高考物理 第4章 曲线运动 万有引力定律 第3课时 圆周运动.ppt

第第3课时　圆周运动课时　圆周运动 考点一考点一 圆周运动中的运动学分析圆周运动中的运动学分析　　【【例例1】】　　(多多选选)(2016·太太原原模模拟拟)如如图图所所示示为为皮皮带带传传动动装装置置，，右右轮轮的的半半径径为为r，，a是是它它边边缘缘上上的的一一点点，，左左侧侧是是一一轮轮轴轴，，大大轮轮的的半半径径是是4r，，小小轮轮的的半半径径是是2r，，b点点在在小小轮轮上上，，到到小小轮轮中中心心的的距距离离为为r，，c点点和和d点点分分别别位位于于小小轮轮和和大大轮轮的的边边缘缘上，若在传动过程中皮带不打滑，则上，若在传动过程中皮带不打滑，则(　　　　)A．．a点和点和b点的线速度大小相等点的线速度大小相等B．．a点和点和b点的角速度大小相等点的角速度大小相等C．．a点和点和c点的线速度大小相等点的线速度大小相等D．．a点和点和d点的向心加速度大小相等点的向心加速度大小相等(1)高高中中阶阶段段所所接接触触的的传传动动主主要要有有：：①①皮皮带带传传动动；；②②同同轴轴传动；传动；③③齿轮传动；齿轮传动；④④摩擦传动．摩擦传动．(2)传传动动装装置置的的特特点点：：①①同同轴轴传传动动：：固固定定在在一一起起共共轴轴转转动动的的物物体体上上各各点点角角速速度度相相同同；；②②皮皮带带传传动动、、齿齿轮轮传传动动和和摩摩擦擦传传动动：：皮皮带带(或或齿齿轮轮)传传动动和和不不打打滑滑的的摩摩擦擦传传动动的的两两轮轮边缘上各点线速度大小相等．边缘上各点线速度大小相等．规规 律律 总总 结结1．．(2016·衡衡水水模模拟拟)如如图图所所示示，，轮轮O1、、O3固固定定在在同同一一转转轴轴上上，，轮轮O1、、O2用用皮皮带带连连接接且且不不打打滑滑．．在在O1、、O2、、O3三三个个轮轮的的边边缘缘各各取取一一点点A、、B、、C，，已已知知三三个个轮轮的的半半径径之之比比r1∶∶r2∶∶r3＝＝2∶∶1∶∶1，求：，求：(1)A、、B、、C三点的线速度大小之比三点的线速度大小之比vA∶∶vB∶∶vC；；(2)A、、B、、C三点的角速度之比三点的角速度之比ωA∶∶ωB∶∶ωC；；(3)A、、B、、C三点的向心加速度大小之比三点的向心加速度大小之比aA∶∶aB∶∶aC.解解析析：：(1)令令vA＝＝v，，由由于于皮皮带带转转动动时时不不打打滑滑，，所所以以vB＝＝v.因因ωA＝＝ωC，，由由公公式式v＝＝ωr知知，，当当角角速速度度一一定定时时，，线线速速度度跟半径成正比跟半径成正比，，故故vC＝＝v，，所以所以vA∶∶vB∶∶vC＝＝2∶∶2∶∶1.(2)令令ωA＝＝ω，，由由于于共共轴轴转转动动，，所所以以ωC＝＝ω.因因vA＝＝vB，，由由公公式式ω＝＝知知，，当当线线速速度度一一定定时时，，角角速速度度跟跟半半径径成成反反比比，，故故ωB＝＝2ω，所以，所以ωωA∶∶ωB∶∶ωC＝＝1∶∶2∶∶1. 考点二考点二 圆周运动的动力学分析圆周运动的动力学分析1．．向向心心力力的的来来源源：：向向心心力力是是按按力力的的作作用用效效果果命命名名的的，，可可以以是是重重力力、、弹弹力力、、摩摩擦擦力力等等各各种种力力，，也也可可以以是是几几个个力力的的合合力力或或某某个个力力的的分分力力，，因因此此在在受受力力分分析析中中要要避避免免再再另另外外添加一个向心力．添加一个向心力．2．．向向心心力力的的确确定定：：(1)确确定定圆圆周周运运动动的的轨轨道道所所在在的的平平面面，，确确定定圆圆心心的的位位置置；；(2)分分析析物物体体的的受受力力情情况况，，找找出出所所有有的的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力．