高考物理复习-圆周运动

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1、感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿 ！ 圆周运动 高考物理 复习方案 教材知识梳理考点互动探究教师备用习题 一、匀速圆周运动 1.定义:线速度大小的圆周运动. 2.性质:向心加速度大小不变,方向,是非匀变速曲线运动. 3.条件:合力,方向始终与速度方向垂直且指向. 教材知识梳理 保持不变 时刻变化 大小不变圆心 二、描述匀速圆周运动的基本参量 教材知识梳理 教材知识梳理 【辨别明理】 (1)匀速圆周运动是匀变速曲线运动.() (2)匀速圆周运动的加速度恒定

2、.() (3)做匀速圆周运动的物体所受的合外力大小不变.() (4)物体做离心运动是因为受到所谓离心力的作用.() (5)汽车转弯时速度过大就会向外发生侧滑,这是由于汽车轮胎受沿转弯半径向内的 静摩擦力不足以提供汽车转弯所需要的向心力.() (6)匀速圆周运动和匀速直线运动中的两个“匀速”的含义相同吗? (7)匀速圆周运动中哪些物理量是不变的? 教材知识梳理 答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)() (6)两个“匀速”意义不同,匀速圆周运动全称应为匀速率圆周运动,其速度、向心加 速度都是变化的. (7)匀速圆周运动中不变的物理量有:角速度、周期、频率、转速、动能,变化的物 理量

3、有:线速度、向心加速度、向心力、动量. 考点一圆周运动的运动学问题 考点互动探究 (1)在讨论 v、an、r 之间的关系时,应运用控制变量法. (2)传动装置的特点: “同轴”角速度相同; “同线”线速度大小相等. 考点互动探究 例1 光盘驱动器读取数据的某种方式可简化为以下模式:在读取内环数据时,以 恒定角速度的方式读取,而在读取外环数据时,以恒定线速度的方式读取.如图11-2 所示,设内环内边缘半径为R1,内环外边缘半径为R2,外环外边缘半径为R3.A、B、 C分别为各边缘上的点,则读取内环上A点时A点的向心加速度大小和读取外环上 C点时C点的向心加速度大小之比为() 图11-2 A. 1

4、 2 23 B. 2 2 13 C.2 3 1 2 D.1 3 2 2 考点互动探究 答案 D 解析 A、B 两点角速度相同,由 an=2r,可知 aAaB=R1R2;B、C 两点线 速度大小相同,由 an= 2 ,可知 aBaC=R3R2,故 aAaC=R1R32 2 ,D正确. 考点互动探究 变式题 2018 柳州铁路一中期中 如图11-3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RBRC=32,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 无滑动地转动起来.a、b、c分别为三轮边缘的点,则a、b

5、、c三点在转动过程中的 () A.线速度大小之比为322 B.角速度之比为332 C.转速之比为232 D.向心加速度大小之比为964 图11-3 考点互动探究 答案 D 解析 A、B 靠摩擦传动,则边缘上 a、b 两点的线速度大小相等,即 vavb=1 1,选项 A错误;B、C 同轴转动,则边缘上 b、c两点的角速度相等,即 b=c,转 速之比 = =1 1,选项 B、C错误;对 a、b 两点,由 an= 2 得 = =3 2,对 b、c两 点,由 an=2r 得 = =3 2,故 aaabac=964,选项 D正确. 考点二水平面内圆周运动的动力学问题 考点互动探究 运动模型 汽车在水平路

6、面转弯 水平转台 圆锥摆 向心力的 来源图示 考点互动探究 运动模型 飞车走壁 火车转弯 飞机水平转弯 向心力的 来源图示 考点互动探究 水平面内圆周运动的临界问题通常是静摩擦力提供向心力,静摩擦力随转速的增大 而增大,当静摩擦力增大到最大静摩擦力时,物体达到保持圆周运动的最大转速.若 转速继续增大,物体将做离心运动. 考点互动探究 例2 (多选)2014 全国卷 如图11-4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,

