圓周運動知識點及題型-簡單-已整理

1、知識點一描述圓周運動的物理量及相互關(guān)系勻速圓周運動1、定義：物體運動軌跡為圓稱物體做圓周運動。2、分類：（1）勻速圓周運動：質(zhì)點沿圓周運動，如果在任意相等的時間里通過的圓弧長度相等，就叫做勻速圓周運動。物體在大小恒定而方向總跟速度的方向垂直的外力作用下所做的曲線運動。變速圓周運動：如果物體受到約束，只能沿圓形軌道運動，而速率不斷變化如小球被繩或桿約束著在豎直平面運動，是變速率圓周運動合力的方向并不總跟速度方向垂直3、描述勻速圓周運動的物理量（1）軌道半徑（r）：對于一般曲線運動，可以理解為曲率半徑。（2）線速度（v）:定義：質(zhì)點沿圓周運動，質(zhì)點通過的弧長S和所用時間t的比值,叫做勻速圓周運動的

2、線速度。定義式：線速度是矢量：質(zhì)點做勻速圓周運動某點線速度的方向就在圓周該點切線方向上，實際上，線速度是速度在曲線運動中的另一稱謂，對于勻速圓周運動，線速度的大小等于平均速率。（3）角速度（，又稱為圓頻率）：定義：質(zhì)點沿圓周運動，質(zhì)點和圓心的連線轉(zhuǎn)過的角度跟所用時間的比值叫做勻速圓周運動的角速度。N大?。?節(jié)（y是t時間半徑轉(zhuǎn)過的圓心角）單位：弧度每秒（rad/s）物理意義：描述質(zhì)點繞圓心轉(zhuǎn)動的快慢（4）周期（T）：做勻速圓周運動的物體運動一周所用的時間叫做周期。（5）頻率f或轉(zhuǎn)速n）：物體在單位時間完成的圓周運動的次數(shù)。各物理量之間的關(guān)系：v=S=西=2耐tT92兀=2兀ftT注意：計算時，

3、均采用國際單位制，角度的單位采用弧度制。圓周運動的向心加速度定義：做勻速圓周運動的物體所具有的指向圓心的加速度叫向心加速度。/2兀）a=v=nTr)v2大?。篴=2r(還有其它的表示形式，如:nr方向：其方向時刻改變且時刻指向圓心。對于一般的非勻速圓周運動，公式仍然適用，為物體的加速度的法向加速度分量，r為曲率半徑；物體的另一加速度分量為切向加速度a，表征速度大小改變的快慢(對勻速圓T周運動而言，a=0)T圓周運動的向心力勻速圓周運動的物體受到的合外力常常稱為向心力，向心力的來源可以是任何性質(zhì)的力，常見的提供向心力的典型力有萬有引力、洛侖茲力等。對于一般的非勻速圓周運動，物體受到的合力的法向分

4、力F提供向心加速度(下式仍然適用)，切向分力F提供切向加nt速度。v2向心力的大小為：F=ma=m=m2r(還有其它的表示形式，如：nnr向心力的方向時刻改變且時刻指向圓心。實際上，向心力公式是牛頓第二定律在勻速圓周運動中的具體表現(xiàn)形式。4兩類典型的曲線運動的分析方法比較對于平拋運動這類“勻變速曲線運動”，我們的分析方法一般是“在固定的坐標(biāo)系正交分解其位移和速度”，運動規(guī)律可表示為i1Iy=2gt2b=u,ix0b=gt.y對于勻速圓周運動這類“變變速曲線運動”，我們的分析方法一般是“在運動的坐標(biāo)系正交分解其力和加速度”，運動規(guī)律可表示為F=ma=0,切切imb2F=F=ma=mr2=mu.I

5、法向向r1.(2013模擬)家用臺式計算機上的硬盤磁道如圖431所示。A、B是分別位于兩個半徑不同磁道上的兩質(zhì)量相同的點，磁盤轉(zhuǎn)動后，它們的()向心力相等B.角速度大小相等C.向心加速度相等D.線速度大小相等知識點二在圓周運動中，向心力一定指向圓心嗎？合外力一定指向圓心嗎？提示：無論勻速圓周運動，還是非勻速圓周運動，向心力一定指向圓心，勻速圓周運動的合外力提供向心力，一定指向圓心，非勻速圓周運動的合外力不一定指向圓心。1勻速圓周運動定義：物體沿著圓周運動，并且線速度的大小處處相等，這種運動叫做勻速圓周運動。性質(zhì)：向心加速度大小不變,方向總是指向圓心的變加速曲線運動。質(zhì)點做勻速圓周運動的條件：合

