yùn)動(dòng)，沿半徑指向圓心的合力均為向心力圓周運(yùn)動(dòng)，沿半徑指向圓心的合力均為向心力 (2)當(dāng)采用正交分解法分析向心力的來源時(shí)，做圓當(dāng)采用正交分解法分析向心力的來源時(shí)，做圓 周運(yùn)動(dòng)的物體在坐標(biāo)原點(diǎn)，一定有一個(gè)坐標(biāo)軸沿周運(yùn)動(dòng)的物體在坐標(biāo)原點(diǎn)，一定有一個(gè)坐標(biāo)軸沿 半徑指向圓心半徑指向圓心 即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 ( (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀) 2.一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐的軸線垂直于水平面，圓一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐的軸線垂直于水平面，圓 錐固定不動(dòng)，兩個(gè)質(zhì)量相同的球錐固定不動(dòng)，

11、兩個(gè)質(zhì)量相同的球A、B緊貼著內(nèi)壁緊貼著內(nèi)壁 分別在圖分別在圖433中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周 運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)，則() A球球A的線速度必大于球的線速度必大于球B的線速度的線速度 B球球A的角速度必小于球的角速度必小于球B的角速度的角速度 C球球A的運(yùn)動(dòng)周期必小于球的運(yùn)動(dòng)周期必小于球B的運(yùn)動(dòng)周期的運(yùn)動(dòng)周期 D球球A對(duì)筒壁的壓力必大于球?qū)ν脖诘膲毫Ρ卮笥谇駼對(duì)筒壁的壓力對(duì)筒壁的壓力 圖圖433 三、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題分析三、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題分析 對(duì)于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)是一種典型對(duì)于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)是一種典型 的變速曲線運(yùn)動(dòng)，該類運(yùn)動(dòng)常有臨

12、界問題，并伴的變速曲線運(yùn)動(dòng)，該類運(yùn)動(dòng)常有臨界問題，并伴 有有“最大最大”、“最小最小”、“剛好剛好”等詞語(yǔ)，常分等詞語(yǔ)，常分 析兩種模型析兩種模型輕繩模型和輕桿模型，分析比較輕繩模型和輕桿模型，分析比較 如下：如下： 輕繩模型輕繩模型輕桿模型輕桿模型 常見類常見類 型型 均是沒有支撐的小球均是沒有支撐的小球均是有物體支撐的小球均是有物體支撐的小球 過最高過最高 點(diǎn)的臨點(diǎn)的臨 界條件界條件 由由mg 得得v臨 臨 小球能運(yùn)動(dòng)即可，小球能運(yùn)動(dòng)即可，v臨 臨 0 討論分討論分 析析 過最高點(diǎn)時(shí)過最高點(diǎn)時(shí)v ，N mg .繩、軌道繩、軌道 對(duì)球產(chǎn)生彈力對(duì)球產(chǎn)生彈力N0，方向，方向 指向圓心指向圓心 不

13、能過最高點(diǎn)不能過最高點(diǎn)v ， 在到達(dá)最高點(diǎn)前小球已經(jīng)在到達(dá)最高點(diǎn)前小球已經(jīng) 脫離了圓軌道脫離了圓軌道 當(dāng)當(dāng)v0時(shí)，時(shí)，Nmg，N為支持力，為支持力， 沿半徑背離圓心沿半徑背離圓心 當(dāng)當(dāng)0v 時(shí)，時(shí)，Nmg ，N 指向圓心并隨指向圓心并隨v的增大而增大的增大而增大 【名師點(diǎn)睛名師點(diǎn)睛】(1)“輕繩輕繩”模型和模型和“輕桿輕桿”模型模型 不同的原因在于不同的原因在于“輕繩輕繩”只能對(duì)小球產(chǎn)生拉力，只能對(duì)小球產(chǎn)生拉力， 而而“輕桿輕桿”既可對(duì)小球產(chǎn)生拉力也可對(duì)小球產(chǎn)生既可對(duì)小球產(chǎn)生拉力也可對(duì)小球產(chǎn)生 支持力支持力 (2)解答豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，首先要搞清解答豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，首先要搞清

14、 是繩模型還是桿模型，在最高點(diǎn)繩模型和桿模型是繩模型還是桿模型，在最高點(diǎn)繩模型和桿模型 的臨界速度是不同的的臨界速度是不同的 即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 ( (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀) 3.如圖如圖434所示，一輕桿一端固定在所示，一輕桿一端固定在O點(diǎn)，另點(diǎn)，另 一端固定一小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通一端固定一小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通 過最高點(diǎn)時(shí)，由于球?qū)U有作用，使桿發(fā)生了微過最高點(diǎn)時(shí)，由于球?qū)U有作用，使桿發(fā)生了微 小形變，關(guān)于桿的形變量與球在最高點(diǎn)時(shí)速度大小形變，關(guān)于桿的形變量與球在最高點(diǎn)時(shí)速度大 小的關(guān)系，下列說法正確的是小的關(guān)系，下列說法正確的是() A形變量越大，速

