高中物理专题复习:“摆类”问题课件.ppt
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- 高中物理 专题 复习 问题 课件
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1、2023-4-28SMH制作1制作:施铭华制作:施铭华2023-4-28SMH制作2“摆摆”与简谐运动,圆周运动联系密切,与简谐运动,圆周运动联系密切,“摆类问题摆类问题”需正确地分析受力,分析能需正确地分析受力,分析能量转化,并与天体、电磁场等有联系,因量转化,并与天体、电磁场等有联系,因此此“摆类问题摆类问题”在高考中经常出现。在高考中经常出现。重点内容:重点内容:“摆摆”与与“简谐运动简谐运动”;“摆摆”与与“圆周运动圆周运动”;“摆摆”与与物体的碰撞。物体的碰撞。2023-4-28SMH制作3 1.单摆做简谐运动的条件:摆角很小;单摆做简谐运动的条件:摆角很小;2.单摆振动的回复力:重
2、力的切向分力;单摆振动的回复力:重力的切向分力;3.单摆振动具有等时性,其周期与振幅无关,单摆振动具有等时性,其周期与振幅无关,与摆球的质量无关,与摆长和当地的重力与摆球的质量无关,与摆长和当地的重力加速度有关;加速度有关;4.若外加因素不影响原单摆做简谐运动的回若外加因素不影响原单摆做简谐运动的回复力,则摆振动的周期不变,摆线的拉力复力,则摆振动的周期不变,摆线的拉力可能变化。可能变化。2023-4-28SMH制作4(1)如图所示,水平线如图所示,水平线NP与斜线与斜线OP使质量为使质量为m的小球静止在位置的小球静止在位置P,OP与竖直方向的夹角为与竖直方向的夹角为,这时斜线中的张力大小为,
3、这时斜线中的张力大小为TP,作用于小球的合,作用于小球的合力大小为力大小为FP;若剪断;若剪断NP,使小球开始摆动,当小球摆到最右端的位置,使小球开始摆动,当小球摆到最右端的位置Q时,时,OQ与竖直方向的夹角也为与竖直方向的夹角也为,这时斜线中的张力大小为,这时斜线中的张力大小为TQ,作用,作用于小球的合力大小为于小球的合力大小为FQ(不计空气阻力)。下列结论中正确的是(不计空气阻力)。下列结论中正确的是【】A.TPTQ B.TP=TQ C.FP=FQ D.FPFQOPQN mgTP 线中张力大小:线中张力大小:cosmgTP线中张力大小:线中张力大小:PQTcosmgT mgTQFQ 作用于
4、小球的合力:作用于小球的合力:FP=0 作用于小球的合力:作用于小球的合力:PQFsinmgF 2023-4-28SMH制作5(2)一做简谐运动的单摆,在摆动过程中,【一做简谐运动的单摆,在摆动过程中,【】A.只有在平衡位置时,回复力等于重力与细绳拉力的合力只有在平衡位置时,回复力等于重力与细绳拉力的合力B.只有当小球摆到最高点时,回复力等于重力与细绳拉力的合力只有当小球摆到最高点时,回复力等于重力与细绳拉力的合力C.小球在任意位置回复力都等于重力与细绳拉力的合力小球在任意位置回复力都等于重力与细绳拉力的合力D.在平衡位置时,细绳的拉力大小等于重力在平衡位置时,细绳的拉力大小等于重力F1F2m
5、gFTmgFT单摆振动的回复力是重单摆振动的回复力是重力力mg的切向分力的切向分力F1小球摆到最高点时,小球摆到最高点时,FT=F2合力合力=F1在平衡位置,重力的切向在平衡位置,重力的切向分力为零,分力为零,回复力为零。回复力为零。在平衡位置:在平衡位置:mgFLvmmgFTT22023-4-28SMH制作6(3)有一单摆,摆长为有一单摆,摆长为L,摆球质量为,摆球质量为m,摆动中的最大偏角,摆动中的最大偏角mB,下一次碰撞将发生在平衡位置右侧,下一次碰撞将发生在平衡位置右侧 B.如果如果mAmB,下一次碰撞将发生在平衡位置左侧,下一次碰撞将发生在平衡位置左侧 C.无论两摆球的质量之比是多少
