《高中物理第4章匀速圆周运动章末分层突破教师用书鲁科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第4章匀速圆周运动章末分层突破教师用书鲁科版必修2（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 匀速圆周运动自我校对变加速 r mr2m 2r 0 mr2_描述圆周运动的物理量及其关系1.线速度、角速度、周期和转速都是描述圆周运动快慢的物理量，但意义不同线速度描述物体沿圆周运动的快慢角速度、周期和转速描述做圆周运动的物体绕圆心转动的快慢由2n，知越大，T越小，n越大，则物体转动得越快，反之则越慢三个物理量知道其中一个，另外两个也就成为已知量2对公式vr及ar2的理解(1)由vr，知r一定时，v与成正比；一定时，v与r成正比；v一定时，与r成反比(2)由ar2，知v一定时，a与r成反比；一定时，a与r成正比如图41所示，定滑轮的半径r2 cm，绕在滑轮上的细线悬挂着一个重物，由静止
2、开始释放，测得重物以加速度a2 m/s2做匀加速运动，在重物由静止下落距离为1 m的瞬间，求滑轮边缘上的点的角速度和向心加速度an.图41【解析】重物下落1 m时，瞬时速度为v m/s2 m/s.显然，滑轮边缘上每一点的线速度也都是2 m/s，故滑轮转动的角速度，即滑轮边缘上每一点转动的角速度为rad/s100 rad/s.向心加速度为an2r10020.02 m/s2200 m/s2.【答案】100 rad/s200 m/s2圆周运动的临界问题1.水平面内的临界问题在这类问题中，要特别注意分析物体做圆周运动的向心力来源，考虑达到临界条件时物体所处的状态，即临界速度、临界角速度，然后分析该状态
3、下物体的受力特点，结合圆周运动知识，列方程求解常见情况有以下几种：(1)与绳的弹力有关的圆周运动临界问题(2)因静摩擦力存在最值而产生的圆周运动临界问题(3)受弹簧等约束的匀速圆周运动临界问题2竖直平面内圆周运动的临界问题(1)没有物体支撑的小球(轻绳或单侧轨道类)小球在最高点的临界速度(最小速度)是v0.小球恰能通过圆周最高点时，绳对小球的拉力为零，环对小球的弹力为零(临界条件：FT0或FN0)，此时重力提供向心力所以v时，能通过最高点；v时，不能达到最高点(2)有物体支撑的小球(轻杆或双侧轨道类)因轻杆和管壁能对小球产生支撑作用，所以小球达到最高点的速度可以为零，即临界速度v00，此时支持
4、力FNmg.(2016宜昌高一检测)一水平放置的圆盘，可以绕中心O点旋转，盘上放一个质量是0.4 kg的铁块(可视为质点)，铁块与中间位置的转轴处的圆盘用轻质弹簧连接，如图42所示铁块随圆盘一起匀速转动，角速度是10 rad/s时，铁块距中心O点30 cm，这时弹簧对铁块的拉力大小为11 N，g取10 m/s2，求：图42(1)圆盘对铁块的摩擦力大小(2)若此情况下铁块恰好不向外滑动(视最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，则铁块与圆盘间的动摩擦因数为多大？【解析】(1)弹簧弹力与铁块受到的静摩擦力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律得：Ffm2r代入数值解得：f1 N(2)此时铁块恰好不向外侧滑动，则
5、所受到的静摩擦力就是最大静摩擦力，则有fmg故0.25【答案】(1)1 N(2)0.25(2016全国卷丙)如图43所示，在竖直平面内有由圆弧AB和圆弧BC组成的光滑固定轨道，两者在最低点B平滑连接AB弧的半径为R，BC弧的半径为.一小球在A点正上方与A相距处由静止开始自由下落，经A点沿圆弧轨道运动图43(1)求小球在B、A两点的动能之比；(2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点【解析】(1)设小球的质量为m，小球在A点的动能为EkA，由机械能守恒定律得EkAmg设小球在B点的动能为EkB，同理有EkBmg由式得5.(2)若小球能沿轨道运动到C点，则小球在C点所受轨道的正压力N应满足N0设小
6、球在C点的速度大小为vC，由牛顿第二定律和向心加速度公式有Nmgm由式得，vC应满足mgm由机械能守恒定律得mgmv由式可知，小球恰好可以沿轨道运动到C点【答案】(1)5(2)能沿轨道运动到C点竖直平面内圆周运动的分析方法1竖直平面内的圆周运动一般是变速圆周运动，运动速度的大小和方向在不断发生变化，通常只研究物体在最高点和最低点的情况，而往往存在临界状态2竖直平面内的圆周运动往往和机械能守恒定律，动能定理及平抛运动结合，此类问题利用机械能守恒定律、动能定理将最高点和最低点的物理量联系起来(教师用书独具)1(多选)(2015浙江高考)如图44所示为赛车场的一个水平“U”形弯道，转弯处为圆心在O点
7、的半圆，内外半径分别为r和2r.一辆质量为m的赛车通过AB线经弯道到达AB线，有如图所示的、三条路线，其中路线是以O为圆心的半圆，OOr.赛车沿圆弧路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力为Fmax.选择路线，赛车以不打滑的最大速率通过弯道(所选路线内赛车速率不变，发动机功率足够大)，则()图44A选择路线，赛车经过的路程最短B选择路线，赛车的速率最小C选择路线，赛车所用时间最短D、三条路线的圆弧上，赛车的向心加速度大小相等【解析】由几何关系可得，路线、赛车通过的路程分别为：(r2r)、(2r2r)和2r，可知路线的路程最短，选项A正确；圆周运动时的最大速率对应着最大静摩擦力提供向心力的情形，
