2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第4章 專題強(qiáng)化5 圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題

第四章拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)專題強(qiáng)化五圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[22]核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題(能力考點(diǎn)·深度研析)1．題型概述物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，若物體的速度、角速度發(fā)生變化，會(huì)引起某些力(如拉力、支持力、摩擦力)發(fā)生變化，進(jìn)而出現(xiàn)某些物理量或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的突變，即出現(xiàn)臨界狀態(tài)。2．常見的臨界情況(1)水平轉(zhuǎn)盤上的物體恰好不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是物體與盤間恰好達(dá)到最大靜摩擦力。(2)物體間恰好分離的臨界條件是物體間的彈力恰好為零。(3)繩的拉力出現(xiàn)臨界條件的情形有：繩恰好拉直意味著繩上無彈力；繩上拉力恰好為最大承受力等。3．分析方法分析圓周運(yùn)動(dòng)臨界問題的方法是讓角速度或線速度從小逐漸增大，分析各量的變化，找出臨界狀態(tài)。確定了物體運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)和臨界條件后，選擇研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，利用牛頓第二定律列方程求解。?考向1摩擦力作用下的臨界問題

(2024·黃岡月考)如圖所示，放置在水平轉(zhuǎn)盤上的物體A、B、C能隨轉(zhuǎn)盤一起以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B、C的質(zhì)量分別為m、2m、3m，它們與水平轉(zhuǎn)盤間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，離轉(zhuǎn)盤中心的距離分別為0.5r、r、1.5r，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g，則要使物體與轉(zhuǎn)盤間不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤的角速度應(yīng)滿足的條件是()B解決臨界問題的注意事項(xiàng)(1)先確定研究對(duì)象受力情況，看哪些力提供向心力，哪些力可能突變引起臨界問題。(2)注意分析物體所受靜摩擦力大小和方向隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生的變化。(3)關(guān)注臨界狀態(tài)，即靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí)。物體隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，靜摩擦力提供向心力，隨轉(zhuǎn)速的增大，靜摩擦力增大，當(dāng)達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)開始滑動(dòng)，出現(xiàn)臨界情況，此時(shí)對(duì)應(yīng)的角速度為臨界角速度。?考向2繩子拉力作用下的臨界問題(多選)如圖所示，水平桿固定在豎直桿上，兩者互相垂直，水平桿上O、A兩點(diǎn)連接有兩輕繩，兩繩的另一端都系在質(zhì)量為m的小球上，OA＝OB＝AB，現(xiàn)通過轉(zhuǎn)動(dòng)豎直桿，使水平桿在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，三角形OAB始終在豎直平面內(nèi)，若轉(zhuǎn)動(dòng)過程OB、AB兩繩始終處于拉直狀態(tài)，則下列說法正確的是(

)BC?考向3接觸面上彈力作用下的臨界問題A2豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題(能力考點(diǎn)·深度研析)1．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(1)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)一般是變速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)只有重力做功的豎直面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)機(jī)械能守恒。(3)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問題，涉及知識(shí)面比較廣，既有臨界問題，又有能量守恒問題，要注意物體運(yùn)動(dòng)到圓周的最高點(diǎn)的速度。(4)一般情況下，豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問題只涉及最高點(diǎn)和最低點(diǎn)兩種情形。2．豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩種模型?考向1輕繩模型分析豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問題的思路?考向2單球輕桿模型

如圖所示，有一個(gè)半徑為R的內(nèi)壁光滑的圓管道(管壁厚度可忽略)。現(xiàn)給小球一個(gè)初速度，使小球沿管道在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。關(guān)于小球在最高點(diǎn)的速度v，下列敘述中正確的是(小球可看成質(zhì)點(diǎn))()C?考向3雙球輕桿模型

如圖，輕桿長(zhǎng)2l，中點(diǎn)裝在水平軸O上，兩端分別固定著小球A和B(均可視為質(zhì)點(diǎn))，A球質(zhì)量為m，B球質(zhì)量為2m，重力加速度為g，兩者一起在豎直平面內(nèi)繞O軸做圓周運(yùn)動(dòng)。(1)若A球在最高點(diǎn)時(shí)，桿的A端恰好不受力，求此時(shí)B球的速度大?。?2)若B球到最高點(diǎn)時(shí)的速度等于第(1)問中的速度，求此時(shí)O軸的受力大小和方向；(3)在桿的轉(zhuǎn)速逐漸變化的過程中，能否出現(xiàn)O軸不受力的情況？若不能，請(qǐng)說明理由；若能，求出此時(shí)A、B球的速度大小?？傻肍TOA′＝2mg根據(jù)牛頓第三定律，O軸所受的力大小為2mg，方向豎直向下。(3)要使O軸不受力，根據(jù)B的質(zhì)量大于A的質(zhì)量，設(shè)A、B的速度為v，可判斷B球應(yīng)在最高點(diǎn)3斜面上圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題(能力考點(diǎn)·深度研析)1．題型簡(jiǎn)述：在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，因所受的控制因素不同，如靜摩擦力控制、繩控制、桿控制等，物體的受力情況和所遵循的規(guī)律也不相同。2．解題關(guān)鍵——重力的分解和視圖物體在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)斜面的傾角為θ，重力垂直斜面的分力與物體受到的支持力相等，解決此類問題時(shí)，可以按以下操作，把問題簡(jiǎn)化。?考向1斜面上摩擦力作用下的臨界問題

如圖，有一傾斜的勻質(zhì)圓盤(半徑足夠大)，盤面與水平面的夾角為θ，繞過圓心并垂直于盤面的轉(zhuǎn)軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，有一物體(可視為質(zhì)點(diǎn))與盤面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)，重力加速度為g。要使物體能與圓盤始終保持相對(duì)靜止，則物體與轉(zhuǎn)軸間最大距離為()C與豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)類似，斜面上的圓周運(yùn)動(dòng)也是集中分析物體在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的受力情況，列牛頓運(yùn)動(dòng)定律方程來解題。只是在受力分析時(shí)，一般需要進(jìn)行立體圖到平面圖的轉(zhuǎn)化，這是解斜面上圓周運(yùn)動(dòng)問題的難點(diǎn)。?考向2斜面上繩作用下的臨界問題

如圖所示，在傾角為θ的足夠大的固定斜面上，一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的輕繩一端固定在O點(diǎn)，另一端連著一質(zhì)量為m的小球(視為質(zhì)點(diǎn))，可繞斜面上的O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)使小球從最低點(diǎn)A以速率v開始在斜面上做圓周運(yùn)動(dòng)，通過最高點(diǎn)B。重力加速度大小為g，輕繩與斜面平行，不計(jì)一切摩擦。下列說法正確的是()CD．小球通過A點(diǎn)時(shí)的速度越大，此時(shí)斜面對(duì)小球的支持力越大?考向3斜面上輕桿作用下的圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題

如圖所示，在傾角為α＝30°