高考物理一輪復習 第四章第三節(jié) 圓周運動課件 人教版

第三節(jié)圓周運動第三節(jié)圓周運動本節(jié)目錄本節(jié)目錄基礎(chǔ)梳理基礎(chǔ)梳理自學導引自學導引要點透析要點透析直擊高考直擊高考考點探究考點探究講練互動講練互動知能演練知能演練輕巧奪冠輕巧奪冠技法提煉技法提煉思維升華思維升華基礎(chǔ)梳理基礎(chǔ)梳理自學導引自學導引思考感悟思考感悟1由由av2/r和和a2r得出得出a與與r既成正比，又成反比的結(jié)論既成正比，又成反比的結(jié)論是否正確？是否正確？線速度方向線速度方向向心加速度向心加速度二、勻速圓周運動和非勻速圓周運動的比較二、勻速圓周運動和非勻速圓周運動的比較名師點撥：名師點撥：勻速圓周運動既不是速度不變，也不是勻變速曲勻速圓周運動既不是速度不變，也不是勻變速曲線運動，而是變加速曲線運動線運動，而是變加速曲線運動勻速圓周運動勻速圓周運動非勻速圓周運動非勻速圓周運動定義定義線速度大小不變的圓周運線速度大小不變的圓周運動動線速度大小變化的圓周線速度大小變化的圓周運動運動運動特運動特點點F、a、v均大小不變，方均大小不變，方向變化，向變化，不變不變F、a、v大小、方向均大小、方向均發(fā)生變化，發(fā)生變化，發(fā)生變化發(fā)生變化向心力向心力FF合合由由F合合沿半徑方向的分力沿半徑方向的分力提供提供三、離心運動三、離心運動1定義：定義：做做_運動的物體，在合力運動的物體，在合力_或者或者_提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸_圓心的運動圓心的運動2原因：原因：做圓周運動的物體，由于本身的做圓周運動的物體，由于本身的_，總有沿著，總有沿著圓周圓周_方向飛出去的傾向方向飛出去的傾向圓周圓周突然消失突然消失不足以不足以遠離遠離慣性慣性切線切線3供需關(guān)系與運動供需關(guān)系與運動如圖所示，如圖所示，F(xiàn)為實際提供的向心力，則：為實際提供的向心力，則：(1)當當_時，物體做勻速圓周運動；時，物體做勻速圓周運動；(2)當當_時，物體沿切線方向飛出；時，物體沿切線方向飛出；(3)當當_時，物體逐漸遠離圓心；時，物體逐漸遠離圓心；(4)當當_時，物體逐漸靠近圓心時，物體逐漸靠近圓心Fm2rF0Fm2r思考感悟思考感悟2物體做離心運動是受到了離心力的作用嗎？物體做離心運動是受到了離心力的作用嗎？提示：提示：不是，而是物體受到的力小于所需向心力的緣故不是，而是物體受到的力小于所需向心力的緣故要點透析要點透析直擊高考直擊高考2傳動裝置特點傳動裝置特點(1)同軸傳動：固定在一起共軸轉(zhuǎn)動的物體上各點角速度相同同軸傳動：固定在一起共軸轉(zhuǎn)動的物體上各點角速度相同;(2)皮帶傳動：不打滑的摩擦傳動和皮帶皮帶傳動：不打滑的摩擦傳動和皮帶(或齒輪或齒輪)傳動的兩輪邊傳動的兩輪邊緣上各點線速度大小相等緣上各點線速度大小相等特別提醒：特別提醒：( (1) )在討論在討論v、r三者關(guān)系時，應(yīng)采用控制變量三者關(guān)系時，應(yīng)采用控制變量法，即保持其中一個量不變來討論另外兩個量的關(guān)系法，即保持其中一個量不變來討論另外兩個量的關(guān)系.( (2) )在在處理傳動裝置中各量間的關(guān)系時，應(yīng)首先明確傳動的方式及處理傳動裝置中各量間的關(guān)系時，應(yīng)首先明確傳動的方式及傳動的特點傳動的特點.即時應(yīng)用即時應(yīng)用 1(2013泰安模擬泰安模擬)如圖所示，兩個嚙合齒輪，小齒如圖所示，兩個嚙合齒輪，小齒輪半徑為輪半徑為10 cm，大齒輪半徑為，大齒輪半徑為20 cm，大齒輪中，大齒輪中C點離圓心點離圓心O2的距離為的距離為10 cm，A、B分別為兩個齒輪邊緣上的點，則分別為兩個齒輪邊緣上的點，則A、B、C三點的三點的()A線速度之比為線速度之比為111B角速度之比為角速度之比為111C向心加速度之比為向心加速度之比為421D轉(zhuǎn)動周期之比為轉(zhuǎn)動周期之比為2 1 