6、,下一次碰撞不可能在平衡位置右侧无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞不可能在平衡位置右侧D.无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞不可能在平衡位置左侧无论两摆球的质量之比是多少,下一次碰撞不可能在平衡位置左侧gLT 2单摆振动周期:单摆振动周期:与摆球的质量和振幅无关。与摆球的质量和振幅无关。两单摆的摆长两单摆的摆长L相同,相碰撞后各自分开做简谐运动,相同,相碰撞后各自分开做简谐运动,经经T/2必在平衡位置相碰。必在平衡位置相碰。右右左左A Bt10t/sx/cmA-At2t3t4BA1A2碰后碰后A向右运动向右运动碰后碰后A向右运动向右运动2023-4-28SMH制作9(6)已知地球的质量
7、约为月球质量的已知地球的质量约为月球质量的81倍,地球半径约为月倍,地球半径约为月球半径的球半径的3.8倍在地球表面上振动周期为倍在地球表面上振动周期为1s的单摆,移到的单摆,移到月球表面上去,每分钟振动次数约为:【月球表面上去,每分钟振动次数约为:【】A.60次次 B.45次次 C.25次次 D.10次次由万有引力定律:由万有引力定律:22RMGgmgRMmG839838181832222.ggTT.MRRMgg月地月地地月月地月在月球表面单摆每分钟振动次数:在月球表面单摆每分钟振动次数:次2560983.n2023-4-28SMH制作10(7)如图所示,摆球原来处于它的平衡位置如图所示,摆
8、球原来处于它的平衡位置O点,后来摆球在水平恒力点,后来摆球在水平恒力F的作用下,沿圆弧运动,摆球经过的作用下,沿圆弧运动,摆球经过P点时,摆线与竖直方向的夹角为点时,摆线与竖直方向的夹角为,此时摆球的动能恰好达到最大。若摆球在此时摆球的动能恰好达到最大。若摆球在F的作用下从的作用下从O点运动到点运动到P点,点,就及时撤去水平力就及时撤去水平力F,则下列说法正确的是:【,则下列说法正确的是:【】A.撤去撤去F后,摆球摆动的最大偏角大于后,摆球摆动的最大偏角大于B.摆球从摆球从O到到P的过程中,摆线的拉力对摆球不做功的过程中,摆线的拉力对摆球不做功C.摆球从摆球从O到到P的过程中,重力势能的增量等
9、于的过程中,重力势能的增量等于F对摆球做的功对摆球做的功D.摆球从摆球从O到到P的过程中,重力势能的增量小于的过程中,重力势能的增量小于F对摆球做的功对摆球做的功OPF撤去撤去F后,摆球将继续向左摆动,所以最大偏角大于后,摆球将继续向左摆动,所以最大偏角大于。摆动过程中由于摆线的拉力始终与摆球的速度垂直,摆动过程中由于摆线的拉力始终与摆球的速度垂直,所以摆线的拉力不做功。所以摆线的拉力不做功。摆球从摆球从O到到P的过程中的过程中FPkPFWEEEW2023-4-28SMH制作11(8)一双线摆如图所示,摆线一双线摆如图所示,摆线AB=1m,当它在垂直于纸面方向,当它在垂直于纸面方向做小角度的摆
10、动时,该双线摆的周期应为:【做小角度的摆动时,该双线摆的周期应为:【】A.1.4s B.2.0s C.2.4s D.3.0s600 600 300 300ABCO等效摆长等效摆长L=1m此双线摆的周期为此双线摆的周期为:s.g LT210114322 2023-4-28SMH制作12(9)如图所示,有一带正电的小球用绝缘细线悬挂在如图所示,有一带正电的小球用绝缘细线悬挂在O点,在下列哪些情况点,在下列哪些情况下,细线中的拉力大于小球的重力【下,细线中的拉力大于小球的重力【】A.加一个匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里加一个匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,小球静止小球静止B.加一个匀强电场,电场的方
