高考物理總復(fù)習(xí)（重難點(diǎn)突破+題型探究）第四章第3課 圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課件

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1、第第3課圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用第二單元第二單元 圓周運(yùn)動(dòng)1勻速圓周運(yùn)動(dòng)(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn) 物體所受合外力大小不變，方向總是指向圓心(2)解答勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的方法：選擇做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體作為研究對(duì)象分析物體受力情況，其合外力提供向心力2豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的輕繩、輕桿模型(1)模型構(gòu)建 在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，運(yùn)動(dòng)至軌道最高點(diǎn)時(shí)的受力情況可分為兩類一是無支撐(如球與繩連接，沿內(nèi)軌道的“過山車”等)，稱為“輕繩模型”；二是有支撐(如球與桿連接，小球在彎管內(nèi)運(yùn)動(dòng)等)，稱為“輕桿模型”(2)模型條件：物體在豎直平面內(nèi)做變速圓周運(yùn)動(dòng)“輕繩模型”在軌道最高點(diǎn)無支撐，“輕桿模型

2、”在軌道最高點(diǎn)有支撐(3)模型特點(diǎn)該類問題常有臨界問題，并伴有“最大”“最小”“剛好”等詞語，現(xiàn)對(duì)兩種模型分析比較如下：輕繩模型輕桿模型常見類型過最高點(diǎn)的臨界條件由mgm 得v臨由小球能運(yùn)動(dòng)即可，得v臨0討論分析(1)過最高點(diǎn)時(shí)，v ，F(xiàn)Nmgm ，繩、軌道對(duì)球產(chǎn)生彈力FN(2)不能過最高點(diǎn)時(shí)v ，在到達(dá)最高點(diǎn)前小球已經(jīng)脫離了圓軌道(1)當(dāng)v0時(shí)，F(xiàn)Nmg，F(xiàn)N為支持力，沿半徑背離圓心(2)當(dāng)0v 時(shí)，F(xiàn)Nmgm ，F(xiàn)N指向圓心并隨v的增大而增大【例1】(2013朝陽區(qū)模擬)圖甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設(shè)施，它的基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣上，繩子的下端連接座椅，人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤

3、旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋若將人和座椅看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，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(zhuǎn)盤，可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)繩長l10 m，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m60 kg，轉(zhuǎn)盤靜止時(shí)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d4.0 m，轉(zhuǎn)盤逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)繩與豎直方向的水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)夾角37(不計(jì)空氣阻力及繩重，且繩不可伸長，sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2)，質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，求： (1)繩子拉力的大?。?(2)轉(zhuǎn)盤角速度的大小 審題突破：(1)請(qǐng)畫出人和座椅勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的受力分析圖 提示：(2)請(qǐng)分析確定圓周運(yùn)動(dòng)的圓心位置，

4、并確定半徑的表達(dá)式提示：圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在豎直轉(zhuǎn)軸OO上，半徑為Rdlsin .解析：(1)人和座椅受力情況如圖所示：豎直方向：Fcos 37mg0解得：F 750 N.(2)水平方向：Fsin 37m2R由幾何關(guān)系得：Rdlsin 37，解得： rad/s.答案：(1)750 N(2) rad/s方法點(diǎn)竅水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法(1)運(yùn)動(dòng)實(shí)例：圓錐擺、火車轉(zhuǎn)彎、飛機(jī)在水平面內(nèi)做勻速圓周飛行等(2)問題特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)軌跡是圓且在水平面內(nèi)；向心力的方向水平，豎直方向的合力為零(3)解題方法：對(duì)研究對(duì)象受力分析，確定向心力的來源；確定圓周運(yùn)動(dòng)的圓心和半徑；應(yīng)用相關(guān)力學(xué)規(guī)律列方程求解豎直面內(nèi)的圓周

5、運(yùn)動(dòng)【例2】(2013日照模擬)半徑為R的光滑圓環(huán)軌道豎直放置，一質(zhì)量為m的小球恰能在此圓軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則小球在軌道最低點(diǎn)處對(duì)軌道的壓力大小為()A3mg B4mgC5mg D6mg解析：設(shè)小球的質(zhì)量為m，經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)速度大小為v1，小球恰好能通過圓環(huán)的最高點(diǎn)，則在最高點(diǎn)時(shí)，小球?qū)A環(huán)的壓力為零，由重力提供向心力，聯(lián)立以上各式解得FN6mg，根據(jù)牛頓第三定律可知，小球在軌道最低點(diǎn)處對(duì)軌道的壓力大小為6mg，選項(xiàng)D正確答案：D方法點(diǎn)竅豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的求解思路(1)定模型：首先判斷是輕繩模型還是輕桿模型，兩種模型過最高點(diǎn)的臨界條件不同，其原因主要是“繩”不能支持物體，而“桿”既能支持物體，也

6、能拉物體(2)確定臨界點(diǎn)：v臨 ，對(duì)輕繩模型來說是能否通過最高點(diǎn)的臨界點(diǎn)，而對(duì)輕桿模型來說是FN表現(xiàn)為支持力還是拉力的臨界點(diǎn)(3)研究狀態(tài)：通常情況下豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)只涉及最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況(4)受力分析：對(duì)物體在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律列出方程，F(xiàn)合F向(5)過程分析：應(yīng)用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律將初、末兩個(gè)狀態(tài)聯(lián)系起來列方程圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問題【例3】(2013揭陽模擬)(雙選)如圖，用一根細(xì)繩將小球懸掛于O點(diǎn)，在O正下方O處有一釘子，將小球拉到P處后釋放，當(dāng)它擺到最低點(diǎn)P時(shí)，懸繩被釘子擋住，當(dāng)繩與釘子相碰的瞬間，下列說法正確的是 ()A小球的線速度變大B小球

7、的角速度變大C釘子越靠近小球細(xì)繩越容易斷D釘子越靠近懸點(diǎn)O細(xì)繩越容易斷解析：懸繩被釘子擋住的瞬間，小球的受力均在豎直方向，不影響小球的速度，即小球線速度不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由vr知，當(dāng)r減小時(shí)變大，B項(xiàng)正確；由牛頓第二定律Tmgm ，當(dāng)r越小時(shí)，T越大，故C項(xiàng)正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤答案：BC圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題【例4】如圖所示，把一個(gè)質(zhì)量m1 kg的小球通過兩根等長的細(xì)繩與豎直桿上A、B兩個(gè)固定點(diǎn)相連接，繩a、b長都是1 mAB長度是1.6 m，直桿和球旋轉(zhuǎn)的角速度等于多少時(shí)，b繩上才有張力？解析：已知a、b繩長均為1 m，即：sin 0.6，37小球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為rb繩被拉直但無張力時(shí)，小球所受的重力mg與a繩拉力FTa的合力F為向心力，其受力分析如圖所示：由牛頓第二定律得：Fmgtan mr2解得直桿和球的角速度為 rad/s3.5 rad/s故當(dāng)直桿和球的角速度3.5 rad/s時(shí)，b中才有張力答案：3.5 rad/s