《奪冠之路》福建專(zhuān)用高三物理一輪復(fù)習(xí) 第4章第3課時(shí) 圓周運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律課件 魯科

2012高三物理復(fù)習(xí)課件（導(dǎo)與練福建）第4章第三課時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律1．掌握勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)及各物理量之間的關(guān)系．并會(huì)計(jì)算向心力和向心加速度．2．掌握豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩種模型并解決與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系的相關(guān)實(shí)際問(wèn)題．3．知道離心現(xiàn)象，并會(huì)分析離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的條件．1．描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及其相互關(guān)系描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量主要有線速度、角速度、周期、頻率、轉(zhuǎn)速、向心加速度、向心力等，現(xiàn)比較如下表：

向心力是一種效果力，在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)不能有“向心力”．2．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)①定義：在任意相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)都相等的圓周運(yùn)動(dòng)．②性質(zhì)：向心加速度大小不變，方向時(shí)刻變化的變加速曲線運(yùn)動(dòng)．③質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件合力大小不變，方向始終與速度方向垂直且指向圓心④兩個(gè)結(jié)論a．同一轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)(或物體)上的各點(diǎn)角速度相同．b．皮帶連接的兩輪不打滑時(shí)，輪緣上各點(diǎn)的線速度大小相等．(2)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)①定義：線速度大小、方向均不斷變化的圓周運(yùn)動(dòng)．②合力的作用a．合力沿速度方向的分量Fτ產(chǎn)生切向加速度，F(xiàn)τ＝maτ，它只改變大?。産．合力沿半徑方向的分量Fn產(chǎn)生向心加速度，F(xiàn)n＝man，它只改變方向．3．離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng)(1)離心運(yùn)動(dòng)①定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受到的合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的情況下，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，總有沿著切線方向飛出去的傾向．③受力特點(diǎn)點(diǎn)當(dāng)F＝mω2r時(shí)，物體體做勻速速圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F＝0時(shí)，物體體沿切線方向飛出出；當(dāng)F<mωω2·r時(shí)，物體體逐漸遠(yuǎn)遠(yuǎn)離圓心心，F(xiàn)為實(shí)際提提供的向向心力．．如圖所所示．(2)向心運(yùn)動(dòng)動(dòng)當(dāng)提供向向心力的的合外力力大于做做圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)所需需向心力力時(shí)，即即F>mrω2，物體逐逐漸向圓心靠近．如如圖所示示．(對(duì)應(yīng)學(xué)生生用書(shū)第第52頁(yè))1．如圖所所示，物物塊在水水平圓盤(pán)盤(pán)上，與與圓盤(pán)一一起繞固固定軸飛飛速轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，下列列說(shuō)法中中正確的的是(B)A．物塊處于于平衡狀態(tài)態(tài)B．物塊受三三個(gè)力作用用C．在角速度度一定時(shí)，，物塊到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸的距離離越遠(yuǎn)，物物塊越不容容易脫離圓圓盤(pán)D．