15、度一定越大形變量越大，速度一定越大 B形變量越大，速度一定越小形變量越大，速度一定越小 C形變量為零，速度一定不為零形變量為零，速度一定不為零 D速度為零，可能無形變速度為零，可能無形變 圖圖434 經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究 圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問題圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問題 如圖如圖435所示，用細(xì)繩一端系著的質(zhì)量所示，用細(xì)繩一端系著的質(zhì)量 為為M0.6 kg的物體的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤上，細(xì)繩另靜止在水平轉(zhuǎn)盤上，細(xì)繩另 一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔O吊著質(zhì)量為吊著質(zhì)量為m0.3 kg的小球的小球B，A的重心到的重心到O點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為0.2 m若若A 與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦

16、力為與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為f2 N， 為使小球?yàn)槭剐∏駼保持靜止，求轉(zhuǎn)盤繞中保持靜止，求轉(zhuǎn)盤繞中 心心O旋轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)的角速度的取值范圍的取值范圍 (取取g10 m/s2) 圖圖435 【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】此題的臨界情況是此題的臨界情況是A恰好不向恰好不向 外滑動(dòng)和恰好不向內(nèi)滑動(dòng)兩種情況外滑動(dòng)和恰好不向內(nèi)滑動(dòng)兩種情況 【解析解析】要使要使B靜止，靜止，A必須相對(duì)于轉(zhuǎn)盤靜必須相對(duì)于轉(zhuǎn)盤靜 止止具有與轉(zhuǎn)盤相同的角速度具有與轉(zhuǎn)盤相同的角速度A需要的向需要的向 心力由繩的拉力和靜摩擦力提供角速度取最心力由繩的拉力和靜摩擦力提供角速度取最 大值時(shí)，大值時(shí)，A有離心趨勢(shì)，靜摩擦力指向圓心有離心趨勢(shì)，靜

17、摩擦力指向圓心O； 角速度取最小值時(shí)，角速度取最小值時(shí)，A有向心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，靜有向心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，靜 摩擦力背離圓心摩擦力背離圓心O. 【答案答案】2.9 rad/s6.5 rad/s 【方法總結(jié)方法總結(jié)】本題中物體所受靜摩擦力的方向，本題中物體所受靜摩擦力的方向， 取決于物體的運(yùn)動(dòng)情況取決于物體的運(yùn)動(dòng)情況(在物體的質(zhì)量和角速度不在物體的質(zhì)量和角速度不 變的情況下，取決于物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑變的情況下，取決于物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑)， 其中兩個(gè)臨界狀態(tài)的分析是解題的關(guān)鍵其中兩個(gè)臨界狀態(tài)的分析是解題的關(guān)鍵 互動(dòng)探究互動(dòng)探究例例1中，當(dāng)轉(zhuǎn)盤以角速度中，當(dāng)轉(zhuǎn)盤以角速度5 rad/s 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

18、要保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要保持A與轉(zhuǎn)盤相對(duì)靜止，與轉(zhuǎn)盤相對(duì)靜止，A轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 的半徑的范圍是多少？的半徑的范圍是多少？ (滿分樣板滿分樣板13分分)質(zhì)量為質(zhì)量為m的小球置于方的小球置于方 形的光滑盒子中，盒子的邊長(zhǎng)略大于小球的直形的光滑盒子中，盒子的邊長(zhǎng)略大于小球的直 徑某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面內(nèi)以徑某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面內(nèi)以O(shè)點(diǎn)為圓點(diǎn)為圓 心做半徑為心做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度 為為g，空氣阻力不計(jì)，求：，空氣阻力不計(jì)，求： (1)若要使盒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)與小球之間恰好若要使盒子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)與小球之間恰好 無作用力，則該同學(xué)拿著盒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的無作用力，則該同學(xué)拿著盒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的 周期為多少？周期為多少？ 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 圖圖436 【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析：解答本題時(shí)可按以下思路分析： 即即F4mg(1分分) 在豎直方向上在豎直方向上Nmg0(1分分) 即即Nmg(1分分) 因?yàn)橐驗(yàn)镕為正值、為正值、N為負(fù)值，所以小球?qū)凶拥挠覀?cè)為負(fù)值，所以小球?qū)凶拥挠覀?cè) 面和下側(cè)面有作用力，大小分別為面和下側(cè)面有作用力，大小分別為4mg和和mg.(1分分) 【誤區(qū)警示誤區(qū)警示】(1)本題易誤認(rèn)為盒子在豎直面本題易誤認(rèn)為盒子在豎直面 內(nèi)做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)內(nèi)做非勻速圓周運(yùn)動(dòng) (2)在計(jì)算小球?qū)?/p>