高考物理復習-第4章第三節(jié)圓周運動的規(guī)律及其應(yīng)用課件-滬科版

1、1第三節(jié)圓周運動的規(guī)律及其應(yīng)用第三節(jié)圓周運動的規(guī)律及其應(yīng)用2課堂互動講練課堂互動講練經(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)圓圓周周運運動動的的規(guī)規(guī)律律及及其其應(yīng)應(yīng)用用基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理3基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、描述圓周運動的物理量一、描述圓周運動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做圓周運動的快慢動的快慢物體沿圓周通過物體沿圓周通過的的_與所用時與所用時間的比值間的比值v方向方向:沿圓弧沿圓弧切線方向切線方向單位單位:m/s角速度角速度描述質(zhì)點描述質(zhì)點繞圓心轉(zhuǎn)繞圓心轉(zhuǎn)動的快慢動的快慢運

2、動物體與圓心運動物體與圓心連線連線_與與所 用 時 間 的 比所 用 時 間 的 比值值單位單位:rad/s弧長弧長掃過的角掃過的角4一周一周圈數(shù)圈數(shù)5思考感悟思考感悟1.勻速圓周運動中的勻速圓周運動中的“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6二、勻速圓周運動和非勻速圓周運動二、勻速圓周運動和非勻速圓周運動1勻速圓周運動勻速圓周運動(1)定義定義:線速度大小不變的圓周運動線速度大小不變的圓周運動(2)性質(zhì)性質(zhì):向心加速度大小向心加速度大小_,方向方向_的的變加速曲線運動變加速曲線運動(3)質(zhì)點做勻速圓周運動的條件質(zhì)點做勻速圓周運動的條件:合力大小合力大小_,方向始終與

3、速度方向方向始終與速度方向_且指且指向圓心向圓心不變不變時刻變化時刻變化不變不變垂直垂直72非勻速圓周運動非勻速圓周運動(1)定義定義:線速度大小、方向均線速度大小、方向均_的圓周的圓周運動運動(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向方向8三、離心運動和向心運動三、離心運動和向心運動1離心運動離心運動(1)定義定義:做圓周運動的物體做圓周運動

4、的物體,在所受合外力突然消在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需向心力情況下失或不足以提供圓周運動所需向心力情況下,就做就做逐漸遠離圓心的運動逐漸遠離圓心的運動(2)本質(zhì)本質(zhì):做圓周運動的物體做圓周運動的物體,由于本身的慣性由于本身的慣性,總有總有沿著圓周切線方向飛出去的傾向沿著圓周切線方向飛出去的傾向9(3)受力特點受力特點:當當F_時時,物體做勻速圓周運動物體做勻速圓周運動;當當F0時時,物體沿切線方向飛出物體沿切線方向飛出;當當Fmr2時時,物體逐漸向物體逐漸向_如圖如圖431所示所示圓心靠近圓心靠近11思考感悟思考感悟2做勻速圓周運動的物體做勻速圓周運動的物體,當合外力增大時當合

5、外力增大時,物體物體的運動將如何變化的運動將如何變化?提示提示:2.當合外力提供的向心力增大時當合外力提供的向心力增大時,大于物體做大于物體做圓周運動所需的向心力圓周運動所需的向心力,物體將離圓心越來越近物體將離圓心越來越近,做近心運動做近心運動12課堂互動講練課堂互動講練一、在傳動裝置中各物理量之間的關(guān)系一、在傳動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、頻率都是從不同的側(cè)面描述勻速圓周運動快慢的物理量側(cè)面描述勻速圓周運動快慢的物理量,它們之它們之間有一定的必然聯(lián)系間有一定的必然聯(lián)系,在分析傳動問題時在分析傳動問題時,要抓要抓住不等量和相等量的關(guān)系住

6、不等量和相等量的關(guān)系,其中要特別注意以其中要特別注意以下兩點下兩點:1同轉(zhuǎn)軸上各點同轉(zhuǎn)軸上各點相同相同,而線速度而線速度vr與半與半徑成正比徑成正比13【名師點睛名師點睛】在傳動方式中在傳動方式中,還經(jīng)常遇到鏈條還經(jīng)常遇到鏈條傳動和摩擦傳動及齒輪傳動傳動和摩擦傳動及齒輪傳動,這三種傳動方式的這三種傳動方式的分析方法與皮帶傳動相同分析方法與皮帶傳動相同14即時應(yīng)用即時應(yīng)用 ( (即時突破即時突破,小試牛刀小試牛刀)1.如圖如圖432所示為一皮帶傳動裝置所示為一皮帶傳動裝置,右輪的半右輪的半徑為徑為r,a是它邊緣上的一點是它邊緣上的一點,左側(cè)為一輪軸左側(cè)為一輪軸,大輪的大輪的半徑為半徑為4r,小輪