1二、圓周運動中的動力學分析二、圓周運動中的動力學分析1向心力的來源向心力的來源向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、彈力、摩擦向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是幾個力的合力或某個力的分力，因此力等各種力，也可以是幾個力的合力或某個力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一個向心力在受力分析中要避免再另外添加一個向心力2向心力的確定向心力的確定(1)確定圓周運動的軌道所在的平面，確定圓心的位置確定圓周運動的軌道所在的平面，確定圓心的位置(2)分析物體的受力情況，找出所有的力沿半徑方向指向圓分析物體的受力情況，找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力就是向心力心的合力就是向心力3圓周運動的向心力分解圖圓周運動的向心力分解圖運動運動模型模型飛機在水平面內(nèi)飛機在水平面內(nèi)做圓周運動做圓周運動火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎圓錐擺圓錐擺圖示圖示運動運動模型模型飛車走壁飛車走壁汽車在水平汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎路面轉(zhuǎn)彎光滑水光滑水平轉(zhuǎn)臺平轉(zhuǎn)臺圖示圖示即時應(yīng)用即時應(yīng)用 2如圖所示，長為如圖所示，長為L的細繩一端固定，另一端系一的細繩一端固定，另一端系一質(zhì)量為質(zhì)量為m的小球給小球一個合適的初速度，小球便可在水平的小球給小球一個合適的初速度，小球便可在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，這樣就構(gòu)成了一個圓錐擺，設(shè)細繩與面內(nèi)做勻速圓周運動，這樣就構(gòu)成了一個圓錐擺，設(shè)細繩與豎直方向的夾角為豎直方向的夾角為.下列說法中正確的是下列說法中正確的是()A小球受重力、繩的拉力和向心力作用小球受重力、繩的拉力和向心力作用B小球做圓周運動的半徑為小球做圓周運動的半徑為LC越大，小球運動的速度越大越大，小球運動的速度越大D越大，小球運動的周期越大越大，小球運動的周期越大三、豎直面內(nèi)圓周運動的臨界問題分析三、豎直面內(nèi)圓周運動的臨界問題分析物體在豎直面內(nèi)做的圓周運動是一種典型的變速曲線運動，物體在豎直面內(nèi)做的圓周運動是一種典型的變速曲線運動，該類運動常有臨界問題，并伴有該類運動常有臨界問題，并伴有“最大最大”、“最小最小”、“剛剛好好”等詞語，常分析兩種模型等詞語，常分析兩種模型輕繩模型和輕桿模型，分輕繩模型和輕桿模型，分析比較如下：析比較如下：輕繩模型輕繩模型輕桿模型輕桿模型常見常見類型類型均均是沒有支撐的小球是沒有支撐的小球均均是有物體支撐的小球是有物體支撐的小球即時應(yīng)用即時應(yīng)用 3有一長度為有一長度為L0.50 m的輕質(zhì)細桿的輕質(zhì)細桿OA，A端有一端有一質(zhì)量為質(zhì)量為m3.0 kg的小球，如圖所示，小球以的小球，如圖所示，小球以O(shè)點為圓心在豎點為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運動，通過最高點時小球的速度是直平面內(nèi)做圓周運動，通過最高點時小球的速度是2.0 m/s，g取取10 m/s2，則此時細桿，則此時細桿OA受到受到()A6.0 N的拉力的拉力B6.0 N的壓力的壓力C24 N的拉力的拉力 D24 N的壓力的壓力考點探究考點探究講練互動講練互動例例1考點考點1水平面內(nèi)的圓周運動水平面內(nèi)的圓周運動小球在半徑為小球在半徑為R的光滑半球內(nèi)做水平面內(nèi)的勻速圓周運的光滑半球內(nèi)做水平面內(nèi)的勻速圓周運動，試分析圖中的動，試分析圖中的(小球與半球球心連線跟豎直方向的夾角小球與半球球心連線跟豎直方向的夾角)與線速度與線速度v、周期、周期T的關(guān)系的關(guān)系(小球的半徑遠小于小球的半徑遠小于R)【思路點撥】【思路點撥】分析小球的受力情況，確定小球向心力的來分析小球的受力情況，確定小球向心力的來源源利用牛頓第二定律列方程求解利用牛頓第二定律列方程求解【答案】見解析【答案】見解析【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】解答有關(guān)圓周運動問題時，必須做好關(guān)鍵的解答有關(guān)圓周運動問題時，必須做好關(guān)鍵的幾步：幾步：(1)對研究對象受力分析，確定好向心力的來源對研究對象受力分析，確定好向心力的來源(2)確定圓周運動的軌跡和半徑確定圓周運動的軌跡和半徑(3)利用牛頓運動定律列方程利用牛頓運動定律列方程例例2考點考點2豎直面內(nèi)的圓周運動問題豎直面內(nèi)的圓周運動問題如圖所示，如圖所示，LMPQ是光滑軌道，是光滑軌道，LM水平，長為水平，長為5.0 