高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第四章 圓周運(yùn)動(dòng)

1、高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第四章 圓周運(yùn)動(dòng)課件第1頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)(1)定義:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,若在相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的圓弧長(zhǎng)相等知識(shí)梳理,就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度大小不變的圓周運(yùn)動(dòng)。(2)性質(zhì):加速度大小不變,方向始終指向圓心,是變加速運(yùn)動(dòng)。(3)條件:合外力大小不變、方向始終與速度方向垂直且指向圓心。2.描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量第2頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四 定義、意義公式、單位(1)描述做圓周運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量(v)(2)是矢量,方向和半徑垂直,和圓周相切(1)v=

2、(2)單位:m/s(1)描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量()(2)中學(xué)不研究其方向(1)=(2)單位:rad/s2.描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量第3頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四(1)周期是物體沿圓周運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間(T)(2)轉(zhuǎn)速是物體在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)(n),也叫頻率(f)(1)T=,單位:s(2)n的單位:r/s、r/min(3)f=,單位:Hz(1)描述速度方向變化快慢的物理量(an)(2)方向指向圓心(1)an=2r(2)單位:m/s2(1)v=r=2rf(2)an=r2=v=r=42f2r第4頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四3.向心力F

3、(1)作用效果:產(chǎn)生向心加速度,只改變線速度的方向,不改變線速度的大小,因此向心力不做功。(2)大小:F=ma=m=mr2=mr。(3)方向:總是沿半徑指向圓心,向心力是個(gè)變力。二、離心現(xiàn)象1.定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,在所受的合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下,就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng),即離心運(yùn)動(dòng)。第5頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四2.本質(zhì):做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,由于本身的慣性,總是有沿著圓周切線方向飛出去的傾向。3.受力特點(diǎn)當(dāng)F=mr2時(shí),物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)F=0時(shí),物體沿切線方向飛出;當(dāng)FRB,故vAvB,A正確;F向=mg cot =m2

4、R,由于RARB,故ARB,故TATB,C錯(cuò);FN=,故FNA=FNB,D錯(cuò)。答案AB第16頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四1-1飛機(jī)做特技表演時(shí),常做俯沖拉起運(yùn)動(dòng),如圖所示,此運(yùn)動(dòng)在最低點(diǎn)附近可看做是半徑為500 m的圓周運(yùn)動(dòng)。若飛行員的質(zhì)量為65 kg,飛機(jī)經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)速度為360 km/h,則這時(shí)飛行員對(duì)座椅的壓力為多大?(取g=10 m/s2)第17頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第18頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四對(duì)飛行員受力分析,如圖所示,有FN-mg=m得:FN=mg+m=1 950 N答案1 950

5、 N解析由牛頓第三定律可知支持力大小等于壓力大小,所以飛行員對(duì)座椅的壓力為1 950 N。第19頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四在分析傳動(dòng)裝置的各物理量時(shí),要抓住不等量和相等量的關(guān)系,表現(xiàn)為:1.同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的各點(diǎn)角速度相等,而線速度v=r與半徑r成正比,向心加速度a=2r與半徑r成正比。2.當(dāng)皮帶不打滑時(shí),傳動(dòng)皮帶與和皮帶連接的兩輪邊緣的各點(diǎn)線速度大小相等,而兩輪的角速度=與半徑r成反比,向心加速度a=與半徑r成反比。 重難二傳動(dòng)裝置中各物理量之間的關(guān)系第20頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四典例2如圖所示為一皮帶傳動(dòng)裝置,右輪的半徑為r,a是它

6、邊緣上的一點(diǎn),左側(cè)是一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪半徑為 2r,b點(diǎn)在小輪上,到小輪圓心的距離為r,c點(diǎn)和d點(diǎn)分別位于小輪和大輪的邊緣上。若在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,皮帶不打滑。則()A.a點(diǎn)與b點(diǎn)的線速度大小相等B.a點(diǎn)與b點(diǎn)的角速度大小相等C.a點(diǎn)與c點(diǎn)的線速度大小相等D.a點(diǎn)與d點(diǎn)的向心加速度大小相等第21頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四解析左、右兩輪通過(guò)皮帶傳動(dòng),在皮帶不打滑的前提下,應(yīng)有a、c兩點(diǎn)的線速度大小相等,b、c、d三點(diǎn)的角速度大小相等,即va=vc,b=c=d,C選項(xiàng)正確。由v=r可得vb=rb,vc=2rc,顯然vcvb,則vavb,又va=ravb=rb,

