高考物理復(fù)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題：豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的“輕繩輕桿”模型課件魯科版

1、一、模型特點(diǎn)一、模型特點(diǎn)1.模型特點(diǎn)模型特點(diǎn)模型特點(diǎn)模型特點(diǎn) 在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，按運(yùn)動(dòng)至軌道最在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，按運(yùn)動(dòng)至軌道最高點(diǎn)時(shí)的受力情況可分為兩類：高點(diǎn)時(shí)的受力情況可分為兩類：一是無(wú)支撐一是無(wú)支撐( (如球與繩連接，沿內(nèi)軌道的如球與繩連接，沿內(nèi)軌道的“過(guò)山車過(guò)山車”等等) )，稱為，稱為“繩繩( (環(huán)環(huán)) )約束模型約束模型”二是有支撐二是有支撐( (如球與桿連接，在彎管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)等如球與桿連接，在彎管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)等) )，稱為稱為“桿桿( (管道管道) )約束模型約束模型”臨界問(wèn)題分析臨界問(wèn)題分析 物體在豎直平面內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)是一種典型的變速物體在豎直平面內(nèi)做的圓周運(yùn)

2、動(dòng)是一種典型的變速曲線運(yùn)動(dòng)，該類運(yùn)動(dòng)常有臨界問(wèn)題，并伴有曲線運(yùn)動(dòng)，該類運(yùn)動(dòng)常有臨界問(wèn)題，并伴有“最最大大”“”“最小最小”“”“剛好剛好”等詞語(yǔ)，現(xiàn)就兩種模型分析等詞語(yǔ)，現(xiàn)就兩種模型分析比較如下：比較如下：物理建模物理建模 “豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的繩、桿豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的繩、桿”模型模型 小球恰能做圓周運(yùn)動(dòng)，小球恰能做圓周運(yùn)動(dòng)，v臨臨0易錯(cuò)易混易錯(cuò)易混二、典例剖析二、典例剖析2. 典例剖析典例剖析解析解析/顯隱顯隱【備選備選】如圖示如圖示,2012年年8月月7日倫敦奧運(yùn)會(huì)體操男子單桿決賽日倫敦奧運(yùn)會(huì)體操男子單桿決賽,荷荷蘭選手宗德蘭德榮獲冠軍蘭選手宗德蘭德榮獲冠軍.若他的質(zhì)量為若他的質(zhì)量為60

3、 kg,做做“雙臂大回環(huán)雙臂大回環(huán)”,用雙手抓住單杠用雙手抓住單杠,伸展身體伸展身體,以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng).此過(guò)程中此過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的總拉力至少約為員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的總拉力至少約為(忽略空氣阻力，忽略空氣阻力，g10 m/s2)() A600 N B2 400 NC3 000 N D3 600 N 審審題題設(shè)設(shè)疑疑1、此運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)屬于什么類型圓周運(yùn)動(dòng)、此運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)屬于什么類型圓周運(yùn)動(dòng)？2、運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)過(guò)程遵從什么物理規(guī)律、運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)過(guò)程遵從什么物理規(guī)律?3、如何選擇狀態(tài)及過(guò)程列方程解答問(wèn)題、如何選擇狀態(tài)及過(guò)程列方程解答問(wèn)題？豎直面內(nèi)圓周豎直面

4、內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的桿模型運(yùn)動(dòng)的桿模型 牛頓第二定牛頓第二定律和機(jī)械能律和機(jī)械能守恒定律守恒定律 審題審題關(guān)鍵點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)員以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)員以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)自己試一試！自己試一試！建模建模選規(guī)律選規(guī)律求解求解列方程列方程屬于豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的桿模型屬于豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的桿模型牛頓第二定律和機(jī)械能守恒定律牛頓第二定律和機(jī)械能守恒定律轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 解析解析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 原題原題三、規(guī)律方法三、規(guī)律方法3.規(guī)律方法規(guī)律方法豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的求解思路豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的求解思路 方法提煉方法提煉(1)定模型定模型： 判斷判斷 輕繩模型輕繩模型 或者或者 輕桿模型輕桿模型(2)確定臨界點(diǎn)：確定臨界點(diǎn)： 輕繩模型

