2020選考物理-必修2-第四章-第2講-圓周運動課件

第2講圓周運動第2講圓周運動知識排查勻速圓周運動1.定義：做圓周運動的物體，若在相等的時間內(nèi)通過的圓弧長______，就是勻速圓周運動。2.特點：加速度大小______，方向始終指向______，是變加速運動。3.條件：合外力大小______、方向始終與______方向垂直且指向圓心。相等不變圓心不變速度知識排查勻速圓周運動1.定義：做圓周運動的物體，若在相等的時角速度、線速度、向心加速度角速度、線速度、向心加速度1.作用效果：向心力產(chǎn)生向心加速度，只改變速度的_____，不改變速度的_____。勻速圓周運動的向心力mω2r3.方向：始終沿半徑指向______方向，時刻在改變，即向心力是一個變力。4.來源：向心力可以由一個力提供，也可以由幾個力的______提供，還可以由一個力的______提供。方向大小圓心合力分力1.作用效果：向心力產(chǎn)生向心加速度，只改變速度的_____，1.定義：做____________的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需_______的情況下，就做逐漸遠離圓心的運動。離心現(xiàn)象圓周運動向心力1.定義：做____________的物體，在所受合外力突然1.豎直面內(nèi)的圓周運動 (1)汽車過弧形橋

特點：重力和橋面支持力的______提供向心力。 (2)水流星、繩球模型、內(nèi)軌道 (3)輕桿模型、管軌道2.火車轉彎

特點：重力與支持力的______提供向心力。(火車按設計速度轉彎，否則將擠壓內(nèi)軌或外軌)生活中的圓周運動合力合力1.豎直面內(nèi)的圓周運動生活中的圓周運動合力合力小題速練1.思考判斷 (1)做勻速圓周運動的物體所受合外力是保持不變的(

) (2)做勻速圓周運動的物體向心加速度與半徑成反比(

) (3)隨圓盤一起勻速轉動的物體受重力、支持力和向心力的作用(

) (4)做圓周運動的物體所受合外力突然消失，物體將沿圓周切線方向做勻速直線運動(

) (5)摩托車轉彎時，如果超速會發(fā)生滑動，這是因為摩托車受到離心力作用(

) (6)火車轉彎速率小于規(guī)定的安全速率，內(nèi)軌會受到壓力(

) (7)在絕對光滑的水平面上汽車可以轉彎(

)

答案

(1)×

(2)×

(3)×

(4)√

(5)×

(6)√

(7)×小題速練1.思考判斷圖1A.A點與C點的角速度大小相等B.B點與C點的線速度大小相等C.B點與C點的角速度大小之比為2∶1D.B點與C點的向心加速度大小之比為1∶4圖1答案D答案D3.[人教版必修2·P25·T2拓展]如圖2所示，兩個圓錐內(nèi)壁光滑，豎直放置在同一水平面上，圓錐母線與豎直方向夾角分別為30°和60°，有A、B兩個質(zhì)量相同的小球在兩圓錐內(nèi)壁等高處做勻速圓周運動，下列說法正確的是(

)圖23.[人教版必修2·P25·T2拓展]如圖2所示，兩個圓錐內(nèi)答案

C答案C勻速圓周運動及描述的物理量1.對公式v＝ωr的理解

當r一定時，v與ω成正比；

當ω一定時，v與r成正比；

當v一定時，ω與r成反比。勻速圓周運動及描述的物理量1.對公式v＝ωr的理解3.兩種運動裝置的特點 (1)同軸傳動：如圖3甲、乙所示，繞同一轉軸轉動的物體，角速度相同，ωA＝ωB，由v＝ωr知v與r成正比。圖33.兩種運動裝置的特點圖3(2)同帶傳動：如圖4甲、乙所示，皮帶與兩輪之間無相對滑動時，兩輪邊緣線速度大小相等，即vA＝vB。圖4(2)同帶傳動：如圖4甲、乙所示，皮帶與兩輪之間無相對滑動時【典例1】

(2018·4月浙江選考)A、B兩艘快艇在湖面上做勻速圓周運動(如圖5)，在相同時間內(nèi)，它們通過的路程之比是4∶3，運動方向改變的角度之比是3∶2，則它們(

)A.線速度大小之比為4∶3B.角速度大小之比為3∶4C.圓周運動的半徑之比為2∶1D.向心加速度大小之比為1∶2圖5【典例1】(2018·4月浙江選考)A、B兩艘快艇在湖面上答案A答案A1.自行車修理過程中，經(jīng)常要將自行車倒置，搖動腳踏板檢查是否修好，如圖6所示，大齒輪邊緣上的點a、小齒輪邊緣上的點b和后輪邊緣上的點c都可視為在做勻速圓周運動。則線速度最大的點是(

