高考物理大一輪總復(fù)習(xí)（主干回顧固基礎(chǔ)+典例突破知規(guī)律+特色培優(yōu)增素養(yǎng)）43 圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課件

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1、第第3講圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用講圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用 01主干回顧固基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)1勻速圓周運(yùn)動(dòng)、角速度、線速度、向心加速度 1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)(1)定義：線速度大小的圓周運(yùn)動(dòng)(2)性質(zhì)：加速度大小，方向總是指向 的變加速曲線運(yùn)動(dòng)(3)條件：合外力大小 ，方向始終與速度方向且指向圓心不變不變不變不變圓心圓心不變不變垂直垂直2描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量描述圓周運(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，具體如下：快慢快慢 相切相切 m/s 轉(zhuǎn)動(dòng)快慢轉(zhuǎn)動(dòng)快慢 rad/s 一周一周 圈數(shù)圈數(shù) r/s r/min 方向方向 快慢快慢 指向圓心指向圓心 r2 m/s2 方向方向 大小大小 圓心圓

2、心 m2r N 知識(shí)點(diǎn)2勻速圓周運(yùn)動(dòng)與非勻速圓周運(yùn)動(dòng) 勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)特特點(diǎn)點(diǎn)線速度的大小線速度的大小 ，角速，角速度、周期和頻率都度、周期和頻率都 ，向心加速度的大小向心加速度的大小_線速度的大小、方向都線速度的大小、方向都_，角速度，角速度_，向心加速度的大小、，向心加速度的大小、方向都變，周期可能變方向都變，周期可能變也也_不變不變不變不變不變不變變變變變可能不變可能不變勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)受力受力特點(diǎn)特點(diǎn)所受到的所受到的 為為向心力，大小不變，向心力，大小不變，方向變，其方向時(shí)刻方向變，其方向時(shí)刻_所受到的合力

3、所受到的合力 ，合，合力產(chǎn)生兩個(gè)效果：力產(chǎn)生兩個(gè)效果：沿半徑方向的分力沿半徑方向的分力 ，即向，即向心力，它改變速度的心力，它改變速度的 ；沿切線方向的分力沿切線方向的分力 ，它改，它改變速度的變速度的_運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)性質(zhì)變加速曲線運(yùn)動(dòng)變加速曲線運(yùn)動(dòng)(加速加速度大小不變，方向變度大小不變，方向變化化)變加速曲線運(yùn)動(dòng)變加速曲線運(yùn)動(dòng)(加速度大小、加速度大小、方向都變化方向都變化)合力合力指向圓心指向圓心不指向圓心不指向圓心Fn方向方向FT大小大小知識(shí)點(diǎn)3離心現(xiàn)象1.離心運(yùn)動(dòng)(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(yùn)動(dòng)所需的情況下，所做的逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)(2)本質(zhì)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體

4、，由于本身的，總有沿著圓周飛出去的傾向圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)向心力向心力慣性慣性切線方向切線方向 (3)受力特點(diǎn) 當(dāng)Fnm2r時(shí)，物體做運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)Fn0時(shí)，物體沿方向飛出； 當(dāng)Fnm2r，物體將逐漸圓心，做近心運(yùn)動(dòng)靠近靠近一、基礎(chǔ)知識(shí)題組1. 圓周運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的理解關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是()A勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻加速曲線運(yùn)動(dòng)B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體向心加速度與半徑成反比C隨圓盤一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的物塊受重力、支持力和向心力的作用D做圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)答案：答案：D 2. 圓周運(yùn)動(dòng)與物理量間的關(guān)系(多選)有一皮帶傳動(dòng)裝置，A、B、C三點(diǎn)到各自轉(zhuǎn)軸的距離分