7、則ab,A、B兩選項(xiàng)錯(cuò)誤。由a=可得aa=,ad=,D選項(xiàng)正確。答案CD第22頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四2-1在離心澆鑄裝置中,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)支承輪同向轉(zhuǎn)動(dòng),管狀模型放在這兩個(gè)輪上靠摩擦轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,鐵水注入之后,由于離心作用,鐵水緊緊靠在模型的內(nèi)壁上,從而可得到密實(shí)的鑄件,澆鑄時(shí)轉(zhuǎn)速不能過(guò)低,否則,鐵水會(huì)脫離模型內(nèi)壁,產(chǎn)生次品。已知管狀模型內(nèi)壁半徑R,則管狀模型轉(zhuǎn)動(dòng)的最低角速度為()A.B.C.D.2答案A解析最易脫離模型內(nèi)壁的位置在最高點(diǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)的最低角速度對(duì)應(yīng)鐵水在最高點(diǎn)受內(nèi)壁的作用力恰好為零,即mg=m2R,得:=,A正確。第23頁(yè)，共40頁(yè)，2022年

8、，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四在豎直平面內(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。一類是無(wú)支撐(如球與繩連接,沿內(nèi)軌道的“過(guò)山車”等),稱為“繩(環(huán))約束模型”;二是有支撐(如球與桿連接,在彎管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)等),稱為“桿(管道)約束模型”。物體在豎直平面內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)是一種典型的變速曲線運(yùn)動(dòng),該類運(yùn)動(dòng)常有臨界問(wèn)題,并常伴有“最大”“最小”“剛好”等詞語(yǔ),現(xiàn)就兩種模型分析比較如下:重難三豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題第24頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四 無(wú)支撐模型有支撐模型常見(jiàn)類型均是沒(méi)有支撐的小球均是有支撐的小球過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件由mg=m得v臨=由小球

9、恰能做圓周運(yùn)動(dòng)即可得v臨=0第25頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四討論分析(1)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),v,FN+mg=m,繩、軌道對(duì)球產(chǎn)生彈力FN(2)不能過(guò)最高點(diǎn),v,在到達(dá)最高點(diǎn)前小球已經(jīng)脫離了圓軌道(1)當(dāng)v=0時(shí),FN=mg,FN為支持力,沿半徑背離圓心(2)當(dāng)0v時(shí),FN+mg=m,FN指向圓心并隨v的增大而增大第26頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四 典例3長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.50 m的輕質(zhì)細(xì)桿OA,A端有一質(zhì)量為m=3.0 kg的小球,如圖所示,小球以O(shè)點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)小球的速率是 2.0 m/s,g取 10 m/s2

10、,則此時(shí)細(xì)桿OA受到()A.6.0 N的拉力 B.6.0 N的壓力C.24 N的拉力D.24 N的壓力第27頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四解析解法一設(shè)小球以速率v0通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),球?qū)U的作用力恰好為零,即mg=m,得v0= m/s= m/s。由于v=2.0 m/s m/s,可知過(guò)最高點(diǎn)時(shí),球?qū)?xì)桿產(chǎn)生壓力。如圖甲所示,為小球的受力情況圖。由牛頓第二定律mg-FN=m,得FN=mg-m=(3.010-3.0)N=6.0 N。由牛頓第三定律知,細(xì)桿OA受到6.0 N的壓力。第28頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四解法二設(shè)桿對(duì)小球的作用力為FN(由