)圖61.自行車修理過程中，經(jīng)常要將自行車倒置，搖動腳踏板檢查是否A.大齒輪邊緣上的點aB.小齒輪邊緣上的點bC.后輪邊緣上的點cD.a、b、c三點線速度大小相同解析a點與b點線速度大小相等，即va＝vb，b與c點角速度相等，即ωb＝ωc，又v＝rω，rb＜rc，所以vc＞vb＝va，即后輪邊緣上的C點線速度最大，故選項C正確。答案CA.大齒輪邊緣上的點a2.如圖7所示為A、B兩物體做勻速圓周運動時向心加速度a隨半徑r變化的曲線，由圖線可知(

)A.A物體的線速度大小不變B.A物體的角速度不變C.B物體的線速度大小不變D.B物體的角速度與半徑成正比圖7答案A2.如圖7所示為A、B兩物體做勻速圓周運動時向心加速度a隨半3.如圖8所示，B和C是一組塔輪，即B和C半徑不同，但固定在同一轉動軸上，其半徑之比為RB∶RC＝3∶2，A輪的半徑大小與C輪相同，它與B輪緊靠在一起，當A輪繞過其中心的豎直軸轉動時，由于摩擦作用，B輪也隨之無相對滑動地轉動起來。a、b、c分別為三輪邊緣的三個點，則a、b、c三點在轉動過程中的(

)圖8A.線速度大小之比為3∶2∶2B.角速度之比為3∶3∶2C.轉速之比為2∶3∶2D.向心加速度大小之比為9∶6∶43.如圖8所示，B和C是一組塔輪，即B和C半徑不同，但固定在答案D答案D1.向心力的來源 (1)向心力的方向沿半徑指向圓心。 (2)向心力來源：一個力或幾個力的合力或某個力的分力。2.向心力的確定 (1)確定圓周運動的軌道所在的平面，確定圓心的位置。 (2)分析物體的受力情況，找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力就是向心力。3.區(qū)分勻速圓周運動和非勻速圓周運動的合外力不同 (1)勻速圓周運動中，物體所受合外力指向圓心，合外力提供向心力。 (2)非勻速圓周運動中，物體所受合外力不指向圓心。圓周運動的動力學問題1.向心力的來源圓周運動的動力學問題【典例1】表演“飛車走壁”的演員騎著摩托車飛駛在光滑的圓臺形筒壁上，筒的軸線垂直于水平面，圓臺筒固定不動?，F(xiàn)將圓臺筒簡化為如圖9所示，若演員騎著摩托車，先后在A、B兩處緊貼著內(nèi)壁分別在圖中虛線所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則下列說法正確的是(

)A.A處的線速度大于B處的線速度B.A處的角速度大于B處的角速度C.A處對筒的壓力大于B處對筒的壓力D.A處的向心力大于B處的向心力圖9【典例1】表演“飛車走壁”的演員騎著摩托車飛駛在光滑的圓臺答案A 答案A “一、二、三、四”求解圓周運動問題“一、二、三、四”求解圓周運動問題【典例2】如圖10甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設施，它的基本裝置是將繩子上端固定在轉盤的邊緣上，繩子的下端連接座椅，人坐在座椅上隨轉盤旋轉而在空中飛旋。若將人和座椅看成一個質(zhì)點，則可簡化為如圖乙所示的物理模型，其中P為處于水平面內(nèi)的轉盤，可繞豎直轉軸OO′轉動，設繩長l＝10m，質(zhì)點的質(zhì)量m＝60kg，轉盤靜止時質(zhì)點與轉軸之間的距離d＝4.0m，轉盤逐漸加速轉動，經(jīng)過一段時間后質(zhì)點與轉盤一起做勻速圓周運動，此時繩與豎直方向的夾角θ＝37°，不計空氣阻力及繩重，且繩不可伸長，g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求質(zhì)點與轉盤一起做勻速圓周運動時：【典例2】如圖10甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設施，它的圖10(1)繩子拉力的大小；(2)轉盤角速度的大小。圖10(1)繩子拉力的大?。?2)根據(jù)牛頓第二定律有：mgtan37°＝mω2RR＝d＋lsin37°解析(1)如圖所示，對質(zhì)點進行受力分析：Fcos37°－mg＝0(2)根據(jù)牛頓第二定律有：解析(1)如圖所示，對質(zhì)點進行受1.(2016·4月浙江選考)如圖11為某中國運動員在短道速滑比賽中勇奪金牌的精彩瞬間。假定此時他正沿圓弧形彎道勻速率滑行，則他(