m，MPQ是一半徑為是一半徑為R1.6 m的半圓，的半圓，QOM在同一豎直線上，在在同一豎直線上，在恒力恒力F作用下，質(zhì)量作用下，質(zhì)量m1 kg的物體的物體A由靜止開始運動，當達到由靜止開始運動，當達到M時立即停止用力欲使時立即停止用力欲使A剛好能通過剛好能通過Q點，則力點，則力F大小為多大小為多少？少？(g取取10 m/s2)【答案】【答案】8 N【規(guī)律總結(jié)】【規(guī)律總結(jié)】(1)正確理解正確理解A物體物體“剛好能通過剛好能通過Q點點”含義是含義是解決本題的關(guān)鍵常用來表達臨界狀態(tài)的詞語還有解決本題的關(guān)鍵常用來表達臨界狀態(tài)的詞語還有“恰好恰好” ” “恰能恰能”“”“至少至少”“”“至多至多”等，同學們在審題時必須高度注等，同學們在審題時必須高度注意小球沿圓弧意小球沿圓弧MPQ通過最高點通過最高點Q時，應(yīng)服從圓周運動的時，應(yīng)服從圓周運動的規(guī)律，即應(yīng)從向心力與線速度的關(guān)系求解小球經(jīng)過規(guī)律，即應(yīng)從向心力與線速度的關(guān)系求解小球經(jīng)過Q點的臨界點的臨界速度速度(2)圓周運動常與機械能守恒定律、動能定理、電荷在磁場中圓周運動常與機械能守恒定律、動能定理、電荷在磁場中的偏轉(zhuǎn)等知識相聯(lián)系，構(gòu)成綜合性較強的題目的偏轉(zhuǎn)等知識相聯(lián)系，構(gòu)成綜合性較強的題目考點考點3圓周運動的臨界問題分析圓周運動的臨界問題分析 如圖所示，在光滑的圓錐體頂端用長為如圖所示，在光滑的圓錐體頂端用長為l的細線懸掛一的細線懸掛一質(zhì)量為質(zhì)量為m的小球圓錐體固定在水平面上不動，其軸線沿豎直的小球圓錐體固定在水平面上不動，其軸線沿豎直方向，母線與軸線之間的夾角為方向，母線與軸線之間的夾角為30.小球以速度小球以速度v繞圓錐體軸繞圓錐體軸線在水平面內(nèi)做勻速圓周運動線在水平面內(nèi)做勻速圓周運動【思路點撥】【思路點撥】當小球做圓周運動的速度當小球做圓周運動的速度v足夠大時，小球有足夠大時，小球有可能脫離圓錐體表面，因此應(yīng)當求出臨界速度，然后對可能脫離圓錐體表面，因此應(yīng)當求出臨界速度，然后對(1)、(2)問中的速度下小球的運動情況做出判斷問中的速度下小球的運動情況做出判斷例例3【答案】見解析【答案】見解析【名師歸納】【名師歸納】有關(guān)圓周運動的臨界問題一般有兩類，一類有關(guān)圓周運動的臨界問題一般有兩類，一類是提供向心力的某個力出現(xiàn)臨界值；另一類是物體的速度出是提供向心力的某個力出現(xiàn)臨界值；另一類是物體的速度出現(xiàn)臨界值有些題目是根據(jù)臨界狀態(tài)列方程求解，有些題目現(xiàn)臨界值有些題目是根據(jù)臨界狀態(tài)列方程求解，有些題目是根據(jù)跨越臨界點后物體所處狀態(tài)或運動規(guī)律列方程求解是根據(jù)跨越臨界點后物體所處狀態(tài)或運動規(guī)律列方程求解跟蹤訓練跟蹤訓練如圖所示，用細繩一端系著的質(zhì)量為如圖所示，用細繩一端系著的質(zhì)量為M0.6 kg的物體的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤上，細繩另一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑靜止在水平轉(zhuǎn)盤上，細繩另一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔小孔O吊著質(zhì)量為吊著質(zhì)量為m0.3 kg的小球的小球B，A的重心到的重心到O點的距離點的距離為為0.2 m若若A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為Ff2 