高中物理 第2章 研究圓周運(yùn)動(dòng) 習(xí)題課 圓周運(yùn)動(dòng)課件 滬科版必修2

1、1第2章習(xí)題課圓周運(yùn)動(dòng)2學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟練掌握?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)各物理量的關(guān)系以及向心力、向心加速度的公式.2.會(huì)分析圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力來(lái)源.3.會(huì)分析圓錐擺在水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng).4.會(huì)分析汽車過(guò)拱(凹)形橋問(wèn)題.3內(nèi)容索引重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)4重點(diǎn)知識(shí)探究5一、描述圓周運(yùn)動(dòng)的各物理量間的關(guān)系例例1如圖1所示，光滑的水平面上固定著一個(gè)半徑逐漸減小的螺旋形光滑水平軌道，一個(gè)小球以一定速度沿軌道切線方向進(jìn)入軌道，下列物理量中數(shù)值將減小的是A.周期 B.線速度 C.角速度 D.向心加速度圖1解析解析軌道對(duì)小球的支持力與速度方向垂直，軌道的支持力只改變速度的方向不改變速度的大小，即小球的線速度大小不變，故B

2、錯(cuò)誤；根據(jù)vr，線速度大小不變，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑減小，故角速度變大，故C錯(cuò)誤；答案解析6(1)線速度v、角速度以及周期T之間的關(guān)系：v r.(2)角速度與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系：2n(注：n的單位為r/s).這些關(guān)系不僅在物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)中適用，在變速圓周運(yùn)動(dòng)中也適用，此時(shí)關(guān)系中各量是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的.總結(jié)提升總結(jié)提升7例例2如圖2所示，兩根長(zhǎng)度相同的輕繩(圖中未畫出)，連接著相同的兩個(gè)小球，讓它們穿過(guò)光滑的桿在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中O為圓心，兩段細(xì)繩在同一直線上，此時(shí)，兩段繩子受到的拉力之比為多少？解析解析對(duì)兩小球受力分析如圖所示，設(shè)每段繩子長(zhǎng)為l，對(duì)球2有F22ml2對(duì)球1有：F1F2ml2由以上兩式得：

3、F13ml2二、分析圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本方法圖2答案答案32答案解析8分析圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本方法(1)首先要明確物體做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面、圓心和半徑.(2)其次，準(zhǔn)確受力分析，弄清向心力的來(lái)源，不能漏力或添力(向心力).(3)然后，由牛頓第二定律Fma列方程，其中F是指向圓心方向的合外力，a是指向心加速度，即用2R或用周期T來(lái)表示的形式.總結(jié)提升總結(jié)提升9針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖3所示，在粗糙水平板上放一個(gè)物塊，使水平板和物塊一起在豎直平面內(nèi)沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，ab為水平直徑，cd為豎直直徑，在運(yùn)動(dòng)中木板始終保持水平，物塊相對(duì)于木板始終靜止，則答案解析A.物塊始終受到三個(gè)力作用B.

4、物塊受到的合外力始終指向圓心C.在c、d兩個(gè)位置，支持力N有最大值，摩擦力f為零D.在a、b兩個(gè)位置摩擦力提供向心力，支持力Nmg圖310解析解析物塊在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受到的重力與支持力在豎直方向上，c、d兩點(diǎn)的向心力可以由重力和支持力的合力提供，其他時(shí)候要受到摩擦力的作用，故A錯(cuò)誤；物塊在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力指向圓心，故B正確.在b位置受力如圖，因物塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故只有向心加速度，所以有Nmg，f .同理a位置也如此，故D正確.11三、水平面內(nèi)的常見圓周運(yùn)動(dòng)模型例例3如圖4所示，已知繩長(zhǎng)為L(zhǎng)20 cm，水平桿長(zhǎng)為 L0.1 m，小球質(zhì)量m0.3 kg，

5、整個(gè)裝置可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng).(g取10 m/s2)問(wèn)：(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(1)要使繩子與豎直方向成45角，試求該裝置必須以多大的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)才行？答案答案6.44 rad/s答案圖4解析12解析解析小球繞豎直軸做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道平面在水平面內(nèi)，軌道半徑rLLsin 45.對(duì)小球受力分析，設(shè)繩對(duì)小球拉力為T，小球重力為mg，則繩的拉力與重力的合力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.對(duì)小球利用牛頓第二定律可得：mgtan 45m2rrLLsin 45聯(lián)立兩式，將數(shù)值代入可得6.44 rad/s13(2)此時(shí)繩子的張力多大？答案答案4.24 N答案141.模型特點(diǎn)：(1)運(yùn)動(dòng)平面是水平面.(2)合外力提供

