高考物理一輪 第4章 第二講 圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用課件 新人教版必修2

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1、第二講圓周運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用 一、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、向心力等現(xiàn)比較如下表：定義、意義定義、意義公式、單位公式、單位線速度線速度描述圓周運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)描述圓周運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng) 的物理量的物理量(v) 是矢量，方向和半徑垂直，是矢量，方向和半徑垂直，和圓周和圓周 單位：?jiǎn)挝唬簃/s角速度角速度描述物體繞圓心描述物體繞圓心 的的物理量物理量() 中學(xué)不研究其方向中學(xué)不研究其方向單位：?jiǎn)挝唬簉ad/s快慢快慢相切相切轉(zhuǎn)動(dòng)快慢轉(zhuǎn)動(dòng)快慢定義、意義定義、意義公式、單位公式、單位周期和周期和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速周期是物體沿圓周運(yùn)動(dòng)周期是物體沿圓周運(yùn)動(dòng) 的

2、時(shí)的時(shí)間間(T)，周期的倒數(shù)叫做頻率，周期的倒數(shù)叫做頻率(f) 轉(zhuǎn)速是物體單位時(shí)間轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)速是物體單位時(shí)間轉(zhuǎn)過的 (n)f的單位：的單位：Hzn的單位：的單位：r/s、r/min向心加向心加速度速度描述速度描述速度 變化變化 的物的物理量理量(a) 方向指向圓心方向指向圓心單位：?jiǎn)挝唬簃/s2一周一周圈數(shù)圈數(shù)r2 方向方向快慢快慢方向方向 大小大小 圓心圓心 二、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：如果在相等的時(shí)間里通過的圓弧長(zhǎng)度相等，這種運(yùn)動(dòng)叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng) (2)性質(zhì)：向心加速度大小 ，方向的變加速曲線運(yùn)動(dòng) (3)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件：合力大小 ，方向始終與速度方

3、向 且指向圓心不變不變總是指向圓心總是指向圓心不變不變垂直垂直 2非勻速圓周運(yùn)動(dòng) (1)定義：線速度大小、方向均的圓周運(yùn)動(dòng) (2)合力的作用 合力沿速度方向的分量Ft 產(chǎn)生切向加速度，F(xiàn)tmat，它只改變速度的 合力沿半徑方向的分量Fn產(chǎn)生向心加速度，F(xiàn)nman，它只改變速度的發(fā)生變化發(fā)生變化大小大小方向方向 三、離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng) 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)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，總有沿著飛出去的傾向 (3)受力特點(diǎn)： 當(dāng)F時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)F0時(shí)，物體沿飛出； 當(dāng)Fmr2，物體

4、漸漸向，如右上圖所示圓心靠近圓心靠近 二、向心力的來源分析 向心力不是和重力、彈力、摩擦力等相并列的一種性質(zhì)的力，是根據(jù)力的效果命名的，在分析做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)受力情況時(shí)，切不可在物體所受的作用力(重力、彈力、摩擦力、萬有引力等)以外再添加一個(gè)向心力向心力可能是物體受到的某一個(gè)力，也可能是物體受到的幾個(gè)力的合力或某一個(gè)力的分力 例：幾種常見的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例 三、火車轉(zhuǎn)彎問題 在火車轉(zhuǎn)彎處，讓外軌高于內(nèi)軌，如右圖所示，轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力由重力和彈力的合力提供 設(shè)車軌間距為L(zhǎng)，兩軌高度差為h，車轉(zhuǎn)彎半徑為R，質(zhì)量為M的火車運(yùn)行時(shí)應(yīng)當(dāng)有多大的速度？1.如右圖所示，靜止在地球上的物體都要隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)

5、，下列說法正確的是()A它們的運(yùn)動(dòng)周期都是相同的B它們的速度都是相同的C它們的線速度大小都是相同的D它們的角速度是不同的解析：地球上的物體均繞一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)，其角速度、周期都相同，由vR知，R不同則v不同，只有A正確答案：A2關(guān)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的向心加速度方向，下列說法正確的是()A與線速度方向始終垂直B與線速度方向始終相反C始終指向圓心 D始終保持不變答案：AC3.(2011上海市嘉定區(qū)一模)如右圖所示，洗衣機(jī)的脫水桶采用帶動(dòng)衣物旋轉(zhuǎn)的方式脫水，下列說法中錯(cuò)誤的是()A脫水過程中，衣物是緊貼桶壁的B水會(huì)從桶中甩出是因?yàn)樗问艿较蛐牧艽蟮木壒蔆加快脫水桶轉(zhuǎn)動(dòng)使角速度增大，脫水效果會(huì)更好D靠近