5、別為RA、RB、RC，已知RBRCRA/2，若在傳動(dòng)過程中，皮帶不打滑則()AA點(diǎn)與C點(diǎn)的角速度大小相等BA點(diǎn)與C點(diǎn)的線速度大小相等CB點(diǎn)與C點(diǎn)的角速度大小之比為2 1DB點(diǎn)與C點(diǎn)的向心加速度大小之比為1 4解析：處理傳動(dòng)裝置類問題時(shí)，對(duì)于同一根皮帶連接的傳動(dòng)輪邊緣的點(diǎn)，線速度相等；同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，角速度相等對(duì)于本題，顯然vAvC，AB，選項(xiàng)B正確；根據(jù)vAvC及關(guān)系式vR，可得ARACRC，又RCRA/2，所以AC/2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)AB，AC/2，可得BC/2，即B點(diǎn)與C點(diǎn)的角速度大小之比為12，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)BC/2及關(guān)系式a2R，可得aBaC/4，即B點(diǎn)與C點(diǎn)的向心加速度大小之比為1

6、4，選項(xiàng)D正確答案：BD3. 對(duì)離心現(xiàn)象的理解下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法正確的是()A當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失后，物體將做背離圓心的圓周運(yùn)動(dòng)C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失后，物體將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)D做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失后，物體將做曲線運(yùn)動(dòng)解析：物體只要受到力，必有施力物體，但“離心力”是沒有施力物體的，故所謂的離心力是不存在的，只要向心力不足，物體就做離心運(yùn)動(dòng)，故A選項(xiàng)錯(cuò)；做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)所受的一切力突然消失后，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故B、D選項(xiàng)錯(cuò)，C選項(xiàng)正確答案：C4. 向心

7、力的來源問題如圖所示，在固定的圓錐形漏斗的光滑內(nèi)壁上有兩個(gè)質(zhì)量相等的小球A和B，它們分別緊貼漏斗的內(nèi)壁，在不同的水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)以下敘述正確的是()A漏斗內(nèi)壁對(duì)小球A的支持力大于對(duì)小球B的支持力B小球A的合力大于小球B的合力C小球A的線速度大于小球B的線速度D小球A的角速度大于小球B的角速度答案：答案：C 二、規(guī)律方法題組5. 輕繩模型問題2014北京西城一模(多選)如圖所示，半徑為R的光滑圓形軌道豎直固定放置，小球m在圓形軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)于半徑R不同的圓形軌道，小球m通過軌道最高點(diǎn)時(shí)都恰好與軌道間沒有相互作用力下列說法中正確的是()A半徑R越大，小球通過軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度越大B半

8、徑R越大，小球通過軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度越小C半徑R越大，小球通過軌道最低點(diǎn)時(shí)的角速度越大D半徑R越大，小球通過軌道最低點(diǎn)時(shí)的角速度越小答案：答案：AD 答案：答案：B 解豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)臨界問題的關(guān)鍵是分清模型及對(duì)應(yīng)的最高點(diǎn)的臨界速度：02典例突破知規(guī)律考點(diǎn)1水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)解讀：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，方向總是指向圓心典例透析2013上海三模如圖所示，輕繩一端系一質(zhì)量為m的小球，另一端做成一個(gè)繩圈套在圖釘A和B上，此時(shí)小球在光滑的水平平臺(tái)上做半徑為a、角速度為的勻速圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)拔掉圖釘A讓小球飛出，此后繩圈又被A正上方距A高為h的圖釘B套住，達(dá)穩(wěn)定后，小球又在

9、平臺(tái)上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)求：(1)圖釘A拔掉前，輕繩對(duì)小球的拉力大??；(2)從拔掉圖釘A到繩圈被圖釘B套住前小球做什么運(yùn)動(dòng)？所用的時(shí)間為多少？(3)小球最后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度解題探究(1)請(qǐng)畫出小球在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的受力分析圖提示：(2)誰提供向心力呢？提示：拉力T(3)拔掉圖釘A后繩子是否還存在張力？提示：拔掉圖釘A后，繩子無張力，球沿切線飛出水平面內(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：首先確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道所在的平面其次找出軌道圓心的位置最后分析做圓

