物理課件：《專題強(qiáng)化　圓周運動的綜合分析》圓周運動PPT優(yōu)秀課件

1、專題強(qiáng)化圓周運動的綜合分析第六章圓周運動1.會分析豎直面內(nèi)的圓周運動，掌握輕繩、輕桿作用下圓周運動的分析方法.2.掌握圓周運動臨界問題的分析方法.學(xué)習(xí)目標(biāo)探究重點提升素養(yǎng)隨堂演練逐點落實內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN探究重點提升素養(yǎng)011.豎直面內(nèi)圓周運動的輕繩(過山車)模型如圖1所示，甲圖中小球受繩拉力和重力作用，乙圖中小球受軌道的彈力和重力作用，二者運動規(guī)律相同，現(xiàn)以甲圖為例.(1)最低點動力學(xué)方程：豎直面內(nèi)的圓周運動一圖1例1如圖2所示，長度為L0.4 m的輕繩，系一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，小球的質(zhì)量為m0.5 kg，小球半徑不計，g取10 m/s2，求：圖2(1)小球剛好通過最

2、高點時的速度大??；答案2 m/s(2)小球通過最高點時的速度大小為4 m/s時，繩的拉力大??；答案15 N(3)若輕繩能承受的最大張力為45 N，小球運動過程中速度的最大值.2.豎直面內(nèi)圓周運動的輕桿(管)模型如圖3所示，細(xì)桿上固定的小球和光滑管形軌道內(nèi)運動的小球在重力和桿(管道)的彈力作用下做圓周運動.圖3(1)最高點的最小速度由于桿和管在最高點處能對小球產(chǎn)生向上的支持力，故小球恰能到達(dá)最高點的最小速度v0，此時小球受到的支持力FNmg.(2)小球通過最高點時，軌道對小球的彈力情況例2如圖4，長為0.5 m的輕桿OA繞O點在豎直面內(nèi)做圓周運動，A端連著一個質(zhì)量m2 kg的小球(半徑不計).求

3、在下述的兩種情況下，通過最高點時小球?qū)U的作用力的大小和方向(g取10 m/s2，取210)：(1)桿做勻速圓周運動的轉(zhuǎn)速為2 r/s；圖4答案140 N方向豎直向上解析假設(shè)小球在最高點受到輕桿的作用力豎直向下，則小球受力如圖所示：桿的轉(zhuǎn)速為2 r/s時，2n4 rad/s，由牛頓第二定律得FmgmL2，故小球所受桿的作用力FmL2mg2(0.542210) N140 N，即桿對小球有140 N的拉力，由牛頓第三定律可知，小球?qū)U的拉力大小為140 N，方向豎直向上.(2)桿做勻速圓周運動的轉(zhuǎn)速為0.5 r/s.答案10 N方向豎直向下解析桿的轉(zhuǎn)速為0.5 r/s時，2n rad/s，同理可得

4、小球所受桿的作用力FmL2mg2(0.5210) N10 N.力F為負(fù)值表示它的方向與受力分析中假設(shè)的方向相反，即桿對小球有10 N的支持力，由牛頓第三定律可知，小球?qū)U的壓力大小為10 N，方向豎直向下.物體做圓周運動時，若物體的線速度大小、角速度發(fā)生變化，會引起某些力(如拉力、支持力、摩擦力)發(fā)生變化，進(jìn)而出現(xiàn)某些物理量或運動狀態(tài)的突變，即出現(xiàn)臨界狀態(tài)，分析圓周運動臨界問題的方法是讓角速度或線速度從小逐漸增大，分析各量的變化，找出臨界狀態(tài).通常碰到較多的是涉及如下三種力的作用：(1)與繩的彈力有關(guān)的臨界條件：繩彈力恰好為0.(2)與支持面彈力有關(guān)的臨界條件：支持力恰好為0.(3)因靜摩擦力