6、力大小不變，方向始終與速度方向垂直且指向圓心。2非勻速圓周運動定義：線速度大小、方向均發(fā)生變化的圓周運動。合力的作用：合力沿速度方向的分量F產(chǎn)生切向加速度，二山巴，它只改變速度的大小。TOC o 1-5 h zttt合力沿半徑方向的分量F產(chǎn)生向心加速度，F(xiàn)ma，它只改變速度的方向。nnn2蕩秋千是兒童喜愛的一項體育運動，當(dāng)秋千蕩到最高點時，小孩的加速度方向是圖432中的()Aa方向Bb方向Cc方向Dd方向知識點二離心現(xiàn)象1.離心運動定義：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的情況下，所做的逐漸遠離圓心的運動。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

7、線方向飛出去的傾向。受力特點：當(dāng)F=m2r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)Fmszr時，物體逐漸遠離圓心，做離心運動。2近心運動當(dāng)提供向心力的合外力大于做圓周運動所需向心力時，即Fms2r，物體將逐漸靠近圓心，做近心運動。3下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說確的是()當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時產(chǎn)生離心現(xiàn)象做勻速圓周運動的物體，當(dāng)它所受的一切力都消失時，它將做背離圓心的圓周運動做勻速圓周運動的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失時，它將沿切線做直線運動做勻速圓周運動的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失時，它將做曲線運動考點一|傳動裝置問題傳動裝置中各物理量間的關(guān)系同一轉(zhuǎn)軸的各點角速度s

8、相同，而線速度v=sr與半徑r成正比，向心加速度大小a=rs2與半徑r成正比。當(dāng)皮帶不打滑時，傳動皮帶、用皮帶連接的兩輪邊緣上各點的線速度大小相等，兩vv2皮帶輪上各點的角速度、向心加速度關(guān)系可根據(jù)3=糸、a=確定。例1(多選)(2014東臺市調(diào)研)如圖434所示，當(dāng)正方形薄板繞著過其中心0并與板垂直的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時，板上A、B兩點()A.角速度之比3：S=1：1B.角速度之比3：3=1：屜ABABc.線速度之比v：v=/2：id.線速度之比v：v=i：/2ABAB例2如圖435所示的齒輪傳動裝置中，主動輪的齒數(shù)zi=24，從動輪的齒數(shù)z2=8,當(dāng)主動輪以角速度3順時針轉(zhuǎn)動時，從動輪的運動情況是

9、（）A.順時針轉(zhuǎn)動，周期為2n/33B.逆時針轉(zhuǎn)動，周期為2n/33C.順時針轉(zhuǎn)動，周期為6n/3D.逆時針轉(zhuǎn)動，周期為6n/3例3（多選）如圖436為某一皮帶傳動裝置。主動輪的半徑為，從動輪的半徑為r2。已知主動輪做順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為片，轉(zhuǎn)動過程中皮帶不打滑。下列說確的是（）從動輪做順時針轉(zhuǎn)動B.從動輪做逆時針轉(zhuǎn)動C從動輪的轉(zhuǎn)速為討D從動輪的轉(zhuǎn)速為*氣21考點二|水平面的勻速圓周運動水平面的勻速圓周運動的分析方法運動實例：圓錐擺、火車轉(zhuǎn)彎、飛機在水平面做勻速圓周飛行等問題特點：運動軌跡是圓且在水平面；向心力的方向水平，豎直方向的合力為零。解題方法：對研究對象受力分析，確定向心力的來源；確定圓

10、周運動的圓心和半徑；應(yīng)用相關(guān)力學(xué)規(guī)律列方程求解。4（多選）“飛車走壁”是一種傳統(tǒng)的雜技藝術(shù)，演員騎車在傾角很大的桶面上做圓周運動而不掉下來。如圖438所示，已知桶壁的傾角為。，車和人的總質(zhì)量為m做圓周運動的半徑為r，若使演員騎車做圓周運動時不受桶壁的摩擦力，下列說確的是（）A.人和車的速度為勺grtan。B.人和車的速度為pgrsin。mgmgC桶面對車的彈力D桶面對車的彈力為一cossino考點三|豎直平面的圓周運動物體在豎直面做的圓周運動是一種典型的變速曲線運動，該類運動常見的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支撐的小球過最高點的V2

11、1由mg=mr得v=pgr由小球能運動即可得v臨=0臨界條件r臨臨(1)當(dāng)v=0時，F(xiàn)=mg,F為支持力，沿半NN過最高點時，v三(云，樣+徑背離圓心V2mg=r，繩、軌道對球產(chǎn)生彈(2)當(dāng)0VvV寸云時，一F+mg=m，F(xiàn)背討論分析力FN向圓心，隨v的增大而減小(2)不能過最高點v#gr時，F(xiàn)+mg=曠，F(xiàn)指向圓心圓軌道nrn并隨v的增大而增大在最高點的F圖線N取豎直向卜為止方向取豎直向卜為止方向例5（2014模擬）如圖439所示，質(zhì)量為m的小球置于正方體的光滑盒子中，盒子的邊長略大于球的直徑。某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面做半徑為R的勻速圓周運動，已知重力加速度為g,空氣阻力不計，貝y（）若盒

