高考物理二輪專題學(xué)案：圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及應(yīng)用

鍥而不舍，金石可鏤考點(diǎn)03圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)一、常見(jiàn)的傳動(dòng)方式及特點(diǎn)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)同緣傳動(dòng)裝置圖基本特點(diǎn)、、相同輪緣處______相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同______【例題1】如圖所示,三個(gè)齒輪的半徑之比為1:3:5,當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),小齒輪邊緣的A點(diǎn)和大齒輪邊緣的B點(diǎn),若A輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則B輪會(huì)_____轉(zhuǎn)動(dòng),AB兩輪的轉(zhuǎn)速之比為______。【總結(jié)】同緣傳動(dòng),線速度大小相同;同軸轉(zhuǎn)動(dòng),角速度、周期、轉(zhuǎn)速相同。二、圓周運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題【例題2】一位同學(xué)玩飛鏢游戲,已知飛鏢距圓盤為L(zhǎng),對(duì)準(zhǔn)圓盤上邊緣的A點(diǎn)水平拋出,初速度為v0,飛鏢拋出的同時(shí),圓盤以垂直圓盤且過(guò)盤心O點(diǎn)的水平軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若飛鏢恰好擊中A點(diǎn),空氣阻力忽略不計(jì),重力加速度為g,則飛鏢打中A點(diǎn)所需的時(shí)間為______;圓盤的半徑R為______;圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度的可能值為______?！究偨Y(jié)】分析思路:1.兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的有關(guān)聯(lián)性;2.物體做圓周運(yùn)動(dòng)有周期性。三、勻速圓周運(yùn)動(dòng)1.特點(diǎn)：速度與加速度的不變、不斷變化。2.性質(zhì)：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種___________________________運(yùn)動(dòng)。3.離心運(yùn)動(dòng)和近心運(yùn)動(dòng)①當(dāng)時(shí),物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng);②當(dāng)時(shí),物體沿切線飛出;③當(dāng)時(shí),物體做離心運(yùn)動(dòng);④當(dāng)時(shí),物體做近心運(yùn)動(dòng)。四、向心力的來(lái)源運(yùn)動(dòng)模型汽車轉(zhuǎn)彎水平轉(zhuǎn)臺(tái)(光滑)火車轉(zhuǎn)彎圖示向心力提供動(dòng)力學(xué)問(wèn)題【例題3】如圖所示,一同學(xué)用輕繩拴住一個(gè)裝有水(未滿)的水杯,讓水杯在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法中正確的是()A.水杯勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),杯中水面呈水平B.水杯轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度越大,輕繩與豎直方向的夾角越大C.水杯轉(zhuǎn)動(dòng)的周期越小,輕繩在水平方向上的分力越大D.水杯轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度越大,輕繩在豎直方向上的分力越大【總結(jié)】思路：1.確定研究對(duì)象。2.確定圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面,以及、。3.對(duì)物體進(jìn)行分析,確定向心力來(lái)源。4.根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)列方程求解。臨界問(wèn)題【例題4】如圖所示,細(xì)繩一端系著質(zhì)量M=0.6kg的物體,靜止在水平面上,另一端通過(guò)光滑的小孔吊著質(zhì)量m=0.3kg的物體,M的中心與圓孔距離為0.2m,已知M和水平面的最大靜摩擦力為2N?，F(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng),問(wèn)角速度ω在什么范圍m會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)?(g取【總結(jié)】1.常見(jiàn)的臨界情況(1)水平轉(zhuǎn)盤上的物體恰好不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件是。(2)物體間恰好分離的臨界條件是。(3)繩恰好拉直是指繩上無(wú)拉力,繩即將斷裂是指。2.分析方法(1)讓線速度或角速度從小逐漸增大,分析各量的變化,找出臨界狀態(tài),確定臨界條件。(2)選擇研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,利用牛頓第二定律列方程求解。豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題【例題5】雜技演員表演“水流星”,在長(zhǎng)為L(zhǎng)=1.6m的細(xì)繩的一端,系一個(gè)與水的總質(zhì)量為m=0.5kg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(yùn)動(dòng),如圖所示,若“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速率為4m/s,則下列說(shuō)法中正確的是g取10m/A.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),沒(méi)有水從容器中流出B.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),繩的拉力及容器底部受到的壓力均為零C.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),處于完全失重狀態(tài),不受力的作用D.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí),繩子的拉力大小為5N【總結(jié)】繩模型桿模型實(shí)例水流星、過(guò)山車(內(nèi)軌型)球與桿連接、球在光滑管道中運(yùn)動(dòng)常見(jiàn)類型受力示意圖力學(xué)方程過(guò)最高點(diǎn)臨界條件高考真題考向一、水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1.（2023高考真題）一質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若其所受合力的大小與軌道半徑的n次方成正比，運(yùn)動(dòng)周期與軌道半徑成反比，則n等于（

