《浙江省义乌三中高三物理《4.4圆周运动规律的运用》复习课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江省义乌三中高三物理《4.4圆周运动规律的运用》复习课件（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 4 课时 圆周运动规律的应用 核心考点突破 一 、 生活中的圆周运动 1 生活中的圆周运动实例 生 活 中 的 圆 周 运 动 轨迹 向心力来源 实例 火车 转弯 水平面内圆周 内外轨有高度差，由重力和弹力在水平方向的合力提供向心力 汽车在弯曲的公路上转弯等 汽车 过桥 竖直平面内圆周 由汽车本身重力和桥面支持力的合力提供向心力 水流星、绳与小球、绳与杆模型等 生 活 中 的 圆 周 运 动 离心 运动 定义：做匀速圆周运动的物体，在合力消失或者不足以提供做圆周运动所需的向心力时所做的远离圆心的运动 洗衣机的脱水筒、离心分离机等 本质：能够提供的向心力不足以满足需求的向心力 2. 实例分析
2、关系图 3. 实例分析程序 (1) 明确研究对象，确定所做圆周运动的轨道平面，找出圆心和半径 (2) 根据已知物理量选择合适公式表示出向心加速度，用牛顿第二定律求出所需向心力 (3) 对物体进行受力分析，判断哪些力提供向心力，并求出能够提供的向心力 (4) 根据牛顿第二定律列方程求解 高考佐证 1 】 洗衣机的脱水桶采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中错误的是 （ ） A . 脱水过程中，衣物是紧贴桶壁的 B . 水会从桶中甩出是因为水滴受到的向心力很大的缘故 C . 加快脱水桶转动角速度，脱水效果会更好 D . 靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好 解析 把湿衣物放在洗衣机的脱水
3、桶里脱水，脱水桶转得比较慢时，水滴跟物体的附着力 F 足以提供所需的向心力，使水滴做圆周运动当脱水桶转得比较快时，附着力 F 不足以提供所需的向心力，水滴就做离心运动，穿过网孔，飞到脱水桶外面 B 考点二 竖直面内圆周运动的临界问题分析 对于物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变 速曲线运动，该类运动常有临界问题，并伴有 “ 最 大 ” ， “ 最小 ” ， “ 刚好 ” 等词语，常分析两种模型 轻绳模型和轻杆模型，分析比较如下 . 轻绳模型 轻杆模型 常见 类型 均是没有支撑的小球 均是有支撑的小球 过最高 点的临 界条件 由 v 临 由小球恰能做圆周即得 v 临 0 讨论 分析 (1)过
4、最高点时，v ， m ，绳、轨道对球 产生弹力 )不能过最高点时， m ， 在最高 点的 FN 取竖直向下为 正方向 取竖直向下为正方向 考佐证 2 】 如图 1 所示，轻杆 的一端有一个小球，另一端有光 滑的固定轴 O . 现给球一初速度， 使球和杆一起绕 O 轴在竖直平面 内转动，不计空气阻力，用 F 表 示球到达最高点时杆对小球的作用力，则 F ( ) A 一定是拉力 B 一定是推力 C 一定等于零 D 可能是拉力，可能是推力，也可能等于零 图 1 解析 小球受重力和轻杆的作用力，在竖直平面内做圆周运动，到达最高点时，如果小球的速度 v 杆对球的作用力 F 0 ；如果小球的速度 0 杆对
5、小球的作用力 F 是拉力选项 A 、 B 、 C 不正确， D 正确 答案 D 题型互动探究 题型一 火车转弯问题 例 1 火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定若在某转弯处规定行驶的速度为v ，则下列说法中正确的是 ( ) A . 当火车以 v 的速度通过此弯路时，火车所受重力与轨道面支持力的合力提供向心力 B . 当火车以 v 的速度通过此弯路时，火车所受重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力 C . 当火车速度大于 v 时，轮缘挤压外轨 D . 当火车速度小于 v 时，轮缘挤压外轨 解析 当火车以设计速度行驶时，火车所受重力与轨道面支持力的合力刚好提供
6、了向心力， A 正确， B 错误；当火车速度大于 v 时，轨道提供的向心力小于所需要的向心力，则多余的力由外轨向内挤压来提供， C 正确；当火车速度小于 v 时，轨道提供的向心力大于所需要的向心力，则多余的力由内轨向外挤压来提供， D 错误 答案 型二 汽车过拱桥问题 例 2 假设一辆质量 m 2.0 t 的小轿车，驶过半径 R 90 m 的 一段圆弧形桥面，重力加速度 g 10 m /求： (1) 若桥面为凹形，汽车以 20 m /s 的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大？ (2) 若桥面为凸形，汽车以 10 m /s 的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？ (3) 汽车以多大速度通