N，為使小球，為使小球B保持靜止，求轉(zhuǎn)盤繞中心保持靜止，求轉(zhuǎn)盤繞中心O旋轉(zhuǎn)的角速度旋轉(zhuǎn)的角速度的取值范圍的取值范圍(g取取10 m/s2)答案：答案：2.9 rad/s6.5 rad/s技法提煉技法提煉思維升華思維升華易錯辨析易錯辨析忽視圓周運動的周期性而漏解忽視圓周運動的周期性而漏解【范例】【范例】如圖為測定子彈速度的裝置，兩個薄圓盤分別裝如圖為測定子彈速度的裝置，兩個薄圓盤分別裝在一個迅速轉(zhuǎn)動的軸上，兩盤平行若圓盤以轉(zhuǎn)速在一個迅速轉(zhuǎn)動的軸上，兩盤平行若圓盤以轉(zhuǎn)速3600 r/min旋轉(zhuǎn)，子彈以垂直圓盤方向射來，先打穿第一個圓盤，再打旋轉(zhuǎn)，子彈以垂直圓盤方向射來，先打穿第一個圓盤，再打穿第二個圓盤，測得兩盤相距穿第二個圓盤，測得兩盤相距1 m，兩盤上被子彈穿過的半徑，兩盤上被子彈穿過的半徑夾角夾角15，則子彈的速度的大小為，則子彈的速度的大小為_【真知灼見】【真知灼見】( (1) )多解原因：因勻速圓周運動具有周期性多解原因：因勻速圓周運動具有周期性,使得前一個周期中發(fā)生的事件在后一個周期中同樣可能發(fā)生使得前一個周期中發(fā)生的事件在后一個周期中同樣可能發(fā)生,這將造成多解這將造成多解.( (2) )多解問題模型：常涉及兩個物體的兩種不同的運動，其中多解問題模型：常涉及兩個物體的兩種不同的運動，其中一個物體做勻速圓周運動，另一個物體做其他形式的運動，一個物體做勻速圓周運動，另一個物體做其他形式的運動，由于涉及兩個物體的運動是同時進行的，因此求解的基本思由于涉及兩個物體的運動是同時進行的，因此求解的基本思路是依據(jù)等時性建立等式求出待求量路是依據(jù)等時性建立等式求出待求量.方法技巧方法技巧用等效方法處理復合場中的圓周運動用等效方法處理復合場中的圓周運動【范例】【范例】(14分分)如圖所示，兩個水平放置的帶電平行金屬板如圖所示，兩個水平放置的帶電平行金屬板的勻強電場中，一長為的勻強電場中，一長為l的絕緣細線一端固定在的絕緣細線一端固定在O點，另一端點，另一端拴著一個質(zhì)量為拴著一個質(zhì)量為m、帶有一定電量的小球，小球原來靜止，當、帶有一定電量的小球，小球原來靜止，當給小球某一速度后，它可繞給小球某一速度后，它可繞O點點在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，若，若兩板間電壓增大為原來的兩板間電壓增大為原來的4倍倍，求：，求：(1)要使小球從要使小球從C點開始在豎直平面內(nèi)做圓周運動，開始點開始在豎直平面內(nèi)做圓周運動，開始至少要至少要給小球多大的速度給小球多大的速度？(2)在運動過程中在運動過程中細線所受的最大拉力細線所受的最大拉力.尋規(guī)探法尋規(guī)探法批注批注：在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，說明電場力與重力：在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，說明電場力與重力恰好等大反向，等效于小球只受繩的拉力；恰好等大反向，等效于小球只受繩的拉力；批注批注：電壓增大，電場力大于重力，兩者的合力向上，等：電壓增大，電場力大于重力，兩者的合力向上，等效重力為效重力為(F電電mg)，C點為等效點為等效“最高點最高點”，D點為等效點為等效“最低點最低點”；批注批注：在：在C點，繩的拉力恰好為點，繩的拉力恰好為0時，所需速度最?。粫r，所需速度最?。慌⑴ⅲ涸诘刃ё畹忘c，繩的拉力最大：在等效最低點，繩的拉力最大【方法提煉】【方法提煉】物體僅在重力場中的圓周運動是最簡單，也物體僅在重力場中的圓周運動是最簡單，也是最為熟悉的運動類型，但是物體在復合場中的圓周運動又是最為熟悉的運動類型，但是物體在復合場中的圓周運動又是我們在綜合性試題中經(jīng)常遇到的問題，如果我們能化是我們在綜合性試題中經(jīng)常遇到的問題，如果我們能化“復復合場合場”為為“等效重力場等效重力場”，找出圓周運動的，找出圓周運動的“等效最高點等效最高點”與與“等效最低點等效最低點”，就可以化繁為簡，化難為易，就可以化繁為簡，化難為易.解決此類問題的關(guān)鍵：解決此類問題的關(guān)鍵：( (1) )求等效重力加速度求等效重力加速度.( (2) )確定等效最高點、最低點的位置確定等效最高點、最低點的位置.