6、向心力，且沿水平方向指向圓心.2.常見裝置：總結(jié)提升總結(jié)提升運(yùn)動(dòng)模型飛機(jī)在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)火車轉(zhuǎn)彎圓錐擺向心力的來(lái)源圖示15運(yùn)動(dòng)模型飛車走壁汽車在水平平路面轉(zhuǎn)彎水平轉(zhuǎn)臺(tái)向心力的來(lái)源圖示16針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2質(zhì)量為m的飛機(jī)，以速率v在水平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，空氣對(duì)飛機(jī)作用力的大小等于答案解析17解析解析空氣對(duì)飛機(jī)的作用力有兩個(gè)作用效果，其一：豎直方向的作用力使飛機(jī)克服重力作用而升空；其二：水平方向的作用力提供向心力，使飛機(jī)可在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).對(duì)飛機(jī)的受力情況進(jìn)行分析，如圖所示.飛機(jī)受到重力mg、空氣對(duì)飛機(jī)的作用力F升，兩力的合力為F向心，方向沿水平方向指向圓心.18四、汽車過(guò)

7、橋問(wèn)題例例4如圖5所示，質(zhì)量m2.0104 kg的汽車以不變的速率先后駛過(guò)凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為20 m.如果橋面承受的壓力不得超過(guò)3.0105 N，g取10 m/s2，則：(1)汽車允許的最大速度是多少？解析解析汽車在凹形橋最低點(diǎn)時(shí)存在最大允許速度，答案答案10 m/s代入數(shù)據(jù)解得v10 m/s.圖5答案解析19(2)若以所求速度行駛，汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少？解析解析汽車在凸形橋最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面有最小壓力，答案答案1105 N代入數(shù)據(jù)解得N11105 N.由牛頓第三定律知汽車對(duì)橋面的最小壓力等于1105 N.答案解析201.汽車過(guò)拱形橋(如圖6)總結(jié)提升總結(jié)提升圖6212

8、.汽車過(guò)凹形橋(如圖7)圖7由此可知，汽車對(duì)橋面的壓力大于其自身重力，故凹形橋易被壓垮，因而實(shí)際中拱形橋多于凹形橋.22針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練3在較大的平直木板上相隔一定距離釘幾個(gè)釘子，將三合板彎曲成拱橋形卡入釘子內(nèi)形成拱形橋，三合板上表面事先鋪上一層牛仔布以增加摩擦，這樣玩具慣性車就可以在橋面上跑起來(lái)了.把這套系統(tǒng)放在電子秤上做實(shí)驗(yàn)，如圖8所示，關(guān)于實(shí)驗(yàn)中電子秤的示數(shù)下列說(shuō)法正確的是A.玩具車靜止在拱橋頂端時(shí)的示數(shù)小一些B.玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)的示數(shù)大一些C.玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)處于超重狀態(tài)D.玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱橋)，示數(shù)越小答案解析圖82324當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)251.

9、(圓周運(yùn)動(dòng)各物理量之間的關(guān)系)(多選)如圖9所示，一小物塊以大小為a4 m/s2的向心加速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑R1 m，則下列說(shuō)法正確的是A.小物塊運(yùn)動(dòng)的角速度為2 rad/sB.小物塊做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 sD.小物塊在 s內(nèi)通過(guò)的路程為零1234答案解析圖9261234272.(水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng))兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，在同一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，懸點(diǎn)相同，如圖10所示，A運(yùn)動(dòng)的半徑比B的大，則A.A所需的向心力比B的大B.B所需的向心力比A的大C.A的角速度比B的大D.B的角速度比A的大圖10解析解析小球的重力和懸線的拉力的合力充當(dāng)向心力，設(shè)懸線與豎直方向夾角為，則Fmgtan m2lsin ，越大，向心力F越大，所以A對(duì)，B錯(cuò)；1234答案解析283.(汽車過(guò)橋問(wèn)題)城市中為了解決交通問(wèn)題，修建了許多立交橋.如圖11所示，橋面是半徑為R的圓弧形的立交橋AB橫跨在水平路面上，一輛質(zhì)量為m的小汽車，從A端沖上該立交橋，小汽車到達(dá)橋頂時(shí)的速度大小為v1，若小汽車在上橋過(guò)程中保持速率不變，則A.小汽車通過(guò)橋頂時(shí)處于失重狀態(tài)B.小汽車通過(guò)橋頂時(shí)處于超重狀態(tài)答案解析圖111234291234304.(圓周運(yùn)動(dòng)中的受力分析)質(zhì)量為25 kg的小孩坐在