7、用表示圆盘转动的角速度.下列说法正确的是 () A.b一定比a先开始滑动 B.a、b所受的摩擦力始终相等 图11-4 C.= 2 是 b 开始滑动的临界角速度 D.当 = 2 3 时,a 所受摩擦力的大小为 kmg 考点互动探究 答案 AC 解析 a 与 b 所受的最大静摩擦力相等,而 b 需要的向心力较大,所以 b 先滑 动,A正确;在未滑动之前,a、b各自受到的摩擦力等于其向心力,因此 b 受到的 摩擦力大于 a 受到的摩擦力,B错误;b 处于临界状态时,有 kmg=m2 2l,解得 = 2 ,C 正确;= 2 3 小于 a 的临界角速度,a 所受摩擦力没有达到最大值,D 错误. 考点互动

8、探究 B.= 2 是细线刚好绷紧时的临界角速度 C.剪断细线后,两木块仍随圆盘一起运动 D.当 = 2 时,a 所受摩擦力的大小为 kmg 变式题1 如图11-5所示,两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)沿半径方向 放在水平圆盘上并用细线相连,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至两木块刚好未发生滑动, 表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是() A.细线中的张力等于kmg 图11-5 考点互动探究 答案 B 解析 两木块刚要发生滑动时,有 kmg-T=m2l,kmg+T=

9、2m2l,联立可得 T=1 3kmg,选项 A 错误;细线刚好绷紧时,有 kmg=2m 2l,解得 = 2 ,此时细 线张力为 0,对 a,有 f=m2l=1 2kmg,选项 B正确,D 错误;剪断细线后,a 随圆盘 一起转动,但 b 所受合力减小,将做离心运动,选项 C错误. 考点互动探究 变式题2 (多选)如图11-6所示,一根细线下端拴一个金属小球P,细线的上端固定在 金属块Q上,Q放在带小孔(小孔光滑)的水平桌面上,小球在某一水平面内做匀速圆 周运动(圆锥摆).现使小球改到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动,两次金 属块Q都静止在桌面上的同一点,则后一种情况与原来相比较,下面的判断中

10、正确 的是() A.细线所受的拉力变小 B.小球P运动的角速度变大 C.Q受到桌面的静摩擦力变大 D.Q受到桌面的支持力变大 图11-6 考点互动探究 答案 BC 解析 金属块 Q在桌面上保持静止,根据平衡条件知,Q 受到桌面 的支持力等于其重力,保持不变,故 D错误.设细线与竖直方向的夹 角为 ,细线的拉力大小为 T,桌面下方细线的长度为 L,P球做匀速 圆周运动时,由重力和细线拉力的合力提供向心力,如图所示,则有 T= cos ,Fn=mgtan =m2Lsin ,得角速度 = cos ,使小球改到一个更高一些的 水平面上做匀速圆周运动时, 增大,cos 减小,则细线拉力 T 增大,角速度

11、增大,A 错误,B正确. 对 Q,由平衡条件知,Q 受到桌面的静摩擦力变大,故 C正确. 考点互动探究 要点总结 圆锥摆、火车转弯、汽车转弯、飞机在空中盘旋、开口向上的光滑圆锥体内小球 绕竖直轴线的圆周运动等,都是水平面内圆周运动的典型实例,其受力特点是合力 沿水平方向指向轨迹圆心. 考点三竖直面内的圆周运动问题 考点互动探究 在仅有重力场的竖直面内的圆周运动是典型的非匀速圆周运动,对于物体在竖直 平面内做圆周运动的问题,中学物理只研究物体通过最高点和最低点的情况,高考 中涉及圆周运动的知识点大多是临界问题,其中竖直面内的线球模型、杆球 模型中圆周运动的临界问题出现的频率非常高.下面是竖直面内