在物塊到到轉(zhuǎn)軸距離離一定時(shí)，，物塊運(yùn)動(dòng)動(dòng)周期越小小，越不容容易脫離圓圓盤(pán)解析：對(duì)物塊受力力分析可知知，物塊受受豎直向下下的重力、、垂直圓盤(pán)盤(pán)向上的支支持力及指指向圓心的的摩擦力共共三個(gè)力作作用，合力力提供向心心力，A錯(cuò)，B正確．根據(jù)據(jù)向心力公公式F＝mrω2可知，當(dāng)ω一定時(shí)，半半徑越大，，所需的向向心力越大大，越容易易脫離圓盤(pán)盤(pán)；根據(jù)向向心力公式式F＝mr()2可知，當(dāng)物物塊到轉(zhuǎn)軸軸距離一定定時(shí)，周期期越小，所所需向心力力越大，越越容易脫離離圓盤(pán)，C、D錯(cuò)誤．2．鐵路轉(zhuǎn)彎彎處的彎道道半徑r是根據(jù)地形形決定的．．彎道處要要求外軌比比內(nèi)軌高，，其內(nèi)外軌軌高度差h的設(shè)計(jì)不僅僅與r有關(guān)，還與與火車(chē)在彎彎道上的行行駛速率v有關(guān)，下列列說(shuō)法正確確的是(A)A．v一定時(shí)，r越小則要求求h越大B．v一定時(shí)，，r越大則要要求h越大C．r一定時(shí)，，v越小則要求h越大D．r一定時(shí)，v增大則h可以不變3．(2011年福州高三模模擬測(cè)試)如圖所示，長(zhǎng)長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)繩一端固固定，另一端端系一質(zhì)量為為m的小球．給小小球一個(gè)合適適的初速度，，小球便可在在水平面內(nèi)做做勻速圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)，這樣就就構(gòu)成了一個(gè)個(gè)圓錐擺，設(shè)設(shè)細(xì)繩與豎直直方向的夾角角為θ.下列說(shuō)法中正正確的是(B)A．小球受重力力、繩的拉力力和向心力作作用B．小球只受重重力和繩的拉拉力作用C．θ越大，小球運(yùn)運(yùn)動(dòng)的速度越越小D．θ越大，小球運(yùn)運(yùn)動(dòng)的周期越越大圓周運(yùn)動(dòng)中的的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題題分析1．向心力的來(lái)源源向心力是按力力的作用效果果命名的，可可以是重力、、彈力、摩擦擦力等各種力力，也可以是是幾個(gè)力的合合力或某個(gè)力力的分力，因因此在受力分分析中要避免免再另外添加加一個(gè)向心力力．2．向心力的確定定(1)確定圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)的軌道所在在的平面，確確定圓心的位位置．(2)分析物體的受受力情況，找找出所有的力力沿半徑方向向指向圓心的的合力就是向向心力．3．解決圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)問(wèn)題的主要要步驟(1)審清題意，確確定研究對(duì)象象；(2)分析物體的運(yùn)運(yùn)動(dòng)情況，即即物體的線速速度、角速度度、周期、軌軌道平面、圓圓心、半徑等等；(3)分析物體的受受力情況，畫(huà)畫(huà)出受力示意意圖，確定向向心力的來(lái)源源；(4)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)動(dòng)定律及向心心力公式列方方程；(5)求解、討論．．(1)無(wú)論勻速圓周周運(yùn)動(dòng)還是非非勻速圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)，沿半徑徑指向圓心的的合力均為向向心力．(2)當(dāng)采用正交交分解法分分析向心力力的來(lái)源時(shí)時(shí)，做圓周周運(yùn)動(dòng)的物物體在坐標(biāo)標(biāo)原點(diǎn)，一一定有一個(gè)個(gè)坐標(biāo)軸沿沿半徑指向向圓心．【例1】有一種叫“飛椅”的游樂(lè)項(xiàng)目目，示意圖圖如圖所示示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的鋼繩一端端系著座椅椅，另一端端固定在半半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤(pán)盤(pán)邊緣．轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)可繞穿穿過(guò)其中心心的豎直軸軸轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)以角角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)時(shí)，鋼繩與與轉(zhuǎn)軸在同同一豎直平平面內(nèi)，與與豎直方向向的夾角為為θ.不計(jì)鋼繩的的重力，求求轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的角速度度ω與夾角θ的關(guān)系．