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1、XXXX 高考物理高考物理圆周运动圆周运动材料分析材料分析第 3 节 圆周运动考点一|圆周运动的基本概念1线速度：描述物体圆周运动快慢的物理量v.2角速度：描述物体绕圆心转动快慢的物理量.3周期和频率：描述物体绕圆心转动快慢的物理量T，T.4向心加速度：描述速度方向变化快慢的物理量anr2vr.5相互关系：vrr2rf.anr2vr42f2r.如图 431 为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间假定此时他正沿圆弧形弯道匀速率滑行，则他图 431A所受的合力为零，做匀速运动B所受的合力恒定，做匀加速运动c所受的合力恒定，做变加速运动D所受的合力变化，做变加速运动D 运动员做匀速圆周运动
2、，其加速度指向圆心，方向时刻变化，为变加速运动，合力也指向圆心，方向时刻变化D 正确在“G20”峰会“最忆是杭州”的文艺演出中，芭蕾舞演员保持如图 432 所示姿式原地旋转，此时手臂上 A、B 两点角速度大小分别为 A、B，线速度大小分别为 vA、vB，则图 432AABBABcvAvBD 该模型为同轴转动模型，可以得出角速度一样，因此半径大的点线速度大，所以 A、B 两点角速度一样，线速度 A 处大于 B 处故选 D.1对公式 vr 的理解当 r 一定时，v 与 成正比；当 一定时，v 与 r 成正比；当 v 一定时， 与 r 成反比2常见的三种传动方式及特点皮带传动：如图 433 所示，皮
3、带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即 vAvB.图 433摩擦传动：如图 434 甲所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即vAvB.图 434同轴传动：如图乙、丙所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，AB，由 vr 知 v 与 r 成正比1对于做匀速圆周运动的物体，下列说法中不正确的是A相等的时间内通过的路程相等B相等的时间内通过的弧长相等c相等的时间内通过的位移相等D相等的时间内转过的角度相等c 匀速圆周运动是指线速度大小不变的圆周运动，因此在相等时间内通过路程相等，弧长相等，转过的角度也相等，故选项 A、B、D 正确；相等的时间内通过的位移方向
4、不同，由于位移是矢量，因此位移不相等，故选项 c错误2.皮带传动装置如图 435 所示，两轮的半径不相等，传动过程中皮带不打滑关于两轮边缘上的点，下列说法正确的是图 435A周期相同B角速度相等c线速度大小相等D向心加速度相等c 皮带不打滑时，皮带上各点的线速度大小相等，c正确3.如图 436 所示，当正方形薄板绕着过其中心 o 并与板垂直的转动轴转动时，板上 A、B 两点图 436A角速度之比 AB1B角速度之比 AB1c线速度之比 vAvB1D线速度之比 vAvB1D 板上 A、B 两点的角速度相等，角速度之比AB11，选项 A、B 错误；线速度 vr，线速度之比 vAvB1，选项 c 错
5、误，D 正确4如图 437 是自行车传动装置的示意图，其中是半径为 r1 的大齿轮，是半径为 r2 的小齿轮，是半径为 r3 的后轮，假设脚踏板的转速为 nr/s，则自行车前进的速度为图 437A. B.c.D.D 因为要计算自行车前进的速度，即车轮边缘上的线速度的大小，根据题意知：轮和轮边缘上的线速度的大小相等，据 vr 可知：r11r22，已知1，则轮的角速度 2，因为轮和轮共轴，所以转动的角速度相等即 32，根据 vr 可知，v3r33.考点二|圆周运动中的动力学分析1匀速圆周运动的向心力作用效果向心力产生向心加速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小大小Fmm2rmrmv42mf2r.
6、方向始终沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力向心力可以由一个力提供，也可以由几个力的合力提供，还可以由一个力的分力提供2离心现象的受力特点图 438当 Fmr2 时，物体做匀速圆周运动；当 F0 时，物体沿切线方向飞出；当 FFcDFBFcB 在平直公路上行驶时，重力等于支持力，由牛顿第三定律知，压力等于支持力，所以压力 FAmg；汽车到达 B 点时，有向下的加速度，汽车失重，故支持力小于重力，因而压力小于重力；在 c 点时与在 B 点时相反，压力大于重力，所以 FcFAFB，故 B 正确2如图 4310 所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动，充当向心力的是图 43
7、10A重力B弹力c静摩擦力D滑动摩擦力B 物体在竖直方向上受重力和静摩擦力作用，两力平衡，在水平方向上受弹力作用，弹力充当向心力，B 正确3奥运会单杠比赛中有一个“单臂大回环”的动作，难度系数非常大假设运动员质量为 m，单臂抓杠杆身体下垂时，手掌到人体重心的距离为 l.如图 4311 所示，在运动员单臂回转从顶点倒立转至最低点过程中，可将人体视为质量集中于重心的质点，且不考虑手掌与单杠间的摩擦力，重力加速度为 g，若运动员在最低点的速度为2，则运动员的手臂拉力为自身重力的图 4311A2 倍B3 倍c4 倍D5 倍D 对运动员在最低点受力分析，由牛顿第二定律可得，Fmgm，解得，F5mg，D
8、项正确4在云南省某些地方到现在还要依靠滑铁索过江，若把这滑铁索过江简化成如图 4312 所示的模型，铁索的两个固定点 A、B 在同一水平面内，A、B 间的距离为L80m，铁索的最低点离 A、B 连线的垂直距离为 H8m，若把铁索看做是圆弧，已知一质量 m52kg 的人借助滑轮滑到最低点时的速度为 10m/s，那么图 4312A人在整个铁索上的运动可看成是匀速圆周运动B可求得铁索的圆弧半径为 100mc人在滑到最低点时，滑轮对铁索的压力为 570ND人在滑到最低点时，滑轮对铁索的压力为 50Nc 人借助滑轮下滑过程中，其速度是逐渐增大的，因此人在整个铁索上的运动不能看成匀速圆周运动；设圆弧的半径