)A.所受的合力為零，做勻速運動B.所受的合力恒定，做勻加速運動C.所受的合力恒定，做變加速運動D.所受的合力變化，做變加速運動解析勻速圓周運動過程中，線速度大小不變，方向改變；向心加速度大小不變，方向始終指向圓心；向心力大小不變，方向始終指向圓心。故A、B、C錯誤，D正確。答案D圖111.(2016·4月浙江選考)如圖11為某中國運動員在短道速2.如圖12所示，質(zhì)量相等的a、b兩物體放在圓盤上，到圓心的距離之比是2∶3，圓盤繞圓心做勻速圓周運動，兩物體相對圓盤靜止，a、b兩物體做圓周運動的向心力之比是(

)A.1∶1 B.3∶2C.2∶3 D.9∶4解析a、b隨圓盤轉動，角速度相同，由F＝mω2r可知，兩物體的向心力與運動半徑成正比，C正確。答案C圖122.如圖12所示，質(zhì)量相等的a、b兩物體放在圓盤上，到圓心的3.(2015·10月浙江選考)質(zhì)量為30kg的小孩坐在秋千板上，秋千板離系繩子的橫梁的距離是2.5m。小孩的父親將秋千板從最低點拉起1.25m高度后由靜止釋放，小孩沿圓弧運動至最低點時，她對秋千板的壓力約為(

) A.0

B.200N C.600N D.1000N

解析

小孩從1.25m高度向下擺動過程中，由機械能守恒定律知3.(2015·10月浙江選考)質(zhì)量為30kg的小孩坐在秋解得FN＝600N，由牛頓第三定律得小孩對秋千板的壓力FN′＝FN＝600N，選項C正確。答案C解得FN＝600N，4.如圖13所示，用一根細繩一端系一個小球，另一端固定，給小球不同的初速度，使小球在水平面內(nèi)做角速度不同的圓周運動，則下列細繩拉力F、懸點到軌跡圓心高度h、向心加速度a、線速度v與角速度平方ω2的關系圖象正確的是(

)圖134.如圖13所示，用一根細繩一端系一個小球，另一端固定，給小答案

A答案A角度一水平面內(nèi)勻速圓周運動實例1.運動實例：圓錐擺、火車轉彎、飛機在水平面內(nèi)做勻速圓周運動等。2.問題特點： (1)運動軌跡是圓且在水平面內(nèi)。 (2)向心力的方向水平，豎直方向合力為零。3.解決方法： (1)對研究對象受力分析，確定向心力的來源。 (2)確定圓周運動的圓心和半徑。 (3)應用相關規(guī)律列方程求解。生活中的圓周運動角度一水平面內(nèi)勻速圓周運動實例1.運動實例：圓錐擺、火車轉【典例】

(2018·11月浙江選考)一質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，路面對輪胎的徑向最大靜摩擦力為1.4×104N，當汽車經(jīng)過半徑為80m的彎道時，下列判斷正確的是(

)A.汽車轉彎時所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B.汽車轉彎的速度為20m/s時所需的向心力為1.4×104NC.汽車轉彎的速度為20m/s時汽車會發(fā)生側滑D.汽車能安全轉彎的向心加速度不超過7.0m/s2圖14【典例】(2018·11月浙江選考)一質(zhì)量為2.0×103答案D答案D1.質(zhì)量為m的飛機以恒定速率v在空中水平盤旋，如圖15所示，其做勻速圓周運動的半徑為R，重力加速度為g，則此時空氣對飛機的作用力大小為(

)圖151.質(zhì)量為m的飛機以恒定速率v在空中水平盤旋，如圖15所示，答案

C答案C圖16圖16答案C答案C3.如圖17所示，“旋轉秋千”中的兩個座椅A、B質(zhì)量相等，通過相同長度的纜繩懸掛在旋轉圓盤上。不考慮空氣阻力的影響，當旋轉圓盤繞豎直的中心軸勻速轉動時，下列說法正確的是(