8、即mgm，可得最大速率v，则知和的速率相等，且大于的速率，选项B错误；根据t，可得、所用的时间分别为t1，t2，t3，其中t3最小，可知线路所用时间最短，选项C正确；在圆弧轨道上，由牛顿第二定律可得：mgma向，a向g，可知三条路线上的向心加速度大小均为g，选项D正确【答案】ACD2(2015天津高考)未来的星际航行中，宇航员长期处于零重力状态，为缓解这种状态带来的不适，有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱”，如图45所示当旋转舱绕其轴线匀速旋转时，宇航员站在旋转舱内圆柱形侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力为达到目的，下列说法正确的是() 【导学号：01360151】
9、图45A旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越大B旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越小C宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越大D宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越小【解析】旋转舱对宇航员的支持力提供宇航员做圆周运动的向心力，即mgm2r，解得，即旋转舱的半径越大，角速度越小，而且与宇航员的质量无关，选项B正确【答案】B3(2015海南高考)如图46所示，一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端等高质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下，滑到最低点Q时，对轨道的正压力为2mg，重力加速度大小为g，质点自P滑到Q的过程中，克服摩擦力所做的功为()图46A.mgRBmgRC.mgR DmgR
10、【解析】在Q点FNmg，所以v；由P到Q根据动能定理得mgRWfmv2解得WfmgR，故C正确【答案】C4(多选)(2014全国卷)如图47所示，两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a与转轴OO的距离为l，b与转轴的距离为2l.木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g.若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是()图47Ab一定比a先开始滑动Ba、b所受的摩擦力始终相等C是b开始滑动的临界角速度D当时，a所受摩擦力的大小为kmg【解析】本题从向心力来源入手，分析发生相对滑动的临界条件小木块a、b做圆周运动时，由静
11、摩擦力提供向心力，即fm2R.当角速度增加时，静摩擦力增大，当增大到最大静摩擦力时，发生相对滑动，对木块a：faml，当fakmg时，kmgml，a；对木块b：fbm2l，当fbkmg时，kmgm2l，b，所以b先达到最大静摩擦力，选项A正确；两木块滑动前转动的角速度相同，则fam2l，fbm22l，fafb，选项B错误；当时b刚开始滑动，选项C正确；当时，a没有滑动，则fam2lkmg，选项D错误【答案】AC5(2015福建高考)如图48所示，质量为M的小车静止在光滑水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道，BC段是长为L的水平粗糙轨道，两段轨道相切于B点一质量为m的滑块在小车上
12、从A点由静止开始沿轨道滑下，重力加速度为g. 【导学号：01360152】图48(1)若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力(2)若不固定小车，滑块仍从A点由静止下滑，然后滑入BC轨道，最后从C点滑出小车已知滑块质量m，在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为，求：滑块运动过程中，小车的最大速度大小vm；滑块从B到C运动过程中，小车的位移大小s.【解析】(1)滑块滑到B点时对小车压力最大，从A到B机械能守恒mgRmv滑块在B点处，由牛顿第二定律得Nmgm解得N3mg由牛顿第三定律得N3mg(2)滑块下滑到达B点时，小车速度最大由机械能守恒得
13、mgRMvm(2vm)2解得vm 设滑块运动到C点时，小车速度大小为vC，由功能关系得mgRmgLMvm(2vC)2设滑块从B到C过程中，小车运动加速度大小为a，由牛顿第二定律得mgMa由运动学规律得vv2as解得sL【答案】(1)3mg(2) L章末综合测评(第四章)(用时：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题6分在每小题给出的四个选项中，第17题只有一项符合题目要求，第810题有多项符合题目要求全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1(2016长沙高一检测)对于物体做匀速圆周运动，下列说法中正确的是() 【导学号：01360153】A其转速与角速度成反比，其周期与角速度成正比B运动的快慢可用线速度描述，也可用角速度来描述C匀速圆周运动的速度保持不变D做匀速圆周运动的物体，其加速度保持不变【解析】由公式2n可知，转速和角速度成正比，由可知，其周期与角速度成反比，故A错误；运动的快慢可用线速度描述，也可用角速度来描述，所以B正确；匀速圆周运动的速度大小不变，但速度方向在变，所以C错误；匀速圆周运动的加速度大小不变，方向在变，所以D错误【答案】