12、两个常见模型的 比较. 考点互动探究 线球模型 杆球模型 模型 说明 用线或光滑圆形轨道内侧束缚的小 球在竖直面内绕固定点做圆周运动 用杆或环形管内光滑轨道束缚的 小球在竖直面内做圆周运动 模型 图示 考点互动探究 临 界 条 件 小球到达最高点时重力刚好提供做圆周 运动的向心力,即 mg=mv 0 2 r ,式中的 v0是小 球通过最高点的临界速度,v0= rg. 当 v=v0时,线对小球的作用力为零; 当 vv0时,小球能在竖 直面内做完整的圆周运动,且线上有拉力 在小球通过最高点时存在以下 几种情况(其中 v0= rg) 当 v=v0时,小球的重力刚好提 供做圆周运动的向心力;当 vv0

13、时,杆对小球有向下 的拉力 考点互动探究 在最高点的 FN-v2图像 取竖直向下为正方向 取竖直向下为正方向 考点互动探究 例3 2018 天津六校联考 如图11-7甲所示,质量为m的小球用长为L的不可伸长的 轻绳连接后绕固定点O在竖直面内做圆周运动,经过最低点的速度大小为v,此时轻 绳的拉力大小为F.F与v2的关系图像如图乙中 实线所示,已知重力加速度为g,关于图乙中a、 b、c的值,下列判断正确的是() A.a=6mgB.a=5mg C.b=2mgD.c=6gL 考向一线球模型 图11-7 考点互动探究 答案 A 解析 小球在最低点受重力和绳子的拉力,这两个力的合力提供向心力,由牛 顿第二

14、定律得 F-mg=m 2 ,解得 F=mg+ v2,小球静止(速度为零)时,绳子的拉力 等于重力的大小,结合图像可知 mg=b,由图像的斜率可得 =- .由 mg= 2 可 知,小球在最高点的临界速度为 v= ,由机械能守恒定律得 mg2L+1 2mv 2 =1 2mv 2,解得 v= 5,此时 F=mg+ v2=6mg,可得 a=6mg,c=5gL. 考点互动探究 变式题 (多选)如图 11-8 所示,竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上, 半径 r=0.4 m,最低点处有一小球(半径比 r 小很多).现给小球一水平向右的初 速度 v0,要使小球不脱离圆轨道运动,v0应当满足(g 取 10

15、 m/s2) ( ) A.v00 B.v04 m/s C.v02 5 m/s D.v02 2 m/s 图11-8 考点互动探究 答案 CD 解析 当 v0较大时,小球能够通过最高点,这时小球在最高点处需要满足的条 件是 mg 2 ,根据机械能守恒定律得1 2mv 2+2mgr=1 2m0 2 ,联立解得 v02 5 m/s,C正确.当 v0较小时,小球不能通过最高点,这时对应的临界条件是小球上 升到与圆心等高位置处时速度恰好减为零,根据机械能守恒定律得 mgr=1 2m0 2 ,解得 v02 2 m/s,D 正确. 考点互动探究 考向二杆球模型 例 4 2018 黄冈中学模拟 如图 11-9

16、所示,长为 l的轻杆一端固定一质量为 m 的小球,另一端固定在转轴 O 上,杆可在竖直平面内绕轴 O 无摩擦转动.已知小球通过最低点 Q 时的速度大小为 v= 9 2 ,则小球的运动情况为 ( ) 图11-9 考点互动探究 A.小球不可能到达圆轨道的最高点 P B.小球能到达圆轨道的最高点 P,但在 P 点不受轻杆对它的作用力 C.小球能到达圆轨道的最高点 P,且在 P 点受到轻杆对它向上的弹力 D.小球能到达圆轨道的最高点 P,且在 P 点受到轻杆对它向下的弹力 考点互动探究 答案 C 解析 小球从最低点 Q 到最高点 P,由机械能守恒定律得1 2m 2 +2mgl=1 2mv 2, 则 vP= 2 ,因为 0 2 ,所以小球能到达圆轨道的最高点 P,且在 P