高考物理(全国通用)大一轮复习讲义课件:第四章-曲线运动-万有引力与航天-第3讲.pptx
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- 高考 物理 全国 通用 一轮 复习 讲义 课件 第四 曲线运动 万有引力 航天
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1、第3讲圆周运动第四章 曲线运动 万有引力与航天内容索引基础知识梳理命题点一圆周运动的分析命题点二水平面内圆周运动的临界问题命题点三竖直面内的圆周运动盘查拓展点课时作业基础知识梳理1一、匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度一、匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度1.匀速圆周运动(1)定义:做圆周运动的物体,若在相等的时间内通过的圆弧长 ,就是匀速圆周运动.(2)特点:加速度大小不变,方向始终指向 ,是变加速运动.(3)条件:合外力大小不变、方向始终与 方向垂直且指向圆心.相等圆心速度2.描述匀速圆周运动的物理量描述匀速圆周运动的物理量定义、意义公式、单位线速度描述做圆周运动的物体运动 的
2、物理量(v)(1)v _(2)单位:角速度描 述 物 体 绕 圆 心 的物理量()(1)_(2)单位:_快慢快慢转动m/srad/s周期物体沿圆周运动 的时间(T)(1)T ,单位:_(2)f ,单位:Hz向心加速度(1)描述速度 变化快慢的物理量(an)(2)方向指向_(1)an (2)单位:一圈方向圆心sr2m/s2如图所示为一辆自行车传动装置的结构图.答案(1)同一齿轮上到转轴距离不同的各点的线速度、角速度是否相同?线速度不同,角速度相同.深度思考深度思考答案(2)两个齿轮相比较,其边缘的线速度是否相同?角速度是否相同,转速是否相同?线速度相同,角速度、转速不同.二、匀速圆周运动的向心力
3、二、匀速圆周运动的向心力1.作用效果向心力产生向心加速度,只改变速度的 ,不改变速度的 .2.大小Fmmrmv42mf2r.3.方向始终沿半径方向指向 ,时刻在改变,即向心力是一个变力.4.来源向心力可以由一个力提供,也可以由几个力的 提供,还可以由一个力的 提供.mr2分力圆心方向大小合力三、离心现象三、离心现象1.定义:做圆周运动的物体,在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需 的情况下,就做逐渐远离圆心的运动.2.本质:做圆周运动的物体,由于本身的惯性,总有沿着圆周 飞出去的趋势.向心力切线方向3.受力特点(如图)当F时,物体做匀速圆周运动;当F0时,物体沿 方向飞出;当F时,物体逐
4、渐远离圆心.mr2切线mr21.判断下列说法是否正确.(1)匀速圆周运动是匀变速曲线运动.()(2)做圆周运动的物体,一定受到向心力的作用,所以分析做圆周运动物体的受力时,除了分析其受到的其他力,还必须指出它受到向心力的作用.()(3)做圆周运动的物体所受合外力突然消失,物体将沿圆周的半径方向飞出.()(4)火车转弯速率小于规定的数值时,内轨受到的压力会增大.()(5)飞机在空中沿半径为R的水平圆周盘旋时,飞机机翼一定处于倾斜状态.()基础题组自测基础题组自测2.(人教版必修2P25第3题改编)如图所示,小物体A与水平圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周运动,则A受力情况是A.重力、支持力
5、B.重力、向心力C.重力、支持力、指向圆心的摩擦力D.重力、支持力、向心力、摩擦力答案3.(人教版必修2P19第4题改编)图是自行车传动装置的示意图,其中是半径为r1的大齿轮,是半径为r2的小齿轮,是半径为r3的后轮,假设脚踏板的转速为n r/s,则自行车前进的速度为答案4.(人教版必修2P25第2题改编)如图所示,一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,有两个质量相等的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,则以下说法中正确的是A.A球的角速度等于B球的角速度B.A球的线速度大于B球的线速度C.A球的运动周期小于B球的运动周期D.A球对筒壁的压力大于B球
6、对筒壁的压力答案解析先对小球受力分析,如图所示,由图可知,两球的向心力都来源于重力mg和支持力FN的合力,建立如图所示的坐标系,则有:FNsin mgFNcos mr2由得FN ,小球A和B受到的支持力FN相等,由牛顿第三定律知,选项D错误.由于支持力FN相等,结合式知,A球运动的半径大于B球运动的半径,故A球的角速度小于B球的角速度,A球的运动周期大于B球的运动周期,选项A、C错误.又根据FNcos m可知:A球的线速度大于B球的线速度,选项B正确.2命题点一 圆周运动的分析1.圆周运动中的运动学分析(1)对公式vr的理解当r一定时,v与成正比;当一定时,v与r成正比;当v一定时,与r成反比