6、中心的衣物脫水效果不如四周的衣物脫水效果好答案：B 4.在高速公路的拐彎處，通常路面都是外高內(nèi)低如右圖所示，在某路段汽車向左拐彎，司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些汽車的運(yùn)動(dòng)可看做是做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)設(shè)內(nèi)外路面高度差為h，路基的水平寬度為d，路面的寬度為L(zhǎng).已知重力加速度為g.要使車輪與路面之間的橫向摩擦力(即垂直于前進(jìn)方向)等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速應(yīng)等于()答案：B 5小明同學(xué)在學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)后，設(shè)計(jì)了一個(gè)課題，名稱為：快速測(cè)量自行車的騎行速度他的設(shè)想是：通過計(jì)算踏腳板轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，推算自行車的騎行速度經(jīng)過騎行，他得到如下數(shù)據(jù)：在時(shí)間t內(nèi)踏腳板轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)N，那么踏板轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度_；要

7、推算自行車的騎行速度，還需要測(cè)量的物理量有_；自行車騎行速度的計(jì)算公式v_. 如下圖所示，輪O1、O3固定在同一轉(zhuǎn)軸上，輪O1、O2用皮帶連接且不打滑在O1、O2、O3三個(gè)輪的邊緣各取一點(diǎn)A、B、C，已知三個(gè)輪的半徑比r1 r2 r32 1 1，求： (1)A、B、C三點(diǎn)的線速度大小之比vA vB vC； (2)A、B、C三點(diǎn)的角速度之比A B C； (3)A、B、C三點(diǎn)的向心加速度大小之比aA aB aC.【思路點(diǎn)撥】O1、O2輪靠皮帶相連，輪子邊緣點(diǎn)的線速度大小相同；O1、O3輪通過轉(zhuǎn)軸相連，輪子上各點(diǎn)具有相同的角速度答案：(1)2 2 1(2)1 2 1(3)2 4 1分析本題的關(guān)鍵有兩

8、點(diǎn)：其一是繞同一輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的各點(diǎn)角速度相同；其二是皮帶不打滑時(shí)，與皮帶接觸的各點(diǎn)線速度大小相同 11：如下圖所示為一種“滾輪平盤無極變速器”的示意圖，它由固定于主動(dòng)軸上的平盤和可隨從動(dòng)軸移動(dòng)的圓柱形滾輪組成由于摩擦的作用，當(dāng)平盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾輪就會(huì)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，如果認(rèn)為滾輪不會(huì)打滑，那么主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n2、滾輪半徑r以及滾輪中心距離主動(dòng)軸軸線的距離x之間的關(guān)系是()解析：滾輪因與平盤有摩擦的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，并且認(rèn)為不打滑，所以滾輪邊緣的線速度與平盤上x處的線速度相等，即2n1x2n2r，所以選項(xiàng)A正確答案：A (19分)在一次抗洪救災(zāi)工作中，一架直升機(jī)A用長(zhǎng)H50 m的懸索(重力可忽略不計(jì))系住

9、一質(zhì)量m50 kg的被困人員B，直升機(jī)A和被困人員B以v010 m/s的速度一起沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示某時(shí)刻開始收懸索將人吊起，在5 s時(shí)間內(nèi)，A、B之間的豎直距離以l50t2(單位：m)的規(guī)律變化，取g10 m/s2. (1)求這段時(shí)間內(nèi)懸索對(duì)被困人員B 的拉力大小 (2)求在5 s末被困人員B的速度大小及位移大小 (3)直升機(jī)在t5 s時(shí)停止收懸索，但發(fā)現(xiàn)仍然未脫離洪水圍困區(qū)，為將被困人員B盡快運(yùn)送到安全處，飛機(jī)在空中旋轉(zhuǎn)后靜止在空中尋找最近的安全目標(biāo)，致使被困人員B在空中做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖乙所示此時(shí)懸索與豎直方向成37角，不計(jì)空氣阻力，求被困人員B做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度以及懸索對(duì)被困人

10、員B的拉力(sin 370.6，cos 370.8)【規(guī)范解答】解：(1)被困人員在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上被困人員的位移yHl50(50t2)t2，由此可知，被困人員在豎直方向上做初速度為零、加速度a2 m/s2的勻加速直線運(yùn)動(dòng)由牛頓第二定律可得Fmgma(2分)解得懸索的拉力Fm(ga)600 N(1分)圓周運(yùn)動(dòng)中動(dòng)力學(xué)問題的解答方法(1)確定做圓周運(yùn)動(dòng)的物體作為研究對(duì)象(2)明確運(yùn)動(dòng)情況，包括搞清楚運(yùn)動(dòng)的速率v、半徑R及圓心O的位置等(3)分析受力情況，對(duì)物體實(shí)際受力情況進(jìn)行正確的分析，畫出受力圖，確定指向圓心的合外力F(即提供向心力) 21：世界上平均海撥最高的鐵路青藏鐵