力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力．【【例例2】】　　(2015·银银川川模模拟拟)某某游游乐乐场场有有一一种种叫叫““空空中中飞飞椅椅””的的游游乐乐设设施施，，其其基基本本装装置置是是将将绳绳子子上上端端固固定定在在转转盘盘的的边边缘缘上上，，绳绳子子下下端端连连接接座座椅椅，，人人坐坐在在座座椅椅上上随随转转盘盘旋旋转转而而在在空空中中飞飞旋旋．．若若将将人人和和座座椅椅看看作作一一个个质质点点，，则则可可简简化化为为如如图图所所示示的的物物理理模模型型，，其其中中P为为处处于于水水平平面面内内的的转转盘盘，，可绕竖直转轴可绕竖直转轴OO′转动．转动．设设绳绳长长l＝＝10 m，，质质点点的的质质量量m＝＝60 kg，，转转盘盘静静止止时时质质点点与与转转轴轴之之间间的的距距离离d＝＝4 m．．转转盘盘逐逐渐渐加加速速转转动动，，经经过过一一段段时时间间后后质质点点与与转转盘盘一一起起做做匀匀速速圆圆周周运运动动，，此此时时绳绳与与竖竖直直方方向向的的夹夹角角θ＝＝37°(不不计计空空气气阻阻力力及及绳绳重重，，绳绳不不可可伸伸长长，，sin 37°＝＝0.6，，cos 37°＝＝0.8，，g＝＝10 m/s2)．．求求质质点点与与转转盘盘一一起起做做匀匀速速圆圆周周运运动动时时转转盘盘的的角角速速度度及及绳的拉力．绳的拉力．方方 法法 总总 结结 解解决决圆圆周周运运动动问问题题的的主主要要步步骤骤：：①①审审清清题题意意，，确确定定研研究究对对象象；；②②分分析析物物体体的的运运动动情情况况，，即即物物体体的的线线速速度度、、角角速速度度、、周周期期、、轨轨道道平平面面、、圆圆心心、、半半径径等等；；③③分分析析物物体体的的受受力力情情况况，，画画出出受受力力示示意意图图，，确确定定向向心心力力的的来来源源；；④④根据牛顿运动定律及向心力公式列方程．根据牛顿运动定律及向心力公式列方程．2．．(多多选选)(2016·临临川川模模拟拟)表表演演杂杂技技““飞飞车车走走壁壁””的的演演员员骑骑着着摩摩托托车车飞飞驶驶在在光光滑滑的的圆圆台台形形筒筒壁壁上上，，筒筒的的轴轴线线垂垂直直于于水水平平面面，，筒筒固固定定不不动动，，演演员员和和摩摩托托车车的的总总质质量量为为m，，先先后后在在A、、B两两处处紧紧贴贴着着内内壁壁分分别别在在图图中中虚虚线线所所示示的的水水平平面面内内做匀速圆周运动，则做匀速圆周运动，则(　　　　)A．．A处的线速度大于处的线速度大于B处的线速度处的线速度B．．A处的角速度小于处的角速度小于B处的角速度处的角速度C．．A处对筒的压力大于处对筒的压力大于B处对筒的压力处对筒的压力D．．A处的向心力等于处的向心力等于B处的向心力处的向心力解解析析：：第第一一步步确确定定研研究究对对象象：：研研究究对对象象为为演演员员和和摩摩托托车车，，看成一个系统．看成一个系统．第第二二步步确确定定运运动动情情况况：：①①其其轨轨道道平平面面均均是是水水平平的的；；②②其其轨轨道道的的圆圆心心均均在在筒筒的的轴轴线线上上；；③③其其向向心心力力均均在在各各自自的的水水平轨道平面内指向各自圆心．平轨道平面内指向各自圆心．第三步受力分析：系统在第三步受力分析：系统在A、、B处的受力如图所示．处的受力如图所示．