高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題六 圓周運動 萬有引力定律課件.ppt
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專題六 圓周運動 萬有引力定律,,,考點基礎(chǔ)自清,,考點互動探究,,內(nèi)容索引,考點基礎(chǔ)自清,一、描述圓周運動的物理量 1.線速度:描述物體圓周運動快慢的物理量.,,答案,2.角速度:描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動快慢的物理量.,3.周期和頻率:描述物體繞圓心 的物理量.,轉(zhuǎn)動快慢,,答案,4.向心加速度:描述 變化快慢的物理量.,速度方向,ωv,rω2,2πrf,ωr,6.常見的三種傳動方式及特點 (1)皮帶傳動:如圖1中甲、乙所示,皮帶和兩輪之間無相對滑動時,兩輪邊緣線速度大小相等,即vA=vB. (2)摩擦傳動:如圖丙所示,兩輪邊緣接觸,接觸點無打滑現(xiàn)象時,兩輪邊緣線速度大小相等,即vA=vB. (3)同軸傳動:如圖丁所示,兩輪固定在一起繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,兩輪轉(zhuǎn)動的角速度大小相等,即ωA=ωB.,圖1,,答案,二、勻速圓周運動的向心力 1.作用效果:產(chǎn)生向心加速度,只改變線速度的 ,不改變線速度的 .,方向,大小,3.方向:始終沿半徑方向指向 . 4.來源:向心力可以由一個力提供,也可以由幾個力的 提供,還可以由一個力的 提供.,圓心,合力,分力,,答案,三、離心現(xiàn)象 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動所需 的情況下,所做的沿切線飛出或逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動現(xiàn)象. 2.受力特點(如圖2所示),圓周運動,向心力,圖2,(1)當(dāng)Fn=mω2r時,物體做 運動. (2)當(dāng)Fn=0時,物體沿 方向飛出. (3)當(dāng)Fnmω2r時,物體將逐漸 圓心,做近心運動.,勻速圓周,切線,遠(yuǎn)離,靠近,,答案,四、萬有引力定律 1.內(nèi)容:自然界中任何兩個物體都相互吸引,引力的方向在它們的連線上,引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成 ,與它們之間距離r的平方成 .,3.適用條件 (1)公式適用于 間的相互作用.當(dāng)兩個物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時,物體可視為質(zhì)點. (2)質(zhì)量分布均勻的球體可視為質(zhì)點,r是 的距離.,正比,反比,質(zhì)點,兩球心間,,答案,五、環(huán)繞速度 1.三個宇宙速度 (1)第一宇宙速度 v1= km/s,衛(wèi)星在 繞地球做勻速圓周運動的速度,又稱環(huán)繞速度. (2)第二宇宙速度 v2= km/s,使衛(wèi)星掙脫 引力束縛的最小地面發(fā)射速度,又稱脫離速度. (3)第三宇宙速度 v3= km/s,使衛(wèi)星掙脫 引力束縛的 地面發(fā)射速度,也叫逃逸速度.,地球表面附近,7.9,11.2,地球,16.7,太陽,最小,,答案,第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度,也是人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度,此時它的運行周期最短,Tmin=2π =5 075 s≈85 min.,1.(2013·浙江6月學(xué)考)如圖3所示,小強正在蕩秋千.關(guān)于繩上a點和b點的線速度和角速度,下列關(guān)系正確的是( ) A.va=vb B.vavb C.ωa=ωb D.ωaωb,,解析,1,2,3,4,5,學(xué)考通關(guān)練,解析 繩子繞O點轉(zhuǎn)動,a、b兩點角速度相等,ωa=ωb,D錯,C對. 因rava,A、B均錯.,圖2,√,2.如圖4所示,質(zhì)量為m的木塊從半徑為R的半球形碗口下滑到碗的最低點的過程中,如果由于摩擦力的作用使木塊的速率不變,那么( ) A.加速度為零 B.加速度恒定 C.加速度大小不變,方向時刻改變,但不一定指向圓心 D.加速度大小不變,方向時刻指向圓心,√,1,2,3,4,5,,解析,解析 木塊做的是勻速圓周運動,加速度大小不變,但方向時刻指向圓心,加速度時刻改變,故選項A、B、C錯誤,D正確.,圖4,3.(2016·諸暨市期末)如圖5所示,拱形橋的半徑為40 m,質(zhì)量為1.0×103 kg的汽車行駛到橋頂時的速度為10 m/s,假設(shè)重力加速度為10 m/s2,則此時汽車對橋的壓力為( ) A.1.0×104 N B.7.5×103 N C.5.0×103 N D.2.5×103 N,,解析,1,2,3,4,5,√,解析 對汽車由牛頓第二定律得mg-FN=m 得FN=7.5×103 N, 又由牛頓第三定律知汽車對轎的壓力也為7.5×103 N.,圖5,4.