9、为 r，由几何关系，有：22r2，解得r104m；人在滑到最低点时，根据牛顿第二定律得：FNmgm，解得 FN570N，选项 c 正确考点三|竖直面内圆周运动的临界问题1在竖直平面内做圆周运动的物体，按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类：一是无支撑，称为“绳约束模型” ，二是有支撑，称为“杆约束模型” 2绳、杆模型涉及的临界问题绳模型杆模型常见类型过最高点的临界条件由 mgm 得 v 临由小球恰能做圆周运动得 v 临0 讨论分析过最高点时，v，FNmgm，绳、圆轨道对球产生弹力 FN不能过最高点时，v，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道当 v0 时，FNmg，FN 为支持力，沿半径背离圆心
10、当 0 时，FNmgm，FN 指向圆心并随 v 的增大而增大如图 4313 所示，装置由一理想弹簧发射器及两个轨道组成其中轨道由光滑轨道 AB 与粗糙直轨道 Bc 平滑连接，高度差分别是 h10.20m、h20.10m，Bc水平距离 L1.00m轨道由 AE、螺旋圆形 EFG 和 GB 三段光滑轨道平滑连接而成，且 A 点与 F 点等高当弹簧压缩量为 d 时，恰能使质量 m0.05kg 的滑块沿轨道上升到 B 点；当弹簧压缩量为 2d 时，恰能使滑块沿轨道上升到 c 点图 4313当弹簧压缩量为 d 时，若沿轨道运动，滑块能否上升到 B 点？请通过计算说明理由.【解析】 恰能通过圆环最高点，需
11、满足的条件是mg 由弹簧压缩量为 d 时，恰好使滑块上升到 B 点得EpAmgh1 沿轨道运动时由 A 到 F 机械能守恒EpAmv2 联立解得 v2m/s，Rm0.4m 当RRm0.4m 时，滑块会脱离螺旋轨道，不能上升到 B点 【答案】 见解析/如图 4314 所示甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两图的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为 R，下列说法正确的是图 4314A甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给人向上的力B乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道
12、最低点时，安全带一定给人向上的力c丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅一定给人向上的力D丁图中，轨道车过最高点的最小速度为Bc 在甲图中，当速度比较小时，根据牛顿第二定律得，mgFNm，即座椅给人施加向上的力，当速度比较大时，根据牛顿第二定律得，mgFNm，即座椅给人施加向下的力，故 A 错误；在乙图中，因为合力指向圆心，重力竖直向下，所以安全带一定给人向上的力，故 B 正确；在丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，合力方向向上，重力竖直向下，则座椅给人的作用力一定竖直向上，故 c 正确；在丁图中，由于轨道车有安全锁，可知轨道车在最高点的最小速度为零，故 D 错误2一轻杆
13、一端固定质量为 m 的小球，以另一端 o 为圆心，使小球在竖直面内做半径为 R 的圆周运动，如图4315 所示，则下列说法正确的是图 4315A小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零B小球过最高点的最小速度是c小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大D小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小A 轻杆可对小球产生向上的支持力，小球经过最高点的速度可以为零，当小球过最高点的速度 v时，杆所受的弹力等于零，A 正确，B 错误；若 v，则杆在最高点对小球的弹力竖直向上，mgFm，随 v 增大，F 减小，若v，则杆在最高点对小球的弹力竖直向下，mgFm，随 v 增大，F 增大，故
14、c、D 均错误3长度为 1m 的轻杆 oA 的 A 端有一质量为 2kg 的小球，以 o 点为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图4316 所示，小球通过最高点时的速度为3m/s，g 取 10m/s2，则此时小球将图 4316A受到 18N 的拉力B受到 38N 的支持力c受到 2N 的拉力D受到 2N 的支持力D 设此时轻杆拉力大小为 F，根据向心力公式有Fmgm，代入数值可得 F2N，表示受到 2N 的支持力，选项 D 正确4.如图 4317 所示，小球紧贴在竖直放置的光滑圆形管道内壁做圆周运动，内侧壁半径为 R，小球半径为 r，则下列说法正确的是图 4317A小球通过最高点时的最小速度 vminB小球通过最高点时的最小速度 vminc小球在水平线 ab 以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定无作用力D小球在水平线 ab 以上的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力c 小球沿光滑圆形管道上升，到达最高点的速度可以为零，A、B 选项均错误；小球在水平线 ab 以下的管道中运动时，由于重力的方向竖直向下，向心力方向斜向上，必须受外侧管壁指向圆心的作用力，c 正确；小球在水平线ab 以上的管道中运动时，由于重力有指向圆心的分量，若速度较小，小球可不受外侧管壁的作用力，D 错误