5、輕繩模型 能否通過(guò)最高點(diǎn)的臨界點(diǎn)能否通過(guò)最高點(diǎn)的臨界點(diǎn) 輕桿模型輕桿模型 FN表現(xiàn)為支持力還是拉力的臨界點(diǎn)表現(xiàn)為支持力還是拉力的臨界點(diǎn)(3)研究狀態(tài)：研究狀態(tài)：通常只涉及通常只涉及 最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況(4)受力分析：受力分析：在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)進(jìn)行受力分析，由牛頓第在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律列方程，二定律列方程，F(xiàn)合合F向向(5)過(guò)程分析：過(guò)程分析：應(yīng)用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律將初、末兩應(yīng)用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律將初、末兩個(gè)狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)列方程個(gè)狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)列方程.【變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3 3】在穩(wěn)定軌道上的空間站中在穩(wěn)定軌道上的空間站中, ,物體處于

6、完全失重狀態(tài)物體處于完全失重狀態(tài), ,空間站中有如圖示的裝置空間站中有如圖示的裝置, ,半徑分別為半徑分別為r和和R( (Rr) )的甲、乙兩個(gè)的甲、乙兩個(gè)光滑的圓形軌道安置在同一豎直平面上光滑的圓形軌道安置在同一豎直平面上, ,軌道之間有一條水平軌道軌道之間有一條水平軌道CD相通相通, ,宇航員讓一小球以一定的速度先滑上甲軌道宇航員讓一小球以一定的速度先滑上甲軌道, ,通過(guò)粗糙的通過(guò)粗糙的CD段段, ,又滑上乙軌道，最后離開(kāi)兩圓軌道，那么下列說(shuō)法中正確又滑上乙軌道，最后離開(kāi)兩圓軌道，那么下列說(shuō)法中正確的是的是( () )A. .小球在小球在CD間由于摩擦力而做減速運(yùn)動(dòng)間由于摩擦力而做減速運(yùn)動(dòng)

7、B. .小球經(jīng)過(guò)甲軌道最高點(diǎn)時(shí)比經(jīng)過(guò)乙軌道最高點(diǎn)時(shí)速度大小球經(jīng)過(guò)甲軌道最高點(diǎn)時(shí)比經(jīng)過(guò)乙軌道最高點(diǎn)時(shí)速度大C. .如果減小小球的初速度如果減小小球的初速度, ,小球有可能不能到達(dá)乙軌道的最高點(diǎn)小球有可能不能到達(dá)乙軌道的最高點(diǎn)D. .小球經(jīng)過(guò)甲軌道最高點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大于經(jīng)過(guò)乙軌道最高點(diǎn)小球經(jīng)過(guò)甲軌道最高點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大于經(jīng)過(guò)乙軌道最高點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力時(shí)對(duì)軌道的壓力審題導(dǎo)析審題導(dǎo)析1.小球處于完全失重狀態(tài)小球處于完全失重狀態(tài).2.注意小球在整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程注意小球在整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遵從哪些物理規(guī)律中遵從哪些物理規(guī)律.四、跟蹤訓(xùn)練四、跟蹤訓(xùn)練4.跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練解析解析/顯隱顯隱此條件隱含此條件隱含了什

8、么物理了什么物理特征？特征？【訓(xùn)練訓(xùn)練2】(多選多選) 如圖所示，如圖所示，M為固定在為固定在水平桌面上的有缺口的方形木塊，水平桌面上的有缺口的方形木塊，abcd為為半徑是半徑是R的光滑圓弧形軌道，的光滑圓弧形軌道，a為軌道的為軌道的最高點(diǎn)，最高點(diǎn)，de面水平且有一定長(zhǎng)度今將質(zhì)面水平且有一定長(zhǎng)度今將質(zhì)量為量為m的小球在的小球在d點(diǎn)的正上方高為點(diǎn)的正上方高為h處由靜處由靜止釋放，讓其自由下落到止釋放，讓其自由下落到d處切入軌道內(nèi)處切入軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，則運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，則()A只要只要h大于大于R，釋放后小球就能通過(guò)，釋放后小球就能通過(guò)a點(diǎn)點(diǎn)B只要改變只要改變h的大小，就能使小球通過(guò)的大小，就能使小球通過(guò)a點(diǎn)后，既可能落回軌道內(nèi)，又可能落到點(diǎn)后，既可能落回軌道內(nèi)，又可能落到de面上面上C無(wú)論怎樣改變無(wú)論怎樣改變h的大小，都不可能使的大小，都不可能使小球通過(guò)小球通過(guò)a點(diǎn)后落回軌道內(nèi)點(diǎn)后落回軌道內(nèi)D調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)h的大小，可以使小球飛出的大小，可以使小球飛出de面面之外之外(即即