10、周運(yùn)動(dòng)的物體所受的力，作出受力分析圖，找出這些力指向圓心方向的合外力就是向心力變式訓(xùn)練鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形設(shè)計(jì)的，彎道處要求外軌比內(nèi)軌高，其內(nèi)、外軌道高度差h的設(shè)計(jì)不僅與r有關(guān)，還取決于火車在彎道上的行駛速率，下表中是鐵路設(shè)計(jì)人員技術(shù)手冊(cè)中彎道半徑r及與之對(duì)應(yīng)的軌道的高度差h.彎道半徑彎道半徑r/m660330220165132110內(nèi)外軌道高度差內(nèi)外軌道高度差h/mm50100150200250300(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，導(dǎo)出h和r關(guān)系的表達(dá)式，并求出r440 m時(shí)h的值；(2)鐵路建成后，火車通過彎道時(shí)，為保證絕對(duì)安全，要求內(nèi)、外軌道均不向車輪施加側(cè)向壓力又已知我國鐵路內(nèi)外軌的間

11、距設(shè)計(jì)值L1435 mm，結(jié)合表中的數(shù)據(jù)，算出我國火車的轉(zhuǎn)彎速度v；(3)近幾年，人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)目旖菪蕴岢隽烁叩囊?，為了提高運(yùn)輸能力，國家對(duì)鐵路不斷地進(jìn)行提速，這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也需要提高請(qǐng)根據(jù)上述計(jì)算原理和上述表格分析，提速時(shí)應(yīng)采取怎樣的有效措施？(g取10 N/kg)解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可知，每組的h與r之積為常數(shù)，hr66050103m233 m2.當(dāng)r440 m時(shí)，代入求得：h75 mm.(3)由上述表達(dá)式可知，提高速度可采用適當(dāng)增加內(nèi)、外軌的高度差，或適當(dāng)增加彎道半徑等措施答案：(1)hr33 m275 mm(2)54 km/h(3)見解析考點(diǎn)2豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)解讀：

12、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，又有能量守恒的問題，要注意物體運(yùn)動(dòng)到圓周的最高點(diǎn)速度不一定為零4一般情況下，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)的兩種情形A小球不可能到達(dá)圓周軌道的最高點(diǎn)PB小球能到達(dá)圓周軌道的最高點(diǎn)P，但在P點(diǎn)不受輕桿對(duì)它的作用力C小球能到達(dá)圓周軌道的最高點(diǎn)P，且在P點(diǎn)受到輕桿對(duì)它向上的彈力D小球能到達(dá)圓周軌道的最高點(diǎn)P，且在P點(diǎn)受到輕桿對(duì)它向下的彈力解題探究(1)輕桿能提供的力的特點(diǎn)及在P點(diǎn)受力情況？提示：桿既可以提供支持力，也可以提供拉力，在P點(diǎn)球受重力和

13、桿的彈力(2)剛好通過P點(diǎn)的臨界條件是_提示：到達(dá)P時(shí)，vP0解決圓周運(yùn)動(dòng)的一般步驟(1)審清題意，確定研究對(duì)象；(2)分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，即物體的線速度、角速度、周期、軌道平面、圓心、半徑等；(3)分析物體的受力情況，畫出受力示意圖，確定向心力的來源；(4)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及向心力公式列方程；(5)求解、討論變式訓(xùn)練2014江西省重點(diǎn)中學(xué)協(xié)作體高三聯(lián)考(多選)如圖所示，一根不可伸長的輕繩兩端各系一個(gè)小球a和b，跨在兩根固定在同一高度的光滑水平細(xì)桿C和D上，質(zhì)量為ma的a球置于地面上，質(zhì)量為mb的b球從水平位置靜止釋放當(dāng)b球擺過的角度為90時(shí)，a球?qū)Φ孛鎵毫偤脼榱?，下列結(jié)論正確的是()Ama