第第四四步步列列方方程程：：由由于于系系统统的的向向心心力力都都来来自自重重力力mg和和支支持持力力FN的的合合力力F合合(或或支支持持力力FN在在指指向向圆圆心心方方向向的的分分力力)，，由图得由图得F合合＝＝mgtan θ，，FA向心向心＝＝FB向心向心＝＝mgtan θ. 考点三考点三 竖直面内的圆周运动竖直面内的圆周运动1．．在在竖竖直直平平面面内内做做圆圆周周运运动动的的物物体体，，按按运运动动到到轨轨道道最最高高点点时时的的受受力力情情况况可可分分为为两两类类：：一一是是无无支支撑撑(如如球球与与绳绳连连接接、、沿沿内内轨轨道道运运动动的的过过山山车车等等)，，称称为为““绳绳(环环)约约束束模模型型””；；二二是是有有支支撑撑(如如球球与与杆杆连连接接、、在在弯弯管内的运动等管内的运动等)，称为，称为““杆杆(管管)约束模型约束模型””．．2．绳、杆模型涉及的临界问题．．绳、杆模型涉及的临界问题．【【例例3】】　　(2015·南南阳阳模模拟拟)如如图图所所示示，，质质量量为为m的的小小球球置置于于正正方方体体的的光光滑滑盒盒子子中中，，盒盒子子的的边边长长略略大大于于球球的的直直径径．．某某同同学学拿拿着着该该盒盒子子在在竖竖直直平平面面内内做做半半径径为为R的的匀匀速速圆圆周周运动，已知重力加速度为运动，已知重力加速度为g，空气阻力不计，则，空气阻力不计，则(　　　　)3．．(2016·丹丹东东模模拟拟)如如图图所所示示，，一一质质量量为为M的的光光滑滑大大圆圆环环，，用用一一细细轻轻杆杆固固定定在在竖竖直直平平面面内内．．套套在在大大环环上上质质量量为为m的的小小环环(可可视视为为质质点点)，，从从大大环环的的最最高高处处由由静静止止滑滑下下．．重重力力加加速速度度大大小小为为g.当当小小环环滑滑到到大大环环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为(　　　　)A．．Mg－－5mg　　　　　　 　　B．．Mg＋＋mgC．．Mg＋＋5mg D．．Mg＋＋10mg用极限法分析圆周运动的临界问题用极限法分析圆周运动的临界问题1．．有有些些题题目目中中有有““刚刚好好”“”“恰恰好好”“”“正正好好””等等字字眼眼，，明明显表明题述的过程中存在着临界点．显表明题述的过程中存在着临界点．2．．若若题题目目中中有有““取取值值范范围围”“”“多多长长时时间间”“”“多多大大距距离离””等等词词语语，，表表明明题题述述的的过过程程中中存存在在着着““起起止止点点””，，而而这这些些起止点往往就是临界状态．起止点往往就是临界状态．3．．若若题题目目中中有有““最最大大”“”“最最小小”“”“至至多多”“”“至至少少””等等字字眼眼，，表表明明题题述述的的过过程程中中存存在在着着极极值值，，这这些些极极值值点点也也往往往往是临界状态．是临界状态． 方方 法法 技技 巧巧 思思 维维 提提 升升[典典例例]　　如如图图所所示示，，一一倾倾斜斜的的匀匀质质圆圆盘盘绕绕垂垂直直于于盘盘面面的的固固定定对对称称轴轴以以恒恒定定角角速速度度ω转转动动，，盘盘面面上上离离转转轴轴距距离离2.5 m处处有有一一小小物物体体与与圆圆盘盘始始终终保保持持相相对对静静止止．．物物体体与与盘盘面面间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为(设设最最大大静静摩摩擦擦力力等等于于滑滑动动摩摩擦擦力力)，，盘盘面面与与水水平平面面的的夹夹角角为为30°，，g取取10 m/s2.则则ω的的最最大大值值是是(　　　　)A. rad/s　　　　　　　　　　　　B. rad/sC．．1.0 rad/s D．．0.5 rad/s[思路导引思路导引]。