)A.A的速度比B的大B.A與B的向心加速度大小相等C.懸掛A、B的纜繩與豎直方向的夾角相等D.懸掛A的纜繩所受的拉力比懸掛B的小圖173.如圖17所示，“旋轉秋千”中的兩個座椅A、B質(zhì)量相等，通答案D答案D1.運動特點 (1)豎直面內(nèi)的圓周運動一般是變速圓周運動。 (2)只有重力做功的豎直面內(nèi)的變速圓周運動機械能守恒。 (3)豎直面內(nèi)的圓周運動問題，涉及知識面比較廣，既有臨界問題，又有能量守恒的問題，要注意物體運動到圓周的最高點的速度。 (4)一般情況下，豎直面內(nèi)的圓周運動問題只涉及最高點和最低點的兩種情形。角度二豎直平面內(nèi)的圓周運動1.運動特點角度二豎直平面內(nèi)的圓周運動2.常見模型物理情景最高點無支撐最高點有支撐實例球與繩連接、水流星、沿內(nèi)軌道運動的“過山車”等球與桿連接、球在光滑管道中運動等圖示受力特征除重力外，物體受到的彈力方向：向下或等于零除重力外，物體受到的彈力方向：向下、等于零或向上受力示意圖2.常見模型物理情景最高點無支撐最高點有支撐實例球與繩連接、2020選考物理-必修2-第四章-第2講-圓周運動課件【典例】如圖18，光滑圓軌道固定在豎直面內(nèi)，一質(zhì)量為m的小球沿軌道做完整的圓周運動。已知小球在最低點時對軌道的壓力大小為FN1，在最高點時對軌道的壓力大小為FN2。重力加速度大小為g，則FN1－FN2的值為(

)圖18A.3mg

B.4mg

C.5mg D.6mg【典例】如圖18，光滑圓軌道固定在豎直面內(nèi)，一質(zhì)量為m的小同時從最高點到最低點，根據(jù)機械能守恒定律得聯(lián)立以上三式可得FN1′－FN2′＝6mg，由牛頓第三定律：FN1－FN2＝6mg，故選項D正確。答案D同時從最高點到最低點，根據(jù)機械能守恒定律得聯(lián)立以上三式可得F分析豎直平面內(nèi)圓周運動臨界問題的思路分析豎直平面內(nèi)圓周運動臨界問題的思路1.如圖19所示，過山車的軌道可視為豎直平面內(nèi)半徑為R的圓軌道。質(zhì)量為m的游客隨過山車一起運動，當游客以速度v經(jīng)過圓軌道的最高點時(

)圖191.如圖19所示，過山車的軌道可視為豎直平面內(nèi)半徑為R的圓軌答案B答案B2.一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球，以另一端O為圓心，使小球在豎直面內(nèi)做半徑為R的圓周運動，如圖20所示，則下列說法正確的是(

)圖202.一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球，以另一端O為圓心，使小球在答案A答案A3.男子體操運動員做“雙臂大回環(huán)”，用雙手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸做圓周運動。如圖21所示，若運動員的質(zhì)量為50kg，此過程中運動員到達最低點時手臂受的總拉力至少約為(忽略空氣阻力，g＝10m/s2)(

)圖21A.500N B.2000NC.2500N D.3000N3.男子體操運動員做“雙臂大回環(huán)”，用雙手抓住單杠，伸展身體答案C答案C圓周運動中的臨界問題的分析與求解(不只是豎直平面內(nèi)的圓周運動中存在臨界問題，其他許多問題中也有臨界問題)，一般都是先假設出某量達到最大或最小的臨界情況，進而列方程求解。圓周運動中的臨界問題圓周運動中的臨界問題的分析與求解(不只是豎直平面內(nèi)的圓周運動【典例】如圖22所示，質(zhì)量為m的木塊，用一輕繩拴著，置于很大的水平轉盤上，細繩穿過轉盤中央的細管，與質(zhì)量也為m的小球相連，木塊與轉盤間的最大靜摩擦力為其重力的μ倍(μ＝0.2)，當轉盤以角速度ω＝4rad/s勻速轉動時，要保持木塊與轉盤相對靜止，木塊轉動半徑的范圍是多少？(g取10m/s2)。圖22【典例】如圖22所示，質(zhì)量為m的木塊，用一輕繩拴著，置于很解析由于轉盤以角速度ω＝4rad/s勻速轉動，因此木塊做勻速圓周運動所需的向心力為F＝mrω2。當木塊做勻速圓周運動的半徑取最小值時，其所受最大靜摩擦力與拉力方向相反，則有mg－μmg＝mrminω2，解得rmin＝0.5m；當木塊做勻速圓周運動的半徑取最大值時，其所受最大靜摩擦力與拉力方向相同，則有mg＋μmg＝mrmaxω2，解得rmax＝0.75m。因此，要保持木塊與轉盤相對靜止，木塊轉動半徑的范圍是0.5m≤r≤0.75m。答案

0.5m≤r≤0.75m解析由于轉盤以角速度ω＝4rad/s勻速轉動，因此木塊做1.如圖23所示，甲、乙、丙三個物