7、.(2)对a 2rv的理解在v一定时,a与r成反比;在一定时,a与r成正比.2.圆周运动中的动力学分析(1)向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的,可以是重力、弹力、摩擦力等各种力,也可以是几个力的合力或某个力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力.(2)向心力的确定确定圆周运动的轨道所在的平面,确定圆心的位置.分析物体的受力情况,找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力.(多选)如图所示为赛车场的一个水平“梨形”赛道,两个弯道分别为半径R90 m的大圆弧和r40 m的小圆弧,直道与弯道相切.大、小圆弧圆心O、O距离L100 m.赛车沿弯道路线行驶时,路面对轮胎的最大径向静
8、摩擦力是赛车重力的2.25倍,假设赛车在直道上做匀变速直线运动,在弯道上做匀速圆周运动,要使赛车不打滑,绕赛道一圈时间最短(发动机功率足够大,重力加速度g10 m/s2,3.14),则赛车A.在绕过小圆弧弯道后加速 B.在大圆弧弯道上的速率为45 m/sC.在直道上的加速度大小为5.63 m/s2 D.通过小圆弧弯道的时间为5.58 s【例1】答案解析分析题眼kmgm,vmR m/s45 m/s,vmr m/s30 m/s,直道的长度为x 50 m在直道上的加速度大小为a m/s26.50 m/s2小圆弧轨道的长度为 ,通过小圆弧弯道的时间为t s2.80 s题组阶梯突破题组阶梯突破1.如图所
9、示,“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上.不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时,下列说法正确的是A.A的速度比B的大B.A与B的向心加速度大小相等C.悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等D.悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小答案解析题眼分析根据题意可知,座椅A和B的角速度相等,A的转动半径小于B的转动半径,由vr可知,座椅A的线速度比B的小,选项A错误;由ar2可知,座椅A的向心加速度比B的小,选项B错误;座椅受力如图所示,由牛顿第二定律得mgtan mr2,tan ,因座椅A的运动半径较小,故悬挂A的缆绳与竖直方向的夹角小,选项C错误
10、;拉力FT ,可判断悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小,选项D正确.2.(多选)如图所示,两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点,并在同一水平面内做匀速圆周运动,则它们的A.周期相同B.线速度的大小相等C.角速度的大小相等D.向心加速度的大小相等答案分析题眼解析r=htan 对小球受力分析如图所示,受自身重力mg、绳子拉力FT,合力提供向心力即水平指向圆心,设细线和竖直方向夹角为,小球到悬点的距离为h,则有mgtan manm2htan,可得向心加速度angtan,所以向心加速度大小不相等,选项D错;角速度 ,所以角速度大小相等,选项C对;由于水平面内圆周运动的半径不同,线速度vhtan
11、,所以线速度大小不同,选项B错;周期T ,角速度相等,所以周期相等,选项A对.3命题点二 水平面内圆周运动的临界问题 如图所示,用一根长为l1 m的细线,一端系一质量为m1 kg的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角37,当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为时,细线的张力为FT.(g取10 m/s2,结果可用根式表示)求:(1)若要小球刚好离开锥面,则小球的角速度0至少为多大?(2)若细线与竖直方向的夹角为60,则小球的角速度为多大?【例2】答案解析分析答案题眼题眼FN=0(1)mgtan m02lsin 解得:02即0 rad/s.(2)同理,当
12、细线与竖直方向成60角时,mgtan m2lsin 解得:2 ,即 2 rad/s.水平面内圆周运动临界问题的分析技巧水平面内圆周运动临界问题的分析技巧1.在水平面内做圆周运动的物体,当角速度变化时,物体有远离或向着圆心运动的趋势.这时要根据物体的受力情况,判断某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪(特别是一些接触力,如静摩擦力、绳的拉力等).方法感悟方法感悟2.三种临界情况:(1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是:弹力FN0.(2)相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的临界条件是:静摩擦力达到最大值.(3)绳子断裂与松驰的临界条件
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