專題圓周運動的臨界問題

關(guān)于專題圓周運動的臨界問題第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日情景創(chuàng)設(shè)：雜技演員表演“水流星”節(jié)目，我們發(fā)現(xiàn)不管演員怎樣掄，水都不會從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內(nèi)運動到最高點時，已經(jīng)杯口朝下，水也不會從杯子里灑出。這是為什么？

step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日step1.豎直面內(nèi)的臨界問題：繩-球、桿-球模型模型：繩球模型（無內(nèi)軌支撐）質(zhì)點在細繩作用下在質(zhì)點沿豎直光滑軌道豎直面內(nèi)做圓周運動內(nèi)側(cè)做圓周運動

第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型模型：繩球模型（無內(nèi)軌支撐）思考：過最高點的最小速度是多大?當V=時，T=0

TmgTmgO第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日應(yīng)用：雜技演員表演“水流星”節(jié)目，我們發(fā)現(xiàn)不管演員怎樣掄，水都不會從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內(nèi)運動到最高點時，已經(jīng)杯口朝下，水也不會從杯子里灑出。這是為什么？

step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日應(yīng)用：如圖所示，質(zhì)量為0.5kg的杯子里盛有1kg的水，用繩子系住水杯在豎直平面內(nèi)做“水流星”表演，轉(zhuǎn)動半徑為1m，水杯通過最高點的速度為4m/s，求：（1）在最高點時，繩的拉力？（2）在最高點時水對杯底的壓力？

step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型BACDmgNmgNNA最高點A：最低點C:水平直徑B點：

第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓形軌道內(nèi)側(cè)運動，若經(jīng)最高點不脫離軌道的臨界速度為v，則當小球以2v速度經(jīng)過最高點時，小球?qū)壍赖膲毫Υ笮椋ǎ?/p>

A、0B、mgC、3mgD、5mgstep1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型C第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型模型：桿球模型（有內(nèi)外軌支撐）質(zhì)點被輕桿拉著在質(zhì)點沿豎直光滑細管豎直面內(nèi)做圓周運動內(nèi)做圓周運動

第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日過最高點的最小速度是多大?V=0Ｌstep1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日長度為0.5m的輕質(zhì)細桿，A端有一質(zhì)量為3kg的小球，以O(shè)點為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，如圖所示，小球通過最高點時的速度為2m/s，取g=10m/s2，則此時輕桿OA將（

）

A．受到6.0N的拉力

B．受到6.0N的壓力

C．受到24N的拉力

D．受到54N的拉力step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型B第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日如圖所示，在電動機距軸O為r處固定一質(zhì)量為m的鐵塊，電動機啟動后，鐵塊以角速度ω繞軸O勻速轉(zhuǎn)動，則電動機對地面的最大壓力和最小壓力之差為多少？（1）若m在最高點時突然與電機脫離，它將如何運動?（2）當角速度ω為何值時，鐵塊在最高點與電機恰無作用力?（3）本題也可認為是一電動打夯機的原理示意圖。若電機的質(zhì)量為M，則ω多大時，電機可以“跳”起來?此情況下，對地面的最大壓力是多少?step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日

半徑為L的圓管軌道(圓管內(nèi)徑遠小于軌道半徑)豎直放置，管內(nèi)壁光滑，管內(nèi)有一個小球(小球直徑略小于管內(nèi)徑)可沿管轉(zhuǎn)動，設(shè)小球經(jīng)過最高點P時的速度為v，則(

)A．v的最小值為B．v若增大，球所需的向心力也增大C．當v由

逐漸減小時，軌道對球的彈力也減小D．當v由

逐漸增大時，軌道對球的彈力也增大step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型BD第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日在傾角為α=30°的光滑斜面上用細繩拴住一小球，另一端固定，其細線長為0.8m，現(xiàn)為了使一質(zhì)量為0.2kg的小球做圓周運動，則小球在最高點的速度至少為多少？step1.豎直面內(nèi)的繩-球、桿-球模型α第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日step2.水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題

質(zhì)量為m的小球由輕繩a和b分別系于一輕質(zhì)細桿的A點和B點，如圖所示，繩a與水平方向成θ角，繩b在水平方向且長為l，當輕桿繞軸AB以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)繩的張力不可能為零B．a(chǎn)繩的張力隨角速度的增大而增大C．當角速度ω>，b繩將出現(xiàn)彈力D．若b繩突然被剪斷，則a繩的彈力一定發(fā)生變化AC1.繩子中的臨界問題第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日

一個光滑的圓錐體固定在水平桌面上，其軸線沿豎直方向，母線與軸線之間的夾角為θ=30°，一長為L的輕繩一端固定在圓錐體的頂點O處，另一端拴著一個質(zhì)量為m的小物體．物體以速度v繞圓錐體的軸線在水平面內(nèi)做勻速圓周運動．（結(jié)果可保留根式）

（1）當v1=時，求繩對物體的拉力；

（2）當v2=時，求繩對物體的拉力．2.脫離與不脫離的臨界問題step2.水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日

在勻速轉(zhuǎn)動的水平圓盤上，沿半徑方向放置兩個用細線相連的質(zhì)量均為m的小物體A、B，它們到轉(zhuǎn)軸的距離分別為，，A、B與盤面間最大靜摩擦力均為重力的0.4倍，g=10m/s2取。試求：

（1）當細線上開始出現(xiàn)張力時，圓盤的角速度；

（2）當A開始滑動時，圓盤的角速度；

（3）當A即將滑動時，燒斷細線，A、B運動狀態(tài)如何？A繼續(xù)做圓周運動，B做離心運動3.滑動與靜止的臨界問題step2.水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日step2.水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題如圖所示，物體P用兩根長度相等、不可伸長的細線系于豎直桿上，它們隨桿轉(zhuǎn)動，若轉(zhuǎn)動角速度為ω，則（）A．ω只有超過某一值時，繩子AP才有拉力B．繩子BP的拉力隨ω的增大而增大C．繩子BP的張力一定大于繩子AP的張力D．當ω增大到一定程度時，繩AP的張力大于BP的張力A1.繩子中的臨界問題第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

如圖所示，兩繩子系一個質(zhì)量為m=0.1kg的小球，上面繩子長L=2m，兩繩都拉直時與軸夾角分別為30°與45°。問球的角速度滿足什么條件，兩繩子始終張緊？））30°45°ωCABL2.4rad/s≤ω≤3.16rad/sstep2.水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題1.繩子中的臨界問題第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日如圖所示，OO′為豎直軸，MN為固定在OO′上的水平光滑桿，有兩個質(zhì)量相同的金屬球A、B套在水平桿上，AC和BC為抗拉能力相同的兩根細線，C端固定在轉(zhuǎn)軸OO′上．當繩拉直時，A、B兩球轉(zhuǎn)動半徑之比恒為2∶1，當轉(zhuǎn)軸的角速度逐漸增大時 (

)A．AC先斷B．BC先斷C．兩線同時斷D．不能確定哪根線先斷

A

step2.水平面內(nèi)圓周運動的臨界問題1.繩子中的臨界問題第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日

如圖所示，直角架ABC的AB邊在豎直方向上，在B