7、的半徑為小輪的半徑為2r,b點在小輪上點在小輪上,到小輪中到小輪中心的距離為心的距離為r,c點和點和d點分別位于小輪和大輪的邊點分別位于小輪和大輪的邊緣上緣上,若在傳動過程中若在傳動過程中,皮帶不打滑皮帶不打滑,則則()圖圖43215Aa點與點與b點的線速度大小相等點的線速度大小相等Ba點與點與c點的角速度大小相等點的角速度大小相等Ca點與點與b點的向心加速度大小相等點的向心加速度大小相等Da、b、c、d四點中四點中,加速度最小的是加速度最小的是b點點16二、圓周運動中的動力學問題分析二、圓周運動中的動力學問題分析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向心力是按力的作用效果命名

8、的,可以是重力、彈可以是重力、彈力、摩擦力等各種力力、摩擦力等各種力,也可以是幾個力的合力或某也可以是幾個力的合力或某個力的分力個力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加因此在受力分析中要避免再另外添加一個向心力一個向心力2向心力的確定向心力的確定(1)確定圓周運動的軌道所在的平面確定圓周運動的軌道所在的平面,確定圓心的位確定圓心的位置置(2)分析物體的受力情況分析物體的受力情況,找出所有的力沿半徑方向找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力就是向心力指向圓心的合力就是向心力173解決圓周運動問題的基本步驟解決圓周運動問題的基本步驟(1)審清題意審清題意,確定研究對象確定研究對象;(2)分析物體

9、的運動情況分析物體的運動情況,即物體的線速度、角速度、即物體的線速度、角速度、周期、軌道平面、圓心、半徑等周期、軌道平面、圓心、半徑等;(3)分析物體的受力情況分析物體的受力情況,畫出受力示意圖畫出受力示意圖,確定向確定向心力的來源心力的來源;(4)據(jù)牛頓運動定律及向心力公式列方程據(jù)牛頓運動定律及向心力公式列方程;(5)求解、討論求解、討論18【名師點睛名師點睛】(1)無論勻速圓周運動還是非勻速無論勻速圓周運動還是非勻速圓周運動圓周運動,沿半徑指向圓心的合力均為向心力沿半徑指向圓心的合力均為向心力(2)當采用正交分解法分析向心力的來源時當采用正交分解法分析向心力的來源時,做圓周做圓周運動的物體

10、在坐標原點運動的物體在坐標原點,一定有一個坐標軸沿半徑一定有一個坐標軸沿半徑指向圓心指向圓心19即時應(yīng)用即時應(yīng)用 ( (即時突破即時突破,小試牛刀小試牛刀)2.一個內(nèi)壁光滑的圓錐的軸線垂直于水平面一個內(nèi)壁光滑的圓錐的軸線垂直于水平面,圓錐圓錐固定不動固定不動,兩個質(zhì)量相同的球兩個質(zhì)量相同的球A、B緊貼著內(nèi)壁分緊貼著內(nèi)壁分別在圖別在圖433中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運動動,則則()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的運動周期必小于球的運動周期必小于球B的運動周期的運動周期D球球A

11、對筒壁的壓力必大于球?qū)ν脖诘膲毫Ρ卮笥谇駼對筒壁的壓力對筒壁的壓力圖圖4332021三、豎直面內(nèi)圓周運動的臨界問題分析三、豎直面內(nèi)圓周運動的臨界問題分析對于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運動是一種典型對于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運動是一種典型的變速曲線運動的變速曲線運動,該類運動常有臨界問題該類運動常有臨界問題,并伴有并伴有“最大最大”、“最小最小”、“剛好剛好”等詞語等詞語,常分析常分析兩種模型兩種模型輕繩模型和輕桿模型輕繩模型和輕桿模型,分析比較如分析比較如下下:22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

12、高點的臨點的臨界條件界條件由由mg得得v臨臨 小球能運動即可小球能運動即可,v臨臨0討論分討論分析析過最高點時過最高點時v ,Nmg .繩、軌道繩、軌道對球產(chǎn)生彈力對球產(chǎn)生彈力N0,方向指方向指向圓心向圓心不能過最高點不能過最高點v ,在在到達最高點前小球已經(jīng)脫到達最高點前小球已經(jīng)脫離了圓軌道離了圓軌道當當v0時時,Nmg,N為支持力為支持力,沿半沿半徑背離圓心徑背離圓心當當0v 時時,Nmg ,N指向指向圓心并隨圓心并隨v的增大而增大的增大而增大23【名師點睛名師點睛】(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”只能對小球產(chǎn)生拉力只能對小球產(chǎn)生拉