7、过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？ 解析 如图所示，圆弧形轨道的 圆心在汽车上方，支持力 重力 G 合力就是汽车通过 桥面最低点时的向心力，即 由向心力公式有： (2 00 0 20290 2 000 10) N 104N 根据牛顿第三定律， 104N. (2) 如图所示，圆弧形轨道的圆心 在汽车的下方，重力 G 支 持力 顶点时的向心力，即 F 向 由向心力公式有： (2 00 0 10 2 000 10290) N 104N 根据牛顿第三定律，汽车在桥的顶点时对桥面压力的大小为 104N. ( 3) 设汽车速度为 向心力公式有 10 90 m /s 30 m / s 汽车以 30 m
8、/s 的速度通过桥面顶点时，对桥面刚好没有压力 答案 (1)104 N (2)104 N (3)30 m/s 即学即练 1 一汽车通过拱形桥顶点时速度为 10 m/ s ，车对桥顶的压力为车重的34，如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力，车速度至少为 ( ) A 1 5 m/ s B 20 m/s C 25 m /s D 30 m /s 解析 汽车过拱形桥时，桥的支持力和汽车的重力的合力提供向心力，所需的向心力 F 向 m 由此分情况讨论：当对桥面无压力时 F 合 当压力为车重的34， F 合 3414 由以上分析可得m 4m 解之得 4 则 v 2 20 m/s. B 题型三 “ 细绳和轻杆类
9、” 模型问题 例 3 长 L 0.5 m 质量可忽略的细杆， 其一端可绕 O 点在竖直平面内转动， 另一端固定着一个物体 A . A 的质量 为 m 2 k g ，当 A 通过最高点时， 如图 2 所示，求在下列两种情况下杆对小球的力： ( 1) A 在最低点的速率为 21 m /s ； ( 2) A 在最低点的速度为 6 m /s . 图 2 模型建立 我们把物体转动到最高点时与杆类似的既可产生拉力 ( 或压力 ) 也可产生支撑力的面称为 “ 杆类 ” 模型；把只能产生拉力 ( 或压力 ) 的面称为 “ 绳类 ” 模型 解析 对物体 A 由最低点到最高点过程，机械能守恒 即12m 2 L 1
10、2m v 02 假设细杆对 A 的弹力 F 竖直向下， 则 A 的受力图如图所示 以 A 为研究对象，在最高点有 F m (g ) ( 1) 当 v 0 21 m / s 时，由 式得 v 1 m / s . F 2 (10) N 16 N . 负值说明 F 的方向与假设的竖直向下的方向相反，即杆给 A 竖直向上的 16 N 的支撑力 ( 2) 当 v 0 6 m / s 时，由 式得 v 4 M/ S . F 2 (10) N 44 N 正值说明杆对 A 施加的是竖直向下的 44 N 的拉力 答案 (1)16 N 竖直向上 (2)44 N 竖直向下 建模感悟 由于细绳和杆两种模型过最高点的临
11、界条件不同，所以在分析问题时首先明确是哪种模型，然后再利用条件讨论 即学即练 2 在例 3 中若把细杆换成细绳，则在 ( 1) 、 ( 2)两种情况下小球能通过最高点吗？若能，此时细绳对小球的拉力为多少？ 答案 在 ( 1) 的情况下，细绳不能给球向上的力，即球不能过最高点在 ( 2) 的情况下，细绳和杆是一样的，绳给球竖直向下的拉力为 44 N . 题型四 圆周运动的临界问题 例 4 如图 3 所示，光滑圆管形轨道 分平直， 分是处于竖直 平面内半径为 R 的半圆，圆管截面 半径 r R ，有一质量为 m ，半径比 r 略小的光滑小球以水平初速度 v 0 射入圆管 ( 1) 若要小球能从 C
12、 端出来，初速度 v 0 应满足什么条件？ ( 2) 在小球从 C 端出来的瞬间，对管壁压力有哪几种典型情况，初速度 v 0 各应满足什么条件？ 图 3解析 ( 1) 4 ( 2) 小球从 C 端出来瞬间，对管壁压力可以有三种典型情况： 刚好对管壁无压力，此时重力恰好充当向心力，由圆周运动知识 由机械能守恒定律，12m 2 R 12m 立解得 5 对下管壁有压力，此时应有 时相应的入射速度 5 答案 (1) (2)见解析 处理临界问题的思维模式 临界问题广泛地存在于中学物理中，解答临界问题的关键是准确判断临界状态，再选择相应的规律灵活求解，其解题步骤为： 1 . 判断临界状态：认真审题，分析题
13、意，找出临界状态 有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界点；若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就是临界状态；若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少” 等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点也往往是临界状态 2 确定临界条件：临界状态总是在一定条件下出现的判断题述的过程存在临界状态之后，要通过分析弄清临界状态出现的条件，并以数学形式表达出来 3 选择物理规律：临界状态是一个 “ 分水岭 ” ， “ 岭 ” 的两面连接着物理过程的不同阶段物质的运动形式以及遵循的物理规律往往不同因此，当确定了物体运动