讀題：座椅在轉(zhuǎn)盤(pán)盤(pán)和鋼繩的的作用下做做勻速圓周周運(yùn)動(dòng)，鋼鋼繩拉力和和座椅的重重力的合力力提供向心心力．其軌軌道半徑為為：r＋Lsinθθ.畫(huà)圖：以座椅為研研究對(duì)象受受力分析，，并標(biāo)出軌軌道半徑如如圖所示．．列式：F合＝mgtanθ.由牛頓第二二定律知：：F合＝mωω2·R，其中中R＝r＋Lsinθθ.分析析圓圓周周運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)中中的的動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)問(wèn)問(wèn)題題，，首首先先要要確確定定圓圓周周運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的平平面面，，找找圓圓心心位位置置、、軌軌道道半半徑徑，，再再對(duì)對(duì)研研究究對(duì)對(duì)象象進(jìn)進(jìn)行行受受力力分分析析，，列列方方程程求求解解．．針對(duì)對(duì)訓(xùn)訓(xùn)練練11：如圖圖所所示示，，A、B、C三個(gè)個(gè)物物體體放放在在旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)圓圓臺(tái)臺(tái)上上，，與與臺(tái)臺(tái)面面間間的的動(dòng)動(dòng)摩摩擦擦因因數(shù)數(shù)均均為為μ，A的質(zhì)質(zhì)量量為為2m，B、C質(zhì)量量均均為為m，A、B離軸軸的的距距離離為為R，C離軸軸的的距距離離為為2R.則當(dāng)當(dāng)圓圓臺(tái)臺(tái)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)以以下下說(shuō)說(shuō)法法不不正正確確的的是是(設(shè)A、B、C都沒(méi)沒(méi)有有滑滑動(dòng)動(dòng))()A．C物體體的的向向心心加加速速度度最最大大B．B物體體所所受受靜靜摩摩擦擦力力最最小小C．當(dāng)當(dāng)圓圓臺(tái)臺(tái)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速增增大大時(shí)時(shí)，，C比A先滑滑動(dòng)動(dòng)D．當(dāng)當(dāng)圓圓臺(tái)臺(tái)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速增增大大時(shí)時(shí)，，B比A先滑滑動(dòng)動(dòng)解析析：：因A、B、C角速度相相同，故故向心加加速度a∝R，選項(xiàng)A正確．靜靜摩擦力力提供向向心力，，F(xiàn)＝ma∝mR，有FA＝FC＝2FB，選項(xiàng)B正確．三三個(gè)物體體所受靜靜摩擦力力的最大大值分別別為FAm＝2μmg，F(xiàn)Bm＝μmg，F(xiàn)Cm＝μmg，因此，，當(dāng)轉(zhuǎn)速速增大時(shí)時(shí)，C物體將先先達(dá)到最最大靜摩摩擦力，，先滑動(dòng)動(dòng)，A、B物體將同同時(shí)達(dá)到到最大靜靜摩擦力力，同時(shí)時(shí)滑動(dòng)，，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．答案：D.車(chē)輛轉(zhuǎn)彎彎問(wèn)題研研究1．火車(chē)轉(zhuǎn)彎彎問(wèn)題，，如圖所所示．(1)內(nèi)外軌高高度相同同時(shí)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎所需需的向心心力由外外軌道的的彈力提提供．(2)外軌高度度高于內(nèi)內(nèi)軌，火火車(chē)按設(shè)設(shè)計(jì)速度度行駛時(shí)時(shí)，火車(chē)車(chē)轉(zhuǎn)彎所所需的向向心力由由重力和和彈力的的合力提提供，如如圖所示示．火車(chē)車(chē)實(shí)際行行駛速度度大于設(shè)設(shè)計(jì)速度度時(shí)，其其轉(zhuǎn)彎所所需的向向心力由由重力、、彈力和和外軌道道的彈力力提供．．2．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎彎問(wèn)題(1)路面水平平時(shí)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎所需需的向心心力由靜(2)高速公路的轉(zhuǎn)彎處，公路的外沿設(shè)計(jì)的比內(nèi)沿略高，若汽車(chē)以設(shè)計(jì)速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的向心力由重力和彈力的合力提供．