《2020选考物理-必修2-第四章-第2讲-圆周运动课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020选考物理-必修2-第四章-第2讲-圆周运动课件.pptx（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第2讲圆周运动,知识排查,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_，方向始终指向_，是变加速运动。3.条件：合外力大小_、方向始终与_方向垂直且指向圆心。,相等,不变,圆心,不变,速度,角速度、线速度、向心加速度,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_。,匀速圆周运动的向心力,m2r,3.方向：始终沿半径指向_方向，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。,方向,大小,圆心,合力,分力,1.定义：做_的物体，在所受合外力
2、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。,离心现象,圆周运动,向心力,1.竖直面内的圆周运动(1)汽车过弧形桥特点：重力和桥面支持力的_提供向心力。(2)水流星、绳球模型、内轨道(3)轻杆模型、管轨道2.火车转弯特点：重力与支持力的_提供向心力。(火车按设计速度转弯，否则将挤压内轨或外轨),生活中的圆周运动,合力,合力,小题速练,1.思考判断(1)做匀速圆周运动的物体所受合外力是保持不变的()(2)做匀速圆周运动的物体向心加速度与半径成反比()(3)随圆盘一起匀速转动的物体受重力、支持力和向心力的作用()(4)做圆周运动的物体所受合外力突然消失，物体将沿圆周切线方向
3、做匀速直线运动()(5)摩托车转弯时，如果超速会发生滑动，这是因为摩托车受到离心力作用()(6)火车转弯速率小于规定的安全速率，内轨会受到压力()(7)在绝对光滑的水平面上汽车可以转弯()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7),图1A.A点与C点的角速度大小相等B.B点与C点的线速度大小相等C.B点与C点的角速度大小之比为21D.B点与C点的向心加速度大小之比为14,答案D,3.人教版必修2P25T2拓展如图2所示，两个圆锥内壁光滑，竖直放置在同一水平面上，圆锥母线与竖直方向夹角分别为30和60，有A、B两个质量相同的小球在两圆锥内壁等高处做匀速圆周运动，下列说法正确的是(),图2,答
4、案C,匀速圆周运动及描述的物理量,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。,3.两种运动装置的特点(1)同轴传动：如图3甲、乙所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，AB，由vr知v与r成正比。,图3,(2)同带传动：如图4甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即vAvB。,图4,【典例1】(20184月浙江选考)A、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动(如图5)，在相同时间内，它们通过的路程之比是43，运动方向改变的角度之比是32，则它们(),A.线速度大小之比为43B.角速度大小之比为34C.圆周运动的半径之比为21
5、D.向心加速度大小之比为12,图5,答案A,1.自行车修理过程中，经常要将自行车倒置，摇动脚踏板检查是否修好，如图6所示，大齿轮边缘上的点a、小齿轮边缘上的点b和后轮边缘上的点c都可视为在做匀速圆周运动。则线速度最大的点是(),图6,A.大齿轮边缘上的点aB.小齿轮边缘上的点bC.后轮边缘上的点cD.a、b、c三点线速度大小相同解析a点与b点线速度大小相等，即vavb，b与c点角速度相等，即bc，又vr，rbrc，所以vcvbva，即后轮边缘上的C点线速度最大，故选项C正确。答案C,2.如图7所示为A、B两物体做匀速圆周运动时向心加速度a随半径r变化的曲线，由图线可知(),A.A物体的线速度大
6、小不变B.A物体的角速度不变C.B物体的线速度大小不变D.B物体的角速度与半径成正比,图7,答案A,3.如图8所示，B和C是一组塔轮，即B和C半径不同，但固定在同一转动轴上，其半径之比为RBRC32，A轮的半径大小与C轮相同，它与B轮紧靠在一起，当A轮绕过其中心的竖直轴转动时，由于摩擦作用，B轮也随之无相对滑动地转动起来。a、b、c分别为三轮边缘的三个点，则a、b、c三点在转动过程中的(),图8A.线速度大小之比为322B.角速度之比为332C.转速之比为232D.向心加速度大小之比为964,答案D,1.向心力的来源(1)向心力的方向沿半径指向圆心。(2)向心力来源：一个力或几个力的合力或某个