14、 mb3 1Bma mb2 1C若只將細(xì)桿D水平向左移動(dòng)少許，則當(dāng)b球擺過的角度為小于90的某值時(shí)，a球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱鉊若只將細(xì)桿D水平向左移動(dòng)少許，則當(dāng)b球擺過的角度仍為90時(shí)，a球?qū)Φ孛娴膲毫偤脼榱愦鸢福捍鸢福篈D 考點(diǎn)3圓周運(yùn)動(dòng)的綜合問題考點(diǎn)解讀：圓周運(yùn)動(dòng)的綜合題往往涉及圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)(或類平拋運(yùn)動(dòng))、勻變速直線運(yùn)動(dòng)等多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，常結(jié)合功能關(guān)系進(jìn)行求解，解答時(shí)可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行突破：1分析臨界點(diǎn)對(duì)于物體在臨界點(diǎn)相關(guān)多個(gè)物理量，需要區(qū)分哪些物理量能夠突變，哪些物理量不能突變，而不能突變的物理量(一般指線速度)往往是解決問題的突破口2分析每個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)對(duì)于物體參與的多個(gè)運(yùn)

15、動(dòng)過程，要仔細(xì)分析每個(gè)運(yùn)動(dòng)過程為何種運(yùn)動(dòng)：(1)若為圓周運(yùn)動(dòng)，應(yīng)明確是水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，還是豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能是否守恒(2)若為拋體運(yùn)動(dòng)，應(yīng)明確是平拋運(yùn)動(dòng)，還是類平拋運(yùn)動(dòng)，垂直于初速度方向的力是哪個(gè)力現(xiàn)讓一質(zhì)量m0.1 kg的小球自A點(diǎn)由靜止開始自由下落，打在圓弧軌道上的B點(diǎn)，但未反彈，在瞬間的碰撞過程中小球沿半徑方向的分速度立刻減為零，而沿圓弧切線方向的分速度不變此后，小球沿圓弧軌道滑下，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)觸動(dòng)光電裝置，使圓筒立刻以某一角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，且小球最終正好能進(jìn)入小孔已知A點(diǎn)、B點(diǎn)到圓心O的距離均為R，與水平方向的夾角均為30，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2.試問：

16、(1)小球到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大小是多少？(2)圓筒勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度是多少？(3)要使小球進(jìn)入小孔后能直接打到圓筒的內(nèi)側(cè)壁，筒身長L至少為多少？解題探究(1)小球從A點(diǎn)自由下落打在B點(diǎn)，有能量損失嗎？提示：有能量損失，落到B點(diǎn)前后，速度大小發(fā)生變化(2)小球正好進(jìn)入小孔是什么情況？提示：平拋與轉(zhuǎn)動(dòng)相遇(3)小球進(jìn)入小孔后，做什么運(yùn)動(dòng)？提示：延續(xù)從C點(diǎn)開始的平拋運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)綜合問題的解題思路(1)分析運(yùn)動(dòng)過程，明確運(yùn)動(dòng)規(guī)律(2)找出連續(xù)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過程相互聯(lián)系的物理量，一般是速度本題運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)是同時(shí)到達(dá)同一點(diǎn)，“同時(shí)”確定時(shí)間關(guān)聯(lián)；“同一點(diǎn)”確定位置關(guān)聯(lián)(3)根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律列方程求解變式訓(xùn)練如圖所示，把

17、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？答案：答案：3.5 rad/s 03特色培優(yōu)增素養(yǎng)建模提能：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(1)物體在豎直平面內(nèi)做變速圓周運(yùn)動(dòng)(2)“輕繩模型”在軌道最高點(diǎn)無支撐，“輕桿模型”在軌道最高點(diǎn)有支撐3模型特點(diǎn)

18、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：A只要h大于R，釋放后小球就能通過a點(diǎn)B只要改變h的大小，就能使小球通過a點(diǎn)后，既可能落回軌道內(nèi)，又可能落到de面上C改變h的大小，可能使小球通過a點(diǎn)后落回軌道內(nèi)D調(diào)節(jié)h的大小，可以使小球飛出de面之外(即e的右側(cè))答案答案D (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)系起來列方程針對(duì)訓(xùn)練一輕桿一端固定質(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(yùn)動(dòng)，如圖所示，則下列說法正確的是()解析：因輕桿既可以提供拉力又可以提供支持力，所以在最高點(diǎn)桿所受彈力可以為零，A對(duì)；在最高點(diǎn)彈力也可以與重力等大反向，小球最小速度為零，B錯(cuò)；隨著速度增大，桿對(duì)球的作用力可以增大也可以減小，C、D錯(cuò)答案：A