高考物理復(fù)習(xí)-第4章第三節(jié)圓周運動的規(guī)律及其應(yīng)用課件-滬科版教學(xué)提綱

高考物理復(fù)習(xí)-第4章第三節(jié)圓周運動的規(guī)律及其應(yīng)用課件-滬科版基礎(chǔ)知識梳理一、描述圓周運動的物理量物理量物理意義定義和公式方向和單位線速度描述物體做圓周運動的快慢物體沿圓周通過的_____與所用時間的比值．v＝方向：沿圓弧切線方向．單位：m/s角速度描述質(zhì)點繞圓心轉(zhuǎn)動的快慢運動物體與圓心連線_________與所用時間的比值．ω＝單位：rad/s弧長掃過的角一周圈數(shù)．思考感悟1.勻速圓周運動中的“勻速”的含義是什么？提示：1.勻速率．二、勻速圓周運動和非勻速圓周運動1．勻速圓周運動(1)定義：線速度大小不變的圓周運動．(2)性質(zhì)：向心加速度大小_____，方向________的變加速曲線運動．(3)質(zhì)點做勻速圓周運動的條件：合力大小_____，方向始終與速度方向______且指向圓心．不變時刻變化不變垂直2．非勻速圓周運動(1)定義：線速度大小、方向均_________的圓周運動．(2)合力的作用：

①合力沿速度方向的分量Ft產(chǎn)生切向加速度，F(xiàn)t＝mat，它只改變線速度的______②合力沿半徑方向的分量Fn產(chǎn)生向心加速度，F(xiàn)n＝man，它只改變線速度的_______不斷變化大?。较颍?、離心運動和向心運動1．離心運動(1)定義：做圓周運動的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需向心力情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動．(2)本質(zhì)：做圓周運動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛出去的傾向．(3)受力特點：當(dāng)F＝_____時，物體做勻速圓周運動；當(dāng)F＝0時，物體沿切線方向飛出；當(dāng)F<______時，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心，F(xiàn)為實際提供的向心力．如圖4－3－1所示．圖4－3－1mrω2mrω22．向心運動當(dāng)提供向心力的合外力大于做圓周運動所需向心力時，即F>mrω2時，物體逐漸向___________如圖4－3－1所示．圓心靠近．思考感悟2．做勻速圓周運動的物體，當(dāng)合外力增大時，物體的運動將如何變化？提示：2.當(dāng)合外力提供的向心力增大時，大于物體做圓周運動所需的向心力，物體將離圓心越來越近，做近心運動．課堂互動講練一、在傳動裝置中各物理量之間的關(guān)系線速度、角速度、周期、頻率都是從不同的側(cè)面描述勻速圓周運動快慢的物理量，它們之間有一定的必然聯(lián)系，在分析傳動問題時，要抓住不等量和相等量的關(guān)系，其中要特別注意以下兩點：1．同轉(zhuǎn)軸上各點ω相同，而線速度v＝ωr與半徑成正比．【名師點睛】在傳動方式中，還經(jīng)常遇到鏈條傳動和摩擦傳動及齒輪傳動，這三種傳動方式的分析方法與皮帶傳動相同．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)1.如圖4－3－2所示為一皮帶傳動裝置，右輪的半徑為r，a是它邊緣上的一點，左側(cè)為一輪軸，大輪的半徑為4r，小輪的半徑為2r，b點在小輪上，到小輪中心的距離為r，c點和d點分別位于小輪和大輪的邊緣上，若在傳動過程中，皮帶不打滑，則(

)圖4－3－2A．a(chǎn)點與b點的線速度大小相等B．a(chǎn)點與c點的角速度大小相等C．a(chǎn)點與b點的向心加速度大小相等D．a(chǎn)、b、c、d四點中，加速度最小的是b點二、圓周運動中的動力學(xué)問題分析1．向心力的來源向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是幾個力的合力或某個力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一個向心力．2．向心力的確定(1)確定圓周運動的軌道所在的平面，確定圓心的位置．(2)分析物體的受力情況，找出所有的力沿半徑方向指向圓心的合力就是向心力．3．解決圓周運動問題的基本步驟(1)審清題意，確定研究對象；(2)分析物體的運動情況，即物體的線速度、角速度、周期、軌道平面、圓心、半徑等；(3)分析物體的受力情況，畫出受力示意圖，確定向心力的來源；(4)據(jù)牛頓運動定律及向心力公式列方程；(5)求解、討論．【名師點睛】

(1)無論勻速圓周運動還是非勻速圓周運動，沿半徑指向圓心的合力均為向心力．(2)當(dāng)采用正交分解法分析向心力的來源時，做圓周運動的物體在坐標(biāo)原點，一定有一個坐標(biāo)軸沿半徑指向圓心．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)2.一個內(nèi)壁光滑的圓錐的軸線垂直于水平面，圓錐固定不動，兩個質(zhì)量相同的球A、B緊貼著內(nèi)壁分別在圖4－3－3中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則(