11、向竖直向下加一个匀强电场,电场的方向竖直向下,小球静止小球静止C.将小球偏离竖直方向一定角度将小球偏离竖直方向一定角度,然后从静止开始摆动至最低位置的瞬间然后从静止开始摆动至最低位置的瞬间D.将小球偏离竖直方向一定角度将小球偏离竖直方向一定角度,然后使小球在水平面内做匀速圆周运动然后使小球在水平面内做匀速圆周运动O mgFTFT=mgOmgFEFTFT=mg+FEOmgFTvFT=mg+mv2/LFT=mg/cosOmgFT2023-4-28SMH制作13(10)如图所示如图所示,有一带正电的小球用绝缘细线悬挂在有一带正电的小球用绝缘细线悬挂在O点点,当它做小摆角的摆当它做小摆角的摆动时动时,
12、周期为周期为T,在下列哪些情况下周期仍是在下列哪些情况下周期仍是T?【?【】A.将此摆放在倾角为将此摆放在倾角为的光滑斜面上摆动的光滑斜面上摆动(图图)B.在悬点处固定一个带正电的小球在悬点处固定一个带正电的小球(图图)C.加一个匀强电场,电场的方向竖直向下加一个匀强电场,电场的方向竖直向下(图图)D.加一个匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里加一个匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里(图图)OmgFTFE OmgFT OmgFTFE回复力不变,周期不变。回复力不变,周期不变。回复力不变,周期不变。回复力不变,周期不变。回复力回复力周期周期回复力回复力 周期周期向向左左摆摆FB向向右右摆摆FBFTmgsi
13、n2023-4-28SMH制作14(11)将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力图将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力图a中中O点为单摆的固定悬点,现将小摆球点为单摆的固定悬点,现将小摆球(可视为质点可视为质点)拉至拉至A点,此时细线处点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的于张紧状态,释放摆球,则摆球将在竖直平面内的A、B、C之间来回摆之间来回摆动,其中动,其中B点为运动中的最低位置,点为运动中的最低位置,AOB=COB=,小于小于I00且未且未知量图知量图b表示由计算机得到的细线对摆球的拉力大小表示由计算机得到的细线对摆球的拉力大小F随时间随时间
14、t 变化的变化的曲线,且图中曲线,且图中t=0 时刻为摆球从时刻为摆球从A点开始运动的时刻试根据力学规律点开始运动的时刻试根据力学规律和题中和题中(包括图中包括图中)所给的信息求所给的信息求:(1)单摆的振动周期和摆长单摆的振动周期和摆长;(2)摆球的摆球的质量质量;(3)摆球运动过程中的最大速度摆球运动过程中的最大速度(g取取10m/s2)s/m.vkg.mcosmgLmvcosmgFLvmmgFmmminmmax28005012122 OCAB (a)(b)0 0.1 0.2 0.3 0.4t/sF/N0.5100.495m.gTL40422 周期周期T=0.4=1.256s 摆长:摆长:
15、2023-4-28SMH制作15(12)两个质量分别为两个质量分别为m和和M的小球的小球,悬挂在同一根细线上悬挂在同一根细线上,如图所如图所 示示,让让M先先摆动摆动,过一段时间后过一段时间后,下面说法中正确的是【下面说法中正确的是【】A.m和和M的摆动周期相同的摆动周期相同B.如果两摆长相等,只有如果两摆长相等,只有mM时,时,m摆的振幅才较大摆的振幅才较大C.悬挂悬挂M摆的细绳长度变化时,摆的细绳长度变化时,m摆动的振幅也会发生变化摆动的振幅也会发生变化D.当两个摆长相等时,当两个摆长相等时,m摆动振幅可以超过摆动振幅可以超过M摆摆MN物体在周期性驱动力作用下的振动,物体在周期性驱动力作用