12、子在最高點時，盒子與小球之間恰好無作用力，則該盒子做勻速圓周運動的周期為B若盒子以周期做勻速圓周運動,則當(dāng)盒子運動到圖示球心與0點位于同一水平面位置時，小球?qū)凶幼髠?cè)面的力為4mgC.若盒子以角速度2的力為3mg、R做勻速圓周運動，則當(dāng)盒子運動到最高點時，小球?qū)凶拥南旅鍰.盒子從最低點向最高點做勻速圓周運動的過程中，球處于超重狀態(tài)；當(dāng)盒子從最高點向最低點做勻速圓周運動的過程中，球處于失重狀態(tài)審題指導(dǎo)第一步：抓關(guān)鍵點關(guān)鍵點獲取信息光滑盒子小球受重力，也可能受彈力勻速圓周運動小球的加速度方向及合外力方向始終指向圓心0第二步：找突破口在最高點時，盒子與小球間無作用力時，重力恰好提供小球做圓周運動的

13、向心力，當(dāng)盒子運動到圖中與0點位于同一水平面位置時，盒子側(cè)面對小球的彈力提供向心力，由牛頓第二定律列方程可求出小球?qū)凶拥淖饔昧?。求解豎直平面圓周運動問題的思路STS問題以“公路急轉(zhuǎn)彎”為背景考查圓周運動規(guī)律典例（多選）（2013新課標(biāo)全國卷II）公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶。如圖4310，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為v0時，汽車恰好沒有向公路外兩側(cè)滑動的趨勢。則在該彎道處（）路面外側(cè)高側(cè)低車速只要低于vo，車輛便會向側(cè)滑動車速雖然高于vo,但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動當(dāng)路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，V。的值變小質(zhì)量為m的飛機以恒定速率v在空中水平盤旋，如圖

14、4311所示，其做勻速圓周運動的半徑為R,重力加速度為g,則此時空氣對飛機的作用力大小為（）V2A.mRB.mgC分析計算圓周運動問題時,常會遇到由重力和彈力（可以是支持力,也可以是繩子的拉力）的合力提供向心力,而在水平面上做勻速圓周運動的一類問題圓錐擺運動。因此,掌握圓錐擺運動特征可以快速解決這一類圓周運動問題。下面為兩個常用的圓錐擺運動規(guī)律：圓錐擺的向心加速度a=gtana設(shè)擺球質(zhì)量為m,擺線長為L,擺線與豎直方向夾角為a,由圖可知，F(xiàn)=mgtana又F=ma,故a=gtana合合向向可見擺球的向心加速度完全由a決定，與擺線長無關(guān)，即與運動的半徑無關(guān)。Leosa廠4n2由F=mLsina和

15、F=mgtana可推理得圓錐擺的周期T=2n設(shè)擺球圓周運動的平面到懸點的距離為h,則人=1。$a圓錐擺的周期完全由懸點到運動平面的距離決定，與小球的質(zhì)量、擺線長度無關(guān)。1典例如圖4313所示，一個壁光滑的圓錐筒的軸線垂直于水平面，圓錐筒固定不動，有兩個質(zhì)量相同的小球A和B緊貼著壁分別在圖中所示的水平面做勻速圓周運動，則下列說確的是()球A的線速度必定大于球B的線速度球A的角速度必定大于球B的角速度球A的運動周期必定小于球B的運動周期球A對筒壁的壓力必定大于球B對筒壁的壓力2長度不同的兩根細繩懸于同一點，另一端各系一個質(zhì)量相同的小球，使它們在同一水平面做圓錐擺運動，如圖4314所示，則有關(guān)兩個圓

16、錐擺的物理量相同的是（）周期B.線速度的大小C.向心力D.繩的拉力1.（多選）（2013宿遷模擬）蕩秋千是兒童喜愛的一項體育運動，圖4315為小孩蕩秋千運動到最高點的示意圖，（不計空氣阻力）下列說確的是（）小孩運動到最高點時，小孩的合力為零小孩從最高點運動到最低點過程中機械能守恒小孩運動到最低點時處于失重狀態(tài)小孩運動到最低點時，小孩的重力和繩子拉力提供圓周運動的向心力（2014模擬）如圖4316所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做勻速圓周運動。若小球運動到P點時，拉力F發(fā)生變化，關(guān)于小球運動情況的說確的是（）若拉力突然消失，小于將沿軌跡Pa做離心運動若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心