11、于方向未知,可以設(shè)為向下)。如圖乙所示,由向心力公式得FN+mg=m,則FN=m-mg=(3.0-3.010) N=-6.0 N。負(fù)號(hào)說(shuō)明FN的方向與假設(shè)方向相反,即向上。由牛頓第三定律知,細(xì)桿OA受到6.0 N的壓力。答案B第29頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四3-1如圖所示,小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),內(nèi)側(cè)壁半徑為R,小球半徑為r,則下列說(shuō)法正確的是()A.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度vmin=B.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度vmin=0C.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),內(nèi)側(cè)管壁對(duì)小球可能有作用力D.小球在水平線ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),外側(cè)管壁對(duì)小

12、球一定有作用力第30頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四答案B解析小球沿管道上升到最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零,故A錯(cuò)誤,B正確;小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),由外側(cè)管壁對(duì)小球的作用力FN與小球的重力在背離圓心方向的分力Fmg的合力提供向心力,即:FN-Fmg=m,因此,外側(cè)管壁一定對(duì)球有作用力,而內(nèi)側(cè)管壁無(wú)作用力,C錯(cuò)誤;小球在水平線ab以上的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí),小球受管壁的作用力與小球速度大小有關(guān),D錯(cuò)誤。第31頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四臨界問(wèn)題的分析方法1.判斷臨界狀態(tài):有些題目中有“剛好”“恰好”“正好”等字眼,明顯表明題述的問(wèn)題存在著臨

13、界點(diǎn);若題目中有“取值范圍”“多長(zhǎng)時(shí)間”“多大距離”等詞語(yǔ),表明題述的過(guò)程存在著“起止點(diǎn)”,而這些起止點(diǎn)往往就是臨界狀態(tài);若題目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明思想方法題述的過(guò)程存在著極值,這個(gè)極值點(diǎn)也往往是臨界狀態(tài)。2.確定臨界條件:判斷題述的過(guò)程存在臨界狀態(tài)之后,要通過(guò)分析弄清臨界狀態(tài)出現(xiàn)的條件,并以數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來(lái)。3.選擇物理規(guī)律:當(dāng)確定了物體運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)和臨界條件后,要分別對(duì)于不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程或現(xiàn)象,選擇相對(duì)應(yīng)的物理規(guī)律,然后再列方程求解。第32頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四第33頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四典

14、例如圖所示,在光滑的圓錐體頂端用長(zhǎng)為l的繩懸掛一質(zhì)量為m的小球。圓錐體固定在水平面上不動(dòng),其軸線沿豎直方向,母線與軸線之間的夾角為30。小球以速率v繞圓錐體軸線做水平勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(1)當(dāng)v1=時(shí),求繩對(duì)小球的拉力;(2)當(dāng)v2=時(shí),求繩對(duì)小球的拉力。解析如圖所示,小球在錐面上運(yùn)動(dòng),但支持力FN=0,小球只受重力mg和繩的拉力FT作用,合力沿水平面指向軸線。根據(jù)牛頓第二定律有:第34頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四mg tan =m=m解得:v0=解析如圖所示,小球在錐面上運(yùn)動(dòng),但支持力FN=0,小球只受重力mg和繩的拉力FT作用,合力沿水平面指向軸線。根據(jù)牛頓第二定

15、律有:第35頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四(1)因?yàn)関1v0,所以小球與錐面脫離接觸,設(shè)繩與豎直方向的夾角為,此時(shí)小球受力如圖乙所示。根據(jù)牛頓第二定律有:FT sin =FT cos -mg=0解得:FT=2mg答案(1)1.03mg(2)2mg第37頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四針對(duì)訓(xùn)練如圖所示,細(xì)繩一端系著質(zhì)量m=0.6 kg的物體,靜止在水平面上,另一端通過(guò)光滑的小孔吊著質(zhì)量m=0.3 kg的物體,m的重心與圓孔的距離為0.2 m,并知m和水平面的最大靜摩擦力為2 N。現(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng),問(wèn)角速度在什么范圍,m會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)。(取g=10 m/s2)第38頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期四答案2.9 rad/s6.5 rad/s解析要使m靜止,m也應(yīng)與平面相對(duì)靜止,而m與平面相對(duì)靜止時(shí)有兩個(gè)臨界狀態(tài):當(dāng)為所求范圍最小值時(shí),m有向著圓心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),水平面對(duì)m的靜摩擦力的方向背離圓心,大小等于最大靜