5、而產(chǎn)生的臨界問題：靜摩擦力達(dá)到最大值.圓周運動的臨界問題二例3如圖5所示，用一根長為l1 m的細(xì)線，一端系一質(zhì)量為m1 kg的小球(可視為質(zhì)點)，另一端固定在一光滑錐體頂端，錐面與豎直方向的夾角37，當(dāng)小球在水平面內(nèi)繞錐體的軸做勻速圓周運動的角速度為時，細(xì)線的張力為FT.(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，結(jié)果可用根式表示)(1)若要小球離開錐面，則小球的角速度0至少為多大？圖5解析若要小球剛好離開錐面，則小球只受到重力和細(xì)線的拉力，受力分析如圖所示.小球做勻速圓周運動的軌跡圓在水平面上，故向心力水平，在水平方向運用牛頓第二定律及向心力公式得mgtan m02lsin

6、 (2)若細(xì)線與豎直方向的夾角為60，則小球的角速度為多大？解析同理，當(dāng)細(xì)線與豎直方向成60角時，小球已離開錐面，由牛頓第二定律及向心力公式得mgtan m2lsin 例4(2019鄭州市高一下學(xué)期期末)如圖6甲所示，水平轉(zhuǎn)盤上放有質(zhì)量為m的物塊，物塊到轉(zhuǎn)軸的距離為r，物塊和轉(zhuǎn)盤間的動摩擦因數(shù)為，設(shè)物塊受到的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，已知重力加速度為g.圖6(1)當(dāng)水平轉(zhuǎn)盤以角速度1勻速轉(zhuǎn)動時，物塊與轉(zhuǎn)盤剛好能相對靜止，求1的值；解析當(dāng)水平轉(zhuǎn)盤以角速度1勻速轉(zhuǎn)動時，物塊與轉(zhuǎn)盤剛好能相對靜止，則此時物塊所需向心力恰好完全由最大靜摩擦力提供，則mgmr12(2)如圖乙，將物塊和轉(zhuǎn)軸用細(xì)繩相連，當(dāng)

7、轉(zhuǎn)盤的角速度2 時，求細(xì)繩的拉力FT2的大??；答案0解析由于21，物塊受到的最大靜摩擦力不足以提供所需的向心力，此時繩對物塊有拉力，則mgFT3m32r，可得此時繩子對物塊拉力的大小為FT3 mg.隨堂演練逐點落實021.(輕繩模型)雜技演員表演“水流星”，在長為1.6 m的細(xì)繩的一端，系一個與水的總質(zhì)量為m0.5 kg的大小不計的盛水容器，以繩的另一端為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，如圖7所示，若“水流星”通過最高點時的速率為4 m/s，則下列說法正確的是(g取10 m/s2)A.“水流星”通過最高點時，有水從容器中流出B.“水流星”通過最高點時，繩的張力及容器底部受到的壓力均為零C.“水流

8、星”通過最高點時，處于完全失重狀態(tài)，不受力的作用D.“水流星”通過最高點時，繩子的拉力大小為5 N1234圖7解析“水流星”在最高點的臨界速度v 4 m/s，由此知繩的拉力恰好為零，且水恰好不流出，故選B.2.(過山車模型)(多選)如圖8所示，質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的光滑圓環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運動.圓環(huán)半徑為R，小球半徑不計，小球經(jīng)過圓環(huán)內(nèi)側(cè)最高點時剛好不脫離圓環(huán)，則其通過最高點時下列表述正確的是A.小球?qū)A環(huán)的壓力大小等于mgB.重力mg充當(dāng)小球做圓周運動所需的向心力C.小球的線速度大小等于D.小球的向心加速度大小等于g1234圖81234解析因為小球經(jīng)過圓環(huán)內(nèi)側(cè)最高點時剛好不脫離圓環(huán)，故在最高點時小球?qū)A環(huán)的壓力為零，選項A錯誤；1234圖912344.(圓周運動的臨界問題)(2019雙峰一中高一下學(xué)期期末)如圖10所示，A、B、C三個物體放在旋轉(zhuǎn)的水平圓盤面上，物體與盤面間的最大靜摩擦力均是其重力的k倍，三物體的質(zhì)