如圖6所示為某行星繞太陽運行的橢圓軌道,其中F1和F2是橢圓軌道的兩個焦點,已知該行星在A點的速率比在B點的大,則太陽是位于下列哪一位置( ) A.F1 B.F2 C.O D.在F1與F2之間,,解析,1,2,3,4,5,√,解析 vAvB,由開普勒定律知,太陽處于橢圓軌道的焦點F1處.,圖6,5.2013年6月11日17時38分,“神舟十號”飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,航天員王亞平進行了首次太空授課.在飛船進入圓形軌道環(huán)繞地球飛行時,它的線速度大小( ) A.等于7.9 km/s B.介于7.9 km/s和11.2 km/s之間 C.小于7.9 km/s D.介于7.9 km/s和16.7 km/s之間,,解析,√,1,2,3,4,5,返回,考點互動探究,1.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. 2.向心力的確定 (1)先確定圓周運動的軌道所在的平面,確定圓心的位置. (2)再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.,3.解決圓周運動問題的主要步驟 (1)審清題意,確定研究對象;明確物體做圓周運動的平面是至關(guān)重要的一環(huán); (2)分析物體的運動情況,即物體的線速度是否變化、軌道平面、圓心位置、半徑大小等; (3)分析物體的受力情況,畫出受力分析圖,確定向心力的來源; (4)根據(jù)牛頓運動定律及向心力公式列方程.,例1 擺式列車是集電腦、自動控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車.當(dāng)列車轉(zhuǎn)彎時,在電腦控制下,車廂會自動傾斜,抵消離心力的作用;行走在直線上時,車廂又恢復(fù)原狀,就像玩具“不倒翁”一樣.假設(shè)有一超高速列車在水平面內(nèi)行駛,以360 km/h的速度拐彎,拐彎半徑為1 km,則質(zhì)量為50 kg的乘客,在拐彎過程中所受到的火車給他的作用力為(g取10 m/s2)( ) A.500 N B.1 000 N C.500 N D.0,√,,解析,,,方法感悟,解決動力學(xué)問題的三個分析 (1)幾何關(guān)系的分析:確定圓周運動的圓心、半徑等. (2)運動分析:確定圓周運動的線速度、角速度. (3)受力分析:利用力的合成與分解知識,表示出物體做圓周運動時,外界所提供的向心力.,,解析,1.如圖7所示,質(zhì)量相等的a、b兩物體放在圓盤上,到圓心的距離之比是2∶3,圓盤繞圓心做勻速圓周運動,兩物體相對圓盤靜止,a、b兩物體做圓周運動的向心力之比是( ) A.1∶1 B.3∶2 C.2∶3 D.9∶4,解析 a、b隨圓盤轉(zhuǎn)動,角速度相同,由Fn=mω2r知向心力正比于半徑,C正確.,1,2,3,變式題組,圖7,√,,2.(2016·諸暨市調(diào)研)如圖8所示,半徑為r的圓筒,繞豎直中心軸OO′旋轉(zhuǎn),小物塊a靠在圓筒的內(nèi)壁上,它與圓筒內(nèi)壁間的動摩擦因數(shù)為μ,最大靜摩擦力與滑動摩擦力相同,要使a不下落,則圓筒轉(zhuǎn)動的角速度ω至少為( ),√,圖8,1,2,3,解析,,3.(多選)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶.如圖9,某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧,當(dāng)汽車行駛的速率為v時,汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢.則在該彎道處( ) A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 B.車速只要低于v,車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動 C.車速雖然高于v,但只要不超出某一最高限度, 車輛便不會向外側(cè)滑動 D.當(dāng)路面結(jié)冰時,與未結(jié)冰時相比,v的值變小,√,1,2,3,解析,圖9,√,解析 當(dāng)汽車行駛的速度為v時,路面對汽車沒有摩擦力,路面對汽車的支持力與汽車重力的合力提供向心力,此時要求路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低,選項A正確. 當(dāng)速度稍大于v時,汽車有向外側(cè)滑動的趨勢,因而受到向內(nèi)側(cè)的摩擦力,當(dāng)摩擦力小于最大靜摩擦力時,車輛不會向外側(cè)滑動,選項C正確. 同樣,速度稍小于v時,車輛不會向內(nèi)側(cè)滑動,選項B錯誤. v的大小只與路面的傾斜程度和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān),與地面的粗糙程度無關(guān),D錯誤.,1,2,3,1.