17、運動若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc運動秋千的吊繩有些磨損，在擺動過程中，吊繩最容易斷裂的時候是秋千（）A.在下擺過程中B.在上擺過程中C.擺到最高點時D.擺到最低點時(2014調(diào)研)如圖4317所示，地球可以看成一個巨大的拱形橋，橋面半徑R=6400km，地面上行駛的汽車重力G=3X104N,在汽車的速度可以達到需要的任意值，且汽車不離開地面的前提下，下列分析中正確的是()汽車的速度越大，則汽車對地面的壓力也越大不論汽車的行駛速度如何，駕駛員對座椅壓力大小都等于3X104N不論汽車的行駛速度如何，駕駛員對座椅壓力大小都小于他自身的重力如果某時刻速度增

18、大到使汽車對地面壓力為零，則此時駕駛員會有超重的感覺A01解析：選B由角速度公式s=At，知同軸轉(zhuǎn)動角速度相等，故B正確；根據(jù)角速度與線速度關(guān)系公式v=sr,兩個質(zhì)點的轉(zhuǎn)動半徑不相等，故線速度大小不相等，故D錯誤；根據(jù)向心力公式：F=m2r，兩個質(zhì)點的質(zhì)量相同，轉(zhuǎn)動半徑不相同，故向心力不相等,n故A錯誤；根據(jù)向心加速度公式a=32r,兩個質(zhì)點轉(zhuǎn)動半徑不相同，故向心加速度不相等,n故C錯誤。2解析：選B秋千蕩到最高點時，速度為零，小孩的向心力為零，只有沿b方向的合力，故其加速度方向沿b方向，B正確。3解析：選C物體做勻速圓周運動時，合外力必須滿足物體所需要的向心力F=ms2r。若F=0,物體由于

19、慣性而沿切線飛出，若FVms2r，物體由于慣性而遠離圓心，并不是受到離心力作用。故A、B、D錯誤，C正確。1解析選AD板上A、B兩點的角速度相等，角速度之比込：叫=1：1,選項AAB正確B錯誤；線速度v=sr,線速度之比va：vb=1：寸2，選項C錯誤D正確。2解析選B主動輪順時針轉(zhuǎn)動，從動輪逆時針轉(zhuǎn)動，兩輪邊緣的線速度大小相等,2n由齒數(shù)關(guān)系知主動輪轉(zhuǎn)一周時，從動輪轉(zhuǎn)三周，故T從=377，B正確。從373解析選BC主動輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，傳送帶沿M-N方向運動，故從動輪沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，故A錯誤，B正確；由7=2nn。v=7r可知，2nnr=2nnr，解得1122rn=：n,故C正確，D錯

20、誤。2ri24解析：選AC對人和車進行受力分析如圖所示，根據(jù)直角三角形的=Jgrtan，F(xiàn)n=。故A、C正確。邊角關(guān)系和向心力公式可列方程：mgtan。=嚀，cos9=mg，解得vR，A正確；由Fni=4n24n2m*R，T=n12115解析選A由mg=mjR可得：盒子運動周期T=2n:F=4mg，由牛頓第三定律可知，小球?qū)凶佑覀?cè)面的力為4mg,N1B錯誤；由FN2+mg=m72R得小球以7=2/R做勻速圓周運動時，在最高點小球?qū)凶由厦娴膲毫?mg，C錯誤；盒子由最低點向最高點運動的過程中，小球的加速度先斜向上,后斜向下，故小球先超重后失重，D錯誤。1解析答案AC汽車以速率v0轉(zhuǎn)彎，需要

21、指向側(cè)的向心力，汽車恰好沒有向公路外兩側(cè)滑動的趨勢，說明此處公路側(cè)較低外側(cè)較高，選項A正確。車速只要低于v0，車輛便有向側(cè)滑動的趨勢，但不一定向側(cè)滑動，選項B錯誤。車速雖然高于v0，由于車輪與地面有摩擦力，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動，選項C正確。根據(jù)題述，汽車以速率v0轉(zhuǎn)彎，需要指向側(cè)的向心力，汽車恰好沒有向公路外兩側(cè)滑動的趨勢，沒有受到摩擦力，所以當(dāng)路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，轉(zhuǎn)彎時v0的值不變。2解析：選C飛機在空中水平盤旋時在水平面做勻速圓周運動，受V2到重力和空氣的作用力兩個力的作用，其合力提供向心力卩向=皿斤。飛機受力情況如圖所示，根據(jù)勾股定理得：F=Jmg2+F向2=皿冷+盒。1解析根據(jù)上述規(guī)