13、力,而而“輕桿輕桿”既可對小球產(chǎn)生拉力也可對小球產(chǎn)生支既可對小球產(chǎn)生拉力也可對小球產(chǎn)生支持力持力(2)解答豎直面內(nèi)的圓周運動問題時解答豎直面內(nèi)的圓周運動問題時,首先要搞清是首先要搞清是繩模型還是桿模型繩模型還是桿模型,在最高點繩模型和桿模型的臨在最高點繩模型和桿模型的臨界速度是不同的界速度是不同的24即時應(yīng)用即時應(yīng)用 ( (即時突破即時突破,小試牛刀小試牛刀)3.如圖如圖434所示所示,一輕桿一端固定在一輕桿一端固定在O點點,另一另一端固定一小球端固定一小球,在豎直平面內(nèi)做圓周運動在豎直平面內(nèi)做圓周運動,通過最通過最高點時高點時,由于球?qū)U有作用由于球?qū)U有作用,使桿發(fā)生了微小形變使桿發(fā)生了微

14、小形變,關(guān)于桿的形變量與球在最高點時速度大小的關(guān)系關(guān)于桿的形變量與球在最高點時速度大小的關(guān)系,下列說法正確的是下列說法正確的是()A形變量越大形變量越大,速度一定越大速度一定越大B形變量越大形變量越大,速度一定越小速度一定越小C形變量為零形變量為零,速度一定不為零速度一定不為零D速度為零速度為零,可能無形變可能無形變圖圖43425經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究圓周運動中的臨界問題圓周運動中的臨界問題 如圖如圖435所示所示,用細繩一端系著的質(zhì)量用細繩一端系著的質(zhì)量為為M0.6 kg的物體的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤上靜止在水平轉(zhuǎn)盤上,細繩另一細繩另一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔O吊著質(zhì)

15、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點的距離為點的距離為0.2 m若若A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為f2 N,為使小球為使小球B保持靜止保持靜止,求轉(zhuǎn)盤繞中求轉(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43526【思路點撥思路點撥】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和恰好不向內(nèi)滑動兩種情況外滑動和恰好不向內(nèi)滑動兩種情況【解析解析】要使要使B靜止靜止,A必須相對于轉(zhuǎn)盤靜止必須相對于轉(zhuǎn)盤靜止具有與轉(zhuǎn)盤相同的角速度具有與轉(zhuǎn)盤相同的角速度A需要的向心力需要的向心力由繩的拉力和靜摩擦力提供角速

16、度取最大值由繩的拉力和靜摩擦力提供角速度取最大值時時,A有離心趨勢有離心趨勢,靜摩擦力指向圓心靜摩擦力指向圓心O;角速度取角速度取最小值時最小值時,A有向心運動的趨勢有向心運動的趨勢,靜摩擦力背離圓靜摩擦力背離圓心心O.27【答案答案】2.9 rad/s6.5 rad/s28【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,取決于物體的運動情況取決于物體的運動情況(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變的情況下,取決于物體做勻速圓周運動的半徑取決于物體做勻速圓周運動的半徑),其中兩個臨界狀態(tài)的分析是解題的關(guān)鍵其中兩個臨界狀態(tài)的分析是解題的關(guān)鍵29互

17、動探究互動探究例例1中中,當轉(zhuǎn)盤以角速度當轉(zhuǎn)盤以角速度5 rad/s勻勻速轉(zhuǎn)動時速轉(zhuǎn)動時,要保持要保持A與轉(zhuǎn)盤相對靜止與轉(zhuǎn)盤相對靜止,A轉(zhuǎn)動的半徑轉(zhuǎn)動的半徑的范圍是多少的范圍是多少?30 (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形的光滑盒子中,盒子的邊長略大于小球的直盒子的邊長略大于小球的直徑某同學拿著該盒子在豎直平面內(nèi)以徑某同學拿著該盒子在豎直平面內(nèi)以O(shè)點為圓點為圓心做半徑為心做半徑為R的勻速圓周運動的勻速圓周運動,已知重力加速度為已知重力加速度為g,空氣阻力不計空氣阻力不計,求求:(1)若要使盒子運動到最高點時與小球之間恰好若要使盒子運動到最高點時與

18、小球之間恰好無作用力無作用力,則該同學拿著盒子做勻速圓周運動的則該同學拿著盒子做勻速圓周運動的周期為多少周期為多少?豎直面內(nèi)的圓周運動豎直面內(nèi)的圓周運動31圖圖43632【思路點撥思路點撥】解答本題時可按以下思路分析解答本題時可按以下思路分析:33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)因為因為F為正值、為正值、N為負值為負值,所以小球?qū)凶拥挠覀?cè)所以小球?qū)凶拥挠覀?cè)面和下側(cè)面有作用力面和下側(cè)面有作用力,大小分別為大小分別為4mg和和mg.(1分分)【誤區(qū)警示誤區(qū)警示】(1)本題易誤認為盒子在豎直面本題易誤認為盒子在豎直面內(nèi)做非勻速圓周運動內(nèi)做非勻速圓周運動(2)在計算小球?qū)凶拥淖饔昧r在計