7、力的分力。2.向心力的确定(1)确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置。(2)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。3.区分匀速圆周运动和非匀速圆周运动的合外力不同(1)匀速圆周运动中，物体所受合外力指向圆心，合外力提供向心力。(2)非匀速圆周运动中，物体所受合外力不指向圆心。,圆周运动的动力学问题,【典例1】表演“飞车走壁”的演员骑着摩托车飞驶在光滑的圆台形筒壁上，筒的轴线垂直于水平面，圆台筒固定不动。现将圆台筒简化为如图9所示，若演员骑着摩托车，先后在A、B两处紧贴着内壁分别在图中虚线所示的水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(),A.A处的线速度
8、大于B处的线速度B.A处的角速度大于B处的角速度C.A处对筒的压力大于B处对筒的压力D.A处的向心力大于B处的向心力,图9,答案A,“一、二、三、四”求解圆周运动问题,【典例2】如图10甲为游乐园中“空中飞椅”的游戏设施，它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上，绳子的下端连接座椅，人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋。若将人和座椅看成一个质点，则可简化为如图乙所示的物理模型，其中P为处于水平面内的转盘，可绕竖直转轴OO转动，设绳长l10 m，质点的质量m60 kg，转盘静止时质点与转轴之间的距离d4.0 m，转盘逐渐加速转动，经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动，此时绳与竖直方向的夹角
9、37，不计空气阻力及绳重，且绳不可伸长，g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，求质点与转盘一起做匀速圆周运动时：,图10,(1)绳子拉力的大小；(2)转盘角速度的大小。,(2)根据牛顿第二定律有：mgtan 37m2RRdlsin 37,解析(1)如图所示，对质点进行受力分析：Fcos 37mg0,1.(20164月浙江选考)如图11为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间。假定此时他正沿圆弧形弯道匀速率滑行，则他(),A.所受的合力为零，做匀速运动B.所受的合力恒定，做匀加速运动C.所受的合力恒定，做变加速运动D.所受的合力变化，做变加速运动解析匀速圆周运动过程中
10、，线速度大小不变，方向改变；向心加速度大小不变，方向始终指向圆心；向心力大小不变，方向始终指向圆心。故A、B、C错误，D正确。答案D,图11,2.如图12所示，质量相等的a、b两物体放在圆盘上，到圆心的距离之比是23，圆盘绕圆心做匀速圆周运动，两物体相对圆盘静止，a、b两物体做圆周运动的向心力之比是(),A.11 B.32 C.23 D.94解析a、b随圆盘转动，角速度相同，由Fm2r可知，两物体的向心力与运动半径成正比，C正确。答案C,图12,3.(201510月浙江选考)质量为30 kg的小孩坐在秋千板上，秋千板离系绳子的横梁的距离是2.5 m。小孩的父亲将秋千板从最低点拉起1.25 m高
11、度后由静止释放，小孩沿圆弧运动至最低点时，她对秋千板的压力约为()A.0 B.200 N C.600 N D.1 000 N解析小孩从1.25 m高度向下摆动过程中，由机械能守恒定律知,解得FN600 N，由牛顿第三定律得小孩对秋千板的压力FNFN600 N，选项C正确。答案C,4.如图13所示，用一根细绳一端系一个小球，另一端固定，给小球不同的初速度，使小球在水平面内做角速度不同的圆周运动，则下列细绳拉力F、悬点到轨迹圆心高度h、向心加速度a、线速度v与角速度平方2的关系图象正确的是(),图13,答案A,角度一水平面内匀速圆周运动实例,1.运动实例：圆锥摆、火车转弯、飞机在水平面内做匀速圆周
12、运动等。2.问题特点：(1)运动轨迹是圆且在水平面内。(2)向心力的方向水平，竖直方向合力为零。3.解决方法：(1)对研究对象受力分析，确定向心力的来源。(2)确定圆周运动的圆心和半径。(3)应用相关规律列方程求解。,生活中的圆周运动,【典例】(201811月浙江选考)一质量为2.0103 kg的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4104 N，当汽车经过半径为80 m的弯道时，下列判断正确的是(),A.汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力B.汽车转弯的速度为20 m/s时所需的向心力为1.4104 NC.汽车转弯的速度为20 m/s时汽车会发生侧滑D.汽车能安全