)A．球A的線速度必大于球B的線速度B．球A的角速度必小于球B的角速度C．球A的運動周期必小于球B的運動周期D．球A對筒壁的壓力必大于球B對筒壁的壓力圖4－3－3三、豎直面內(nèi)圓周運動的臨界問題分析對于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運動是一種典型的變速曲線運動，該類運動常有臨界問題，并伴有“最大”、“最小”、“剛好”等詞語，常分析兩種模型——輕繩模型和輕桿模型，分析比較如下：輕繩模型輕桿模型常見類型均是沒有支撐的小球均是有物體支撐的小球過最高點的臨界條件由mg＝得v臨＝

小球能運動即可，v臨＝0討論分析①過最高點時v≥，N＋mg＝

.繩、軌道對球產(chǎn)生彈力N≥0，方向指向圓心②不能過最高點v<，在到達(dá)最高點前小球已經(jīng)脫離了圓軌道①當(dāng)v＝0時，N＝mg，N為支持力，沿半徑背離圓心②當(dāng)0<v<時，－N＋mg＝

N背離圓心，隨v的增大而減小③當(dāng)v＝

時，N＝0④當(dāng)v>時，N＋mg＝

，N指向圓心并隨v的增大而增大【名師點睛】

(1)“輕繩”模型和“輕桿”模型不同的原因在于“輕繩”只能對小球產(chǎn)生拉力，而“輕桿”既可對小球產(chǎn)生拉力也可對小球產(chǎn)生支持力．(2)解答豎直面內(nèi)的圓周運動問題時，首先要搞清是繩模型還是桿模型，在最高點繩模型和桿模型的臨界速度是不同的．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)3.如圖4－3－4所示，一輕桿一端固定在O點，另一端固定一小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，通過最高點時，由于球?qū)U有作用，使桿發(fā)生了微小形變，關(guān)于桿的形變量與球在最高點時速度大小的關(guān)系，下列說法正確的是(

)A．形變量越大，速度一定越大B．形變量越大，速度一定越小C．形變量為零，速度一定不為零D．速度為零，可能無形變圖4－3－4經(jīng)典題型探究題型一圓周運動中的臨界問題例1

如圖4－3－5所示，用細(xì)繩一端系著的質(zhì)量為M＝0.6kg的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤上，細(xì)繩另一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔O吊著質(zhì)量為m＝0.3kg的小球B，A的重心到O點的距離為0.2m．若A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為f＝2N，為使小球B保持靜止，求轉(zhuǎn)盤繞中心O旋轉(zhuǎn)的角速度ω的取值范圍．(取g＝10m/s2)圖4－3－5【思路點撥】此題的臨界情況是A恰好不向外滑動和恰好不向內(nèi)滑動兩種情況．【解析】

要使B靜止，A必須相對于轉(zhuǎn)盤靜止——具有與轉(zhuǎn)盤相同的角速度．A需要的向心力由繩的拉力和靜摩擦力提供．角速度取最大值時，A有離心趨勢，靜摩擦力指向圓心O；角速度取最小值時，A有向心運動的趨勢，靜摩擦力背離圓心O.【答案】

2.9rad/s≤ω≤6.5rad/s【方法總結(jié)】本題中物體所受靜摩擦力的方向，取決于物體的運動情況(在物體的質(zhì)量和角速度不變的情況下，取決于物體做勻速圓周運動的半徑)，其中兩個臨界狀態(tài)的分析是解題的關(guān)鍵．互動探究例1中，當(dāng)轉(zhuǎn)盤以角速度ω＝5rad/s勻速轉(zhuǎn)動時，要保持A與轉(zhuǎn)盤相對靜止，A轉(zhuǎn)動的半徑的范圍是多少？(滿分樣板13分)質(zhì)量為m的小球置于方形的光滑盒子中，盒子的邊長略大于小球的直徑．某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面內(nèi)以O(shè)點為圓心做半徑為R的勻速圓周運動，已知重力加速度為g，空氣阻力不計，求：(1)若要使盒子運動到最高點時與小球之間恰好無作用力，則該同學(xué)拿著盒子做勻速圓周運動的周期為多少？題型二豎直面內(nèi)的圓周運動例2圖4－3－6【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析：即F＝4mg(1分)在豎直方向上N＋mg＝0(1分)即N＝－mg(1分)因為F為正值、N為負(fù)值，所以小球?qū)凶拥挠覀?cè)面和下側(cè)面有作用力，大小分別為4mg和mg.(1分)【誤區(qū)警示】

(1)本題易誤認(rèn)為盒子在豎直面內(nèi)做非勻速圓周運動．(2)在計算小球?qū)凶拥淖饔昧r，易忽略球與盒子底部的作用力