在豎直平面內(nèi)做圓周運動的物體,按運動到軌道最高點時的受力情況可分為兩類:一是無支撐(如球與繩連接、沿內(nèi)軌道運動的過山車等),稱為“繩(環(huán))約束模型”,二是有支撐(如球與桿連接、在彎管內(nèi)的運動等),稱為“桿(管)約束模型”.,2.繩、桿模型涉及的臨界問題,,例2 一輛質(zhì)量m=2 t的轎車,駛過半徑R=90 m的一段凸形橋面,g取10 m/s2,求: (1)轎車以10 m/s的速度通過橋面最高點時,對橋面的壓力是多大?,解析答案,解析 轎車通過凸形橋面最高點時,受力分析如圖所示,根據(jù)牛頓第三定律,轎車在橋的頂點時對橋面壓力的大小為1.78×104 N.,答案 1.78×104 N,(2)在最高點對橋面的壓力等于轎車重力的一半時,車的速度大小是多少?,,解析答案,解析 對橋面的壓力等于轎車重力的一半時,向心力Fn′=mg-FN′=0.5mg,,,,技巧點撥,豎直面內(nèi)圓周運動類問題的解題技巧 1.定模型:首先判斷是繩模型還是桿模型,兩種模型過最高點的臨界條件不同. 2.確定臨界點:抓住繩模型中最高點v≥ 及桿模型中v≥0這兩個臨界條件. 3.研究狀態(tài):通常情況下豎直平面內(nèi)的圓周運動只涉及最高點和最低點的運動情況. 4.受力分析:對物體在最高點或最低點時進行受力分析,根據(jù)牛頓第二定律列出方程,F(xiàn)合=F向. 5.過程分析:應(yīng)用動能定理或機械能守恒定律將初、末兩個狀態(tài)聯(lián)系起來列方程.,,解析,4.如圖10所示,乘坐游樂園的翻滾過山車時,質(zhì)量為m的人隨車在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn),下列說法正確的是( ) A.過山車在最高點時人處于倒坐狀態(tài),全靠保險帶拉住,沒有保險帶,人就會掉下來 B.人在最高點時對座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力 C.人在最低點時對座位的壓力等于mg D.人在最低點時對座位的壓力大于mg,√,4,5,變式題組,圖10,4,5,,解析,4,5,,解析,5.(多選)如圖11所示,豎直放置的光滑圓軌道被固定在水平地面上,半徑r=0.4 m,最低點處有一小球(半徑比r小很多),現(xiàn)給小球一水平向右的初速度v0,則要使小球不脫離圓軌道運動,v0應(yīng)當(dāng)滿足(取g=10 m/s2)( ),√,4,5,圖11,√,4,5,1.解決天體(衛(wèi)星)運動問題的基本思路 (1)天體運動的向心力來源于天體之間的萬有引力,即,2.天體質(zhì)量和密度的估算 (1)利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R.,3.衛(wèi)星的各物理量隨軌道半徑變化的規(guī)律,,例3 “嫦娥一號”是我國首次發(fā)射的探月衛(wèi)星,它在距月球表面高度為h的圓形軌道上運行,運行周期為T.已知引力常量為G,月球的半徑為R.利用以上數(shù)據(jù)估算月球質(zhì)量的表達式為( ),解析,√,,,規(guī)律總結(jié),應(yīng)用萬有引力定律時應(yīng)注意的問題 1.估算天體質(zhì)量和密度時應(yīng)注意的問題 (1)利用萬有引力提供天體做圓周運動的向心力估算天體質(zhì)量時,估算的只是中心天體的質(zhì)量,并非環(huán)繞天體的質(zhì)量. (2)區(qū)別天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r,只有在天體表面附近的衛(wèi)星才有r≈R;計算天體密度時,V= πR3中的R只能是中心天體的半徑. 2.運動參量an、v、ω、T均與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān),只由軌道半徑r和中心天體質(zhì)量共同決定.所有參量的比較,最終歸結(jié)到半徑的比較.,6.(2016·浙江10月學(xué)考·12)如圖12所示,“天宮二號”在距離地面393 km的近圓軌道運行.已知萬有引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,地球質(zhì)量M=6.0×1024 kg,地球半徑R=6.4×103 km.由以上數(shù)據(jù)可估算( ) A.“天宮二號”的質(zhì)量 B.“天宮二號”的運行速度 C.“天宮二號”受到的向心力 D.地球?qū)Α疤鞂m二號”的引力,6,7,8,變式題組,√,圖12,7.(2016·浙江4月選考)2015年12月,我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空進入高為5.0×102 km的預(yù)定軌道.“悟空”衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星的運動均可視為勻速圓周運動.已知地球半徑R=6.4×103 km.下列說法正確的是( ) A.“悟空”衛(wèi)星的線速度比同步衛(wèi)星的線速度小 B.“悟空”衛(wèi)星的角速度比同步衛(wèi)星的角速度小 C.“悟空”衛(wèi)星的運行周期比同步衛(wèi)星的運行周期小 D.