11、路于2006年7月1日全線貫通假設(shè)某新型國(guó)產(chǎn)機(jī)車總質(zhì)量為m，沿青藏鐵路運(yùn)行如右圖所示，已知兩軌間寬度為L(zhǎng)，內(nèi)外軌高度差為h，重力加速度為g，如果機(jī)車要進(jìn)入半徑為R的彎道，請(qǐng)問，該彎道處的設(shè)計(jì)速度為多少最適宜？解析：機(jī)車在拐彎處可視為做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)向心力是由火車的重力和軌道對(duì)火車的支持力來提供的，如右圖所示設(shè)軌道與水平面的夾角為，則1.如右圖所示為一種早期的自行車，這種不帶鏈條傳動(dòng)的自行車的前輪的直徑很大，這樣的設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)主要是為了()A提高速度B提高穩(wěn)定性C騎行方便 D減小阻力解析：這種老式不帶鏈條的自行車，驅(qū)動(dòng)輪為前輪，人蹬車的角速度一定的情況下，由vr可知，車輪半徑越大，自行車的速度就越

12、大，所以A正確答案：A 2.中央電視臺(tái)今日說法欄目最近報(bào)道了一起發(fā)生在湖南長(zhǎng)沙某區(qū)湘府路上的離奇交通事故家住公路拐彎處的張先生和李先生家在三個(gè)月內(nèi)連續(xù)遭遇了七次大卡車側(cè)翻在自家門口的場(chǎng)面，第八次有輛卡車沖進(jìn)李先生家，造成三死一傷和房屋嚴(yán)重?fù)p毀的血腥慘案經(jīng)公安部門和交通部門協(xié)力調(diào)查，畫出的現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖所示交警根據(jù)圖示作出以下判斷，你認(rèn)為正確的是()A由圖可知汽車在拐彎時(shí)發(fā)生側(cè)翻是因?yàn)檐囎鲭x心運(yùn)動(dòng)B由圖可知汽車在拐彎時(shí)發(fā)生側(cè)翻是因?yàn)檐囎鱿蛐倪\(yùn)動(dòng)C公路在設(shè)計(jì)上可能內(nèi)(東)高外(西)低D公路在設(shè)計(jì)上可能外(西)高內(nèi)(東)低解析：由題圖可知發(fā)生事故時(shí)，卡車在做圓周運(yùn)動(dòng)，從圖可以看出卡車沖入民宅時(shí)做離心

13、運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；如果外側(cè)高，卡車所受重力和支持力提供向心力，則卡車不會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)發(fā)生事故，故選項(xiàng)C正確答案：AC 3.如圖所示，螺旋形光滑軌道豎直放置，P、Q為對(duì)應(yīng)的軌道最高點(diǎn)，一個(gè)小球以一定速度沿軌道切線方向進(jìn)入軌道，且能過軌道最高點(diǎn)P，則下列說法中正確的是() A軌道對(duì)小球做正功，小球的線速度vPvQ B軌道對(duì)小球不做功，小球的角速度PaQ D軌道對(duì)小球的壓力FPFQ答案：B 4(2011湖北部分重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)如圖所示，質(zhì)量為m的小球置于正方體的光滑盒子中，盒子的邊長(zhǎng)略大于球的直徑某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知重力加速度為g，空氣阻力不計(jì)

14、，要使在最高點(diǎn)時(shí)盒子與小球之間恰好無作用力，則()答案：B 5.“飛車走壁”是一種傳統(tǒng)的雜技藝術(shù)，演員騎車在傾角很大的桶面上做圓周運(yùn)動(dòng)而不掉下來如右圖所示，已知桶壁的傾角為，車和人的總質(zhì)量為m，做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r.若使演員騎車做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)不受桶壁的摩擦力，下列說法正確的是()答案：AC8豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩類模型對(duì)于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運(yùn)動(dòng)是一種典型的變速曲線運(yùn)動(dòng)，該類運(yùn)動(dòng)常有臨界問題，并伴有“最大”“最小”“剛好”等詞語，常分析兩種模型輕繩牽模型和輕桿牽模型，分析比較如下： 在2008年8月19日進(jìn)行了體操男子單杠的決賽，鄒凱問鼎冠軍，為中國(guó)代表團(tuán)獲得2008北京奧運(yùn)會(huì)第41金如圖鄒凱正

15、完成一個(gè)單臂回環(huán)動(dòng)作，且恰好靜止在最高點(diǎn)，設(shè)鄒凱的重心離杠1.60米，體重大約56公斤忽略摩擦力，認(rèn)為鄒凱做的是圓周運(yùn)動(dòng)試求：(1)鄒凱在最低點(diǎn)應(yīng)以多大的速度才能達(dá)到如圖效果；(2)鄒凱在最高、最低點(diǎn)時(shí)對(duì)杠的作用力答案：(1)8 m/s(2)560 N2 800 N 如右圖所示，光滑的水平軌道AB，與半徑為R的光滑的半圓形軌道BCD相切于B點(diǎn)，其中圓軌道在豎直平面內(nèi)，B為最低點(diǎn)，D為最高點(diǎn)一質(zhì)量為m的小球以初速度v0沿AB運(yùn)動(dòng)，恰能通過最高點(diǎn)，則() AR越大，v0越大 BR越大，小球經(jīng)過B點(diǎn)后的瞬間對(duì)軌道的壓力越大 Cm越大，v0越大 Dm與R同時(shí)增大，初動(dòng)能Ek0增大答案：AD練規(guī)范、練技能、練速度