16、下的振动,其振动周期和固有周期无关,等于驱其振动周期和固有周期无关,等于驱动力的周期。动力的周期。共振现象:在受迫振动中,驱动力的共振现象:在受迫振动中,驱动力的频率和物体的固有频率相等时,振幅频率和物体的固有频率相等时,振幅最大最大。2023-4-28SMH制作16(13)用长为用长为L的绝缘轻绳将质量为的绝缘轻绳将质量为m、电荷量为、电荷量为+q的小球的小球A悬挂于悬挂于0点,同点,同时在悬点正下方时在悬点正下方L处将质量为处将质量为m、电荷量为、电荷量为+q的小球的小球B固定由于静电斥固定由于静电斥力作用两球相距力作用两球相距x,呈如图所示状态下面判断正确的是:【呈如图所示状态下面判断正
17、确的是:【】A.若增大小球若增大小球A的质量,则两球的距离的质量,则两球的距离x将增大将增大 B.若增大小球若增大小球A的质量,则两球的距离的质量,则两球的距离x将增大将增大 C.若小球若小球A所带电荷量缓慢增大,则绳中拉力将减小所带电荷量缓慢增大,则绳中拉力将减小 D.若小球若小球A所带电荷量缓慢增大,则绳中拉力不变所带电荷量缓慢增大,则绳中拉力不变 xmmgLkqxxqkxxqkxFLgm3232221OBAxFTFmg图中阴影部分的两三角形相似:图中阴影部分的两三角形相似:OA=OB=L FT=mg 改变改变m或或q,FT都不变都不变2023-4-28SMH制作17(14)如图所示,一只
18、吊篮从图中如图所示,一只吊篮从图中B处自由摆下,摆到最低处处自由摆下,摆到最低处A时,吊时,吊篮中一个人持枪想击中悬挂点篮中一个人持枪想击中悬挂点O处的目标,若子弹离开枪口的速度为处的目标,若子弹离开枪口的速度为v0,悬绳长为,悬绳长为l,则【,则【】A.枪口应瞄向枪口应瞄向O点左侧,与点左侧,与OA的夹角的夹角B.枪口应瞄向枪口应瞄向O点左侧,与点左侧,与OA的夹角的夹角C.枪口应瞄向枪口应瞄向O点右侧,与点右侧,与OA的夹角的夹角D.枪口应瞄向枪口应瞄向O点右侧,与点右侧,与OA的夹角的夹角0vgLarcsin 0vgLarctan 0vgLarctan 0vgLarcsin 600OAB
19、吊篮自由摆下,摆到最低处吊篮自由摆下,摆到最低处A时的速度为时的速度为v1glvmvcosmgl121021601v0v1001vglvvsin 合速度沿合速度沿OA方向,由平行四边形定则方向,由平行四边形定则2023-4-28SMH制作18(15)一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M与与N,它们只能在图所示平面,它们只能在图所示平面内摆动,某一瞬间出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相内摆动,某一瞬间出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是【对车厢运动的可能情况是【】A车厢作匀速直线运动,车厢作匀速直线运动,M在摆动,在摆动,N静止静止
20、B车厢作匀速直线运动,车厢作匀速直线运动,M在摆动,在摆动,N也摆动也摆动C车厢作匀加速直线运动,车厢作匀加速直线运动,M静止,静止,N在摆动在摆动D车厢作匀加速直线运动,车厢作匀加速直线运动,M静止,静止,N也静止也静止MN车厢作匀速直线运车厢作匀速直线运动,动,M一定在摆动。一定在摆动。车厢作匀速直线运动,车厢作匀速直线运动,N可能静止、可能摆动。可能静止、可能摆动。车厢作匀加速直线车厢作匀加速直线运动,运动,M可能静止、可能静止、可能摆动。可能摆动。车厢作匀加速直线运车厢作匀加速直线运动,动,N不可能静止。不可能静止。2023-4-28SMH制作191.1.摆在竖直面内做圆周运动,要注意