【例2】鐵路轉(zhuǎn)彎彎處的彎彎道半徑徑r是根據(jù)地地形決定定的，彎彎道處要要求外軌軌比內(nèi)軌軌高，其其內(nèi)外軌軌道高度度差h的設(shè)計(jì)不不僅與r有關(guān)，還還取決于于火車(chē)在在彎道上上的行駛駛速率，，下表中中是鐵路路設(shè)計(jì)人人員技術(shù)術(shù)手冊(cè)中中彎道半半徑r及與之對(duì)對(duì)應(yīng)的軌軌道的高高度差h：(g＝11m/s2)彎道半徑r/m660330220165132111內(nèi)外軌道高度差h/mm50110150200250300(1)據(jù)表中數(shù)數(shù)據(jù)，導(dǎo)導(dǎo)出h和r關(guān)系的表表達(dá)式，，并求出出r＝440m時(shí)h的值．(2)鐵路建成成后，火火車(chē)通過(guò)過(guò)彎道時(shí)時(shí)，為保保證絕對(duì)對(duì)安全，，要求內(nèi)內(nèi)、外軌軌道均不不向車(chē)輪輪施加側(cè)側(cè)向壓力力，又已已知我國(guó)國(guó)鐵路內(nèi)內(nèi)、外軌軌的間距距設(shè)計(jì)值值L＝1435mm，結(jié)合表表中的數(shù)數(shù)據(jù)，算算出我國(guó)國(guó)火車(chē)的的轉(zhuǎn)彎速思路點(diǎn)撥：根據(jù)數(shù)據(jù)表分析r和h的關(guān)系，利用圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)知識(shí)求解．答案：：(1)hr＝33m275mm(2)54km/h(1)由表中中數(shù)據(jù)據(jù)可獲獲得什什么信信息？？(2)此題中中有哪哪些力力來(lái)提提供向向心力力是最最理想想的？？(3)此類(lèi)問(wèn)答案：(1)由表中數(shù)據(jù)可知，彎道半徑越大，內(nèi)外軌道高度差越小．(2)重力與支持力的合力提供向心力是最理想的．(3)水平面．答案：：B.豎直平平面內(nèi)內(nèi)兩種種模型型物體在在豎直直面內(nèi)內(nèi)做的的圓周周運(yùn)動(dòng)動(dòng)是一一種典典型的的變速速曲線線運(yùn)動(dòng)動(dòng)，該該類(lèi)運(yùn)運(yùn)動(dòng)常常有臨臨界問(wèn)問(wèn)題，，并伴伴有“最大”、“最小”、“剛好”等詞語(yǔ)語(yǔ)，常常見(jiàn)模模型有有兩種種——輕繩模模型和和輕桿桿模型型，分分析比比較如如下：：【例3】繩系著著裝有有水的的水桶桶，在在豎直直平面面內(nèi)做做圓周周運(yùn)動(dòng)動(dòng)，水水的質(zhì)質(zhì)量m＝0.5kg，繩長(zhǎng)長(zhǎng)l＝60cm，求：：(1)在最高(2)水在最高點(diǎn)速率v＝3m/s時(shí)，水對(duì)桶底的壓力．(3)若要保證水做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，那么在一周內(nèi)的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)繩所施加的拉力差是多少？思路點(diǎn)撥：明確是哪種模型，根據(jù)該模型的最高點(diǎn)臨界條件及牛頓第二定律和功能關(guān)系求解．最高點(diǎn)點(diǎn)：T1＋mg＝m①最低點(diǎn)點(diǎn)：T2－mg＝m②從最高高點(diǎn)到到最低低點(diǎn)，，由動(dòng)動(dòng)能定定理：：mg··2l＝mv－mv③由①②③③式得：：T2－T1＝6mg＝29.4N.答案：：(1)2.42m/s(2)2.6N，方向向豎直直向上上(3)29.4N解決豎豎直平平面內(nèi)內(nèi)圓周周運(yùn)動(dòng)動(dòng)關(guān)鍵鍵是把把握住住兩點(diǎn)點(diǎn)．(1)分清兩兩種模模型，，研究究最高高點(diǎn)的的臨界界條件件及受受力情情況．．(2)涉及最最高點(diǎn)點(diǎn)與最最低點(diǎn)點(diǎn)的比比較要要靈活活應(yīng)用用動(dòng)能能定理理或機(jī)機(jī)械能能守恒恒．針對(duì)訓(xùn)訓(xùn)練31：長(zhǎng)l＝0.5m、質(zhì)量量可以以忽略略的桿桿，其其下端端固定定于O點(diǎn)，上上端連連接著著一個(gè)個(gè)質(zhì)量量m＝2kg的小球球A，A繞O點(diǎn)做圓圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，如圖圖所示示，在在A通過(guò)最最高點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，，試討討論在在下列列兩種種情況況下桿桿的受受力：：(取g＝11m/s2)(1)當(dāng)A的速率v1＝1m/s時(shí)．(2)當(dāng)A的速率v2＝4m/s時(shí)．(2011年上海理綜綜，8)如圖是位于于錦江樂(lè)園園的摩天輪輪，高度為為118m，直徑是98m，一質(zhì)量為為50kg的游客乘坐坐該摩天輪輪做勻速圓圓周運(yùn)動(dòng)旋旋轉(zhuǎn)一圈需需25min.如果以地面面為零勢(shì)能能面，則他他到達(dá)最高高處時(shí)的(取g＝11m/sA．