13、转弯的向心加速度不超过7.0 m/s2,图14,答案D,1.质量为m的飞机以恒定速率v在空中水平盘旋，如图15所示，其做匀速圆周运动的半径为R，重力加速度为g，则此时空气对飞机的作用力大小为(),图15,答案C,图16,答案C,3.如图17所示，“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,图17,答案D,1.运动特点(1)竖直面内的圆周运动一般是变速圆周运
14、动。(2)只有重力做功的竖直面内的变速圆周运动机械能守恒。(3)竖直面内的圆周运动问题，涉及知识面比较广，既有临界问题，又有能量守恒的问题，要注意物体运动到圆周的最高点的速度。(4)一般情况下，竖直面内的圆周运动问题只涉及最高点和最低点的两种情形。,角度二竖直平面内的圆周运动,2.常见模型,【典例】如图18，光滑圆轨道固定在竖直面内，一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动。已知小球在最低点时对轨道的压力大小为FN1，在最高点时对轨道的压力大小为FN2。重力加速度大小为g，则FN1FN2的值为(),图18A.3mg B.4mg C.5mg D.6mg,同时从最高点到最低点，根据机械能守恒定律得,
15、联立以上三式可得FN1FN26mg，由牛顿第三定律：FN1FN26mg，故选项D正确。答案D,分析竖直平面内圆周运动临界问题的思路,1.如图19所示，过山车的轨道可视为竖直平面内半径为R的圆轨道。质量为m的游客随过山车一起运动，当游客以速度v经过圆轨道的最高点时(),图19,答案B,2.一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动，如图20所示，则下列说法正确的是(),图20,答案A,3.男子体操运动员做“双臂大回环”，用双手抓住单杠，伸展身体，以单杠为轴做圆周运动。如图21所示，若运动员的质量为50 kg，此过程中运动员到达最低点时手臂受的总拉力至少约
16、为(忽略空气阻力，g10 m/s2)(),图21,A.500 N B.2 000 NC.2 500 N D.3 000 N,答案C,圆周运动中的临界问题的分析与求解(不只是竖直平面内的圆周运动中存在临界问题，其他许多问题中也有临界问题)，一般都是先假设出某量达到最大或最小的临界情况，进而列方程求解。,圆周运动中的临界问题,【典例】如图22所示，质量为m的木块，用一轻绳拴着，置于很大的水平转盘上，细绳穿过转盘中央的细管，与质量也为m的小球相连，木块与转盘间的最大静摩擦力为其重力的倍(0.2)，当转盘以角速度4 rad/s匀速转动时，要保持木块与转盘相对静止，木块转动半径的范围是多少？(g取10
17、m/s2)。,图22,解析由于转盘以角速度4 rad/s匀速转动，因此木块做匀速圆周运动所需的向心力为Fmr2。当木块做匀速圆周运动的半径取最小值时，其所受最大静摩擦力与拉力方向相反，则有mgmgmrmin2，解得rmin0.5 m；当木块做匀速圆周运动的半径取最大值时，其所受最大静摩擦力与拉力方向相同，则有mgmgmrmax2，解得rmax0.75 m。因此，要保持木块与转盘相对静止，木块转动半径的范围是0.5 mr0.75 m。答案0.5 mr0.75 m,1.如图23所示，甲、乙、丙三个物体放在匀速转动的水平粗糙圆台上，甲的质量为2m，乙、丙的质量均为m，甲、乙离轴为R，丙离轴为2R，则
18、当圆台旋转时(设甲、乙、丙始终与圆台保持相对静止)(),图23,A.甲物体的线速度比丙物体的线速度大B.乙物体的角速度比丙物体的角速度小C.甲物体的向心加速度比乙物体的向心加速度大D.乙物体受到的向心力比丙物体受到的向心力小,解析甲、乙、丙转动的角速度大小相等，根据vr，且甲的半径小于丙的半径可知，甲物体的线速度比丙物体的线速度小，故A、B错误；根据向心加速度ar2，且甲、乙半径相等可知，甲物体的向心加速度和乙物体的向心加速度相等，故C错误；根据Fmr2知，甲、乙、丙的质量之比为211，转动的半径之比为112，则向心力大小之比为212，所以乙物体受到的向心力比丙物体受到的向心力小，故D正确。答案D,2.如图24所示，小球紧贴在竖直放置的光滑圆形管道内壁做圆周运动，内侧壁半径为R，小球半径为r，则下列说法正确的是(),图24,解析小球沿管道上升到最高点的速度可以为零，故A、B均错误；小球在水平线ab以下的管道中运动时，由外侧管壁对小球的作用力FN与小球重力在背离圆心方向的分力Fmg的合力提供向心力，即FNFmgma，因此，外侧管壁一定对小球有作用力，而内侧管壁无作用力，C正确；小球在水平线ab以上的管道中运动时，小球受管壁的作用力情况与小球速度大小有关，D错误。答案C,