21、摆球摆在竖直面内做圆周运动,要注意摆球做完整的圆周运动的条件:在最高点绳子做完整的圆周运动的条件:在最高点绳子的拉力为零;的拉力为零;2.2.注意绳子拉紧瞬间,产生瞬间冲力,能注意绳子拉紧瞬间,产生瞬间冲力,能量有损失;量有损失;3.3.在重力场中运动优选在重力场中运动优选“机械能守恒定机械能守恒定律律”,如果在电场中运动则优选,如果在电场中运动则优选“动能定动能定理理”或或“能量守恒定律能量守恒定律”;4.4.注意正确的受力分析和运动情景的分析。注意正确的受力分析和运动情景的分析。2023-4-28SMH制作20(16)如图,质量为如图,质量为m的小球,用长为的小球,用长为L的细绳把摆球吊在
22、悬的细绳把摆球吊在悬点点O点,在点,在O点正下方点正下方L/2处有一光滑钉子处有一光滑钉子O,把小球拉到,把小球拉到与钉子与钉子O水平的位置,摆线被钉子拦住,将小球由静止释水平的位置,摆线被钉子拦住,将小球由静止释放,当小球第一次通过最低放,当小球第一次通过最低P点时【点时【】A.小球的运动速度突然减小小球的运动速度突然减小 B.小球的角速度突然减小小球的角速度突然减小 C.小球的向心加速度突然减小小球的向心加速度突然减小 D.悬线的拉力突然减小悬线的拉力突然减小OPO速度大小不变速度大小不变 rrvarrva2FrrvmmgFrvmmgF222023-4-28SMH制作21(17)如图所示,
23、在光滑的水平面上钉相距如图所示,在光滑的水平面上钉相距0.4 m的两个钉子的两个钉子A和和B,长,长1m的细绳一端系着质量为的细绳一端系着质量为0.4kg的小球,另一端固定在钉子的小球,另一端固定在钉子A上,开上,开始时,小球和钉子始时,小球和钉子A、B在同一直线上,小球始终以在同一直线上,小球始终以2m/s的速率在水的速率在水平面上做匀速圆周运动若细绳能承受的最大拉力是平面上做匀速圆周运动若细绳能承受的最大拉力是4N,那么,从,那么,从开始运动到细绳断开所经历的时间是:【开始运动到细绳断开所经历的时间是:【】A0.9s B0.8s C1.2s D1.6sAB细绳能承受的最大拉力时,细绳的长度
24、为:细绳能承受的最大拉力时,细绳的长度为:m.FvmLLvmFmm4022从位置从位置历时:历时:s.vRTt 50212111从位置从位置历时:历时:s.6vRTt 30202222在位置在位置小球做圆周运动半径为小球做圆周运动半径为R3=0.2m0.4m,绳已断。绳已断。经历时间为经历时间为0.8s.2023-4-28SMH制作22(18)如图所示,将完全相同的两小球如图所示,将完全相同的两小球A、B用长用长L=0.8m的的细绳悬于以细绳悬于以v=4m/s向右匀速运动的小车顶部,两球与向右匀速运动的小车顶部,两球与小车前后壁接触,由于某种原因,小车突然停止,此小车前后壁接触,由于某种原因,
25、小车突然停止,此时悬线中的张力之比时悬线中的张力之比TB:TA为【为【】A.1:1 B.1:2 C.1:3 D.1:4vAB小车突然停止瞬间,小车突然停止瞬间,由于惯性,小球由于惯性,小球A将向右摆动。将向右摆动。此时悬线的张力此时悬线的张力mgTLvmmgTAA32小车突然停止瞬间,小车突然停止瞬间,B B球悬线的张力球悬线的张力TB=mgTB:TA=1:32023-4-28SMH制作23(19)如图所示,长为如图所示,长为L的细绳一端固定于的细绳一端固定于O点,另一端拴一质量为点,另一端拴一质量为m的的小球,把线拉至最高点小球,把线拉至最高点A以以 的速度水平抛出,求:小球运的速度水平抛出
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