重力勢(shì)能為5.4×114J，角速度為0.2rad/sB．重力勢(shì)能為4.9×114J，角速度為0.2rad/sC．重力勢(shì)能為5.4×114J，角速度為4.2×11－3rad/sD．重力勢(shì)能為4.9×114J，角速度為4.2×11－3rad/s本題屬于信信息題考查查了學(xué)生提提取信息的的能力，理理解好物理理模型和角角速度的定定義是解題題的前提．．【測(cè)控導(dǎo)航】考點(diǎn)題號(hào)1.向心力、向心加速度的認(rèn)識(shí)1、32.圓周運(yùn)動(dòng)各物理量的關(guān)系2、73.離心運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)44.豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)5、6、8、9、11解析：加速度是描描述速度變變化快慢的的物理量，，向心加速速度是描述述線速度方方向變化快快慢的物理理量，因此此A錯(cuò)，B對(duì)．只有勻勻速圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)的向心心加速度的的大小恒定定，C錯(cuò)．公式只只適用于勻勻變速運(yùn)動(dòng)動(dòng)，圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)是變速速運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)．2．(2011年上海市崇崇明區(qū)模擬擬)如圖所示是是一個(gè)玩具具陀螺，a、b和c是陀螺表面面上的三個(gè)個(gè)點(diǎn)．當(dāng)陀陀螺繞垂直直于地面的的軸線以角角速度ω穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，下列表表述正確的的是(D)A．a(chǎn)、b和c三點(diǎn)的線速速度大小相相等B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的線速速度始終相相同C．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的角速速度比c點(diǎn)的大D．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的加速速度比c點(diǎn)的大解析：由于a、b、c三點(diǎn)在同一一個(gè)陀螺上上，它們的的角速度相相等，由圖圖可知半徑徑關(guān)系為ra＝rb＞rc，根據(jù)v＝ωr可得va＝vb＞vc，故A、C均錯(cuò)誤；由由于線速度度是矢量，，盡管a、b兩點(diǎn)的線速速度大小相相等，但方方向不同，，故B錯(cuò)誤；由于于ωa＝ωb＝ωc，ra＝rb＞rc，由a＝ω2r可知，a、b兩點(diǎn)的加速速度大小相相等，且大大于c點(diǎn)的加速度度，故D正確．3．(2011年?yáng)|北三校校二次聯(lián)考考)如圖所示，，在繞中心心軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒筒內(nèi)壁上，，有一物體體隨圓筒一一起轉(zhuǎn)動(dòng)．．在圓筒的的角速度逐逐漸增大的的過(guò)程中，，物體相對(duì)對(duì)圓筒始終終未滑動(dòng)，，下列說(shuō)法法中正確的的是(C)A．物體所受受彈力逐漸漸增大，摩摩擦力大小小一定不變變B．物體所受受彈力不變變，摩擦力力大小減小小了C．物體所受受的摩擦力力與豎直方方向的夾角角不為零D．物體所受受彈力逐漸漸減小，摩摩擦力大小小可能不變變解析：在圓筒的角角速度逐漸漸增大的過(guò)過(guò)程中，物物體相對(duì)圓圓筒始終未未滑動(dòng)，則則摩擦力的的豎直分量量與重力平平衡，切向向分量與速速度方向相相同，使物物體速度增增加，所以以物體所受受的摩擦力力與豎直方方向的夾角角不為零，，C正確；物體體的向心力力由彈力提提供，隨著著速度增加加，向心力力增加，物物體所受彈彈力逐漸增增大，如果果圓筒的角角速度均勻勻增加，則則摩擦力大大小不變，，D錯(cuò)誤．4．(2011年安安徽徽省省百百校校論論壇壇聯(lián)聯(lián)考考)如圖圖所所示示，，在在自自行行車(chē)車(chē)后后輪輪輪輪胎胎上上粘粘附附著著一一塊塊泥泥巴巴，，現(xiàn)現(xiàn)將將自自行行車(chē)車(chē)后后輪輪撐撐起起，，使使后后輪輪離離開(kāi)開(kāi)地地面面而而懸懸空空，，然然后后用用手手A．a(chǎn)點(diǎn)B．b點(diǎn)C．c點(diǎn)D．d點(diǎn)解析：輪胎與泥巴的最大粘滯力是一定的，在不同的位置上，由勻速圓周運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)知，c點(diǎn)所需的粘滯力最大，所以最容易發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)而被甩下來(lái)，本題正確答案為C.8．(2011