）A．1 B．2 C．3 D．42．（2023高考真題）在太空實(shí)驗(yàn)室中可以利用勻速圓周運(yùn)動(dòng)測(cè)量小球質(zhì)量。如圖所示，不可伸長(zhǎng)的輕繩一端固定于O點(diǎn)，另一端系一待測(cè)小球，使其繞O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用力傳感器測(cè)得繩上的拉力為F，用停表測(cè)得小球轉(zhuǎn)過(guò)n圈所用的時(shí)間為t，用刻度尺測(cè)得O點(diǎn)到球心的距離為圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R。下列說(shuō)法正確的是（）A．圓周運(yùn)動(dòng)軌道可處于任意平面內(nèi)B．小球的質(zhì)量為C．若誤將圈記作n圈，則所得質(zhì)量偏大D．若測(cè)R時(shí)未計(jì)入小球半徑，則所得質(zhì)量偏小3.(2022高考真題)運(yùn)動(dòng)員滑雪時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，已知該運(yùn)動(dòng)員滑行的速率保持不變，角速度為ω，向心加速度為a。則(

)A.ω變小，a變小 B.ω變小，a變大 C.ω變大，a變小 D.ω變大，a變大4．（2021高考真題）“旋轉(zhuǎn)紐扣”是一種傳統(tǒng)游戲。如圖，先將紐扣繞幾圈，使穿過(guò)紐扣的兩股細(xì)繩擰在一起，然后用力反復(fù)拉繩的兩端，紐扣正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)會(huì)交替出現(xiàn)。拉動(dòng)多次后，紐扣繞其中心的轉(zhuǎn)速可達(dá)50r/s，此時(shí)紐扣上距離中心1cm處的點(diǎn)向心加速度大小約為（）A．10m/s2 B．100m/s2 C．1000m/s2 D．10000m/s25.（2023高考真題）“轉(zhuǎn)碟”是傳統(tǒng)的雜技項(xiàng)目，如圖所示，質(zhì)量為m的發(fā)光物體放在半徑為r的碟子邊緣，雜技演員用桿頂住碟子中心，使發(fā)光物體隨碟子一起在水平面內(nèi)繞A點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)角速度為時(shí)，碟子邊緣看似一個(gè)光環(huán)。求此時(shí)發(fā)光物體的速度大小和受到的靜摩擦力大小f?？枷蚨⒇Q直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題繩、桿模型6.（2022高考真題）我國(guó)航天員在“天宮課堂”中演示了多種有趣的實(shí)驗(yàn)，提高了青少年科學(xué)探索的興趣。某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：細(xì)繩一端固定，另一端系一小球，給小球一初速度使其在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。無(wú)論在“天宮”還是在地面做此實(shí)驗(yàn)（）A．小球的速度大小均發(fā)生變化 B．小球的向心加速度大小均發(fā)生變化C．細(xì)繩的拉力對(duì)小球均不做功 D．細(xì)繩的拉力大小均發(fā)生變化考向三、圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題7.（2021高考真題）（多選）如圖，矩形金屬框豎直放置，其中、足夠長(zhǎng)，且桿光滑，一