“悟空”衛(wèi)星的向心加速度比同步衛(wèi)星的向心加速度小,√,6,7,8,,解析,6,7,8,8.(2015·浙江10月選考)在同一軌道平面上繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星A、B、C,某時刻恰好在同一過地心的直線上,如圖13所示,當(dāng)衛(wèi)星B經(jīng)過一個周期時( ) A.A超前于B,C落后于B B.A超前于B,C超前于B C.A、C都落后于B D.各衛(wèi)星角速度相等,因而三顆衛(wèi)星仍在同一直線上,√,圖13,,解析,6,7,8,6,7,8,當(dāng)B經(jīng)過一個周期時,A已經(jīng)完成了一個多周期,而C還沒有完成一個周期,所以選項A正確,B、C、D錯誤.,1.宇宙速度與運動軌跡的關(guān)系 (1)v發(fā)=7.9 km/s時,衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動. (2)7.9 km/sv發(fā)11.2 km/s,衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓. (3)11.2 km/s≤v發(fā)16.7 km/s,衛(wèi)星繞太陽做橢圓運動. (4)v發(fā)≥16.7 km/s,衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系以外的空間. 2.地球同步衛(wèi)星的特點 (1)軌道平面一定:軌道平面和赤道平面重合. (2)周期一定:與地球自轉(zhuǎn)周期相同,即T=24 h=86 400 s. (3)角速度一定:與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同.,(5)繞行方向一定:與地球自轉(zhuǎn)的方向一致.,例4 天文學(xué)家近日在銀河系發(fā)現(xiàn)一顆全新的星球——“超級地球”.它的半徑是地球的2.3倍,而質(zhì)量卻是地球的17倍,科學(xué)家們認(rèn)為這顆星球可能是由巖石組成.它的發(fā)現(xiàn)將有助于探索地球之外是否存在生命.這顆“超級地球”的第一宇宙速度約為( ) A.3 km/s B.15 km/s C.21 km/s D.28 km/s,√,,解析,,,規(guī)律總結(jié),對宇宙速度的三點理解 1.第一宇宙速度v1=7.9 km/s,既是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,又是衛(wèi)星繞地球運行的最大環(huán)繞速度. 2.由第一宇宙速度的表達式v= 可以看出:第一宇宙速度由中心天體的質(zhì)量和半徑或由天體表面的重力加速度和天體的半徑?jīng)Q定. 3.第二宇宙速度、第三宇宙速度也都是指發(fā)射速度.,9.(2016·杭州學(xué)考模擬)如圖14所示,由我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成,包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星.目前已經(jīng)實現(xiàn)了覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時以及短報文通信服務(wù)能力,預(yù)計到2020年左右,將建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).關(guān)于其中的靜止軌道衛(wèi)星(同步衛(wèi)星),下列說法中正確的是( ),9,10,變式題組,圖14,,A.該衛(wèi)星一定不會運動到杭州正上方天空 B.該衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài),衛(wèi)星所在處的重力加速度為零 C.該衛(wèi)星若受到太陽風(fēng)暴影響后速度變小,它的軌道半徑將變大 D.該衛(wèi)星相對于地球靜止,其運行速度等于地球赤道處自轉(zhuǎn)的線速度,9,10,√,解析 根據(jù)同步衛(wèi)星的定義知,它只能在赤道上空,故A項正確; 衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài),重力加速度等于向心加速度,故B錯; 速度變小后,萬有引力大于所需向心力,衛(wèi)星的軌道半徑將變小,C項錯; 衛(wèi)星相對地球靜止是指角速度等于地球自轉(zhuǎn)角速度,由v=ωr知,其運行速度大于地球赤道處自轉(zhuǎn)的線速度,故D項錯.,解析,,10.宇航員在月球上做自由落體實驗,將某物體由距月球表面高h(yuǎn)處釋放,經(jīng)時間t后落到月球表面(設(shè)月球半徑為R).據(jù)上述信息推斷,飛船在月球表面附近繞月球做勻速圓周運動所必須具有的速率為( ),9,10,√,解析,返回,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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