2024版新教材高中物理第六章圓周運動綜合提升導(dǎo)學(xué)案新人教版必修第二冊

第六章綜合提升知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心素養(yǎng)提升情境1山東艦測試——科學(xué)思維例1[2023·浙江湖州高一下期末]山東艦是我國首艘自主建造的國產(chǎn)航母，如圖為山東艦進(jìn)行180°回轉(zhuǎn)測試．山東艦以較為穩(wěn)定的航行姿態(tài)，最終在海面上畫了一個直徑約為1000米的浪圈．將山東艦的運動近似看作勻速圓周運動，浪圈近似看作其運動軌跡，忽略山東艦的大小和形狀，設(shè)其航速約為20節(jié)(1節(jié)＝1.852km/h)．根據(jù)上述信息，下列關(guān)于山東艦回轉(zhuǎn)測試的物理量中，不能近似求得的是()A．運動周期TB．運動角速度ω的大小C．向心加速度an的大小D．向心力Fn的大小情境2短道速滑——科學(xué)思維例22022年2月7日在首都體育館舉行的北京冬奧會短道速滑項目男子1000m決賽中，中國選手任子威奪得冠軍，其比賽場地如圖所示．場地周長為111.12m，其中直道長度為28.85m，彎道半徑為8m.若一名質(zhì)量為50kg的運動員以大小為12m/s的速度進(jìn)入彎道，緊鄰黑色標(biāo)志塊做勻速圓周運動，運動員可看作質(zhì)點，重力加速度g取10ms2，則運動員在彎道上受到冰面最大作用力的大小最接近A．500NB．900NC．1030ND．2400N情境3氣嘴燈——科學(xué)思維例3[2023·浙江杭州期中]如圖為自行車氣嘴燈及其結(jié)構(gòu)圖，彈簧一端固定在A端，另一端拴接重物，當(dāng)車輪高速旋轉(zhuǎn)時，LED燈就會發(fā)光．下列說法正確的是()A．安裝時A端比B端更遠(yuǎn)離圓心B．增大重物質(zhì)量可使LED燈在較低轉(zhuǎn)速下也能發(fā)光C．高速旋轉(zhuǎn)時，重物由于受到離心力的作用，拉伸彈簧從而使觸點接觸D．勻速行駛時，若LED燈轉(zhuǎn)到最低點時能發(fā)光，則在最高點時也一定能發(fā)光情境4單杠——模型建構(gòu)例4(多選)如圖所示是單杠運動員在單臂旋轉(zhuǎn)過程中的動作．已知運動員的質(zhì)量為m，重心到手支撐點的距離為L，運動員在豎直面內(nèi)做圓周運動且剛好能通過最高點，重力加速度為g.下列說法正確的是()A．運動員在最高點時速度為gLB．運動員在最高點時向心力為0C．若運動員在最低點速度變大，則他對單杠的作用力可能減小D．若運動員在最高點速度變大，則他對單杠的作用力可能增大，也可能減小情境5餐桌——模型建構(gòu)例5[2023·山東德州第一中學(xué)模擬]一種餐桌的構(gòu)造如圖甲所示．已知圓形玻璃轉(zhuǎn)盤的半徑r＝0.6m，圓形桌面的半徑R＝1m，不計轉(zhuǎn)盤的厚度，桌面到地面的高度h＝1m．輕繩一端固定在轉(zhuǎn)盤邊緣，另一端連接著質(zhì)量m＝2kg的小物塊，小物塊被輕繩帶動沿桌面邊緣一起旋轉(zhuǎn)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，二者角速度相同，俯視圖如圖乙所示．某時刻輕繩突然斷裂，小物塊沿桌面邊緣飛出后的落地點到桌面和轉(zhuǎn)盤共同圓心O的距離s＝3m，重力加速度g取10m/s2.(1)求小物塊飛出桌面邊緣的速度大小v0.(2)求小物塊與桌面之間的動摩擦因數(shù)μ.情境6盤山公路——科學(xué)思維例6如圖中給出了一段S形單行盤山公路的示意圖．彎道1、彎道2可看作同一水平面上的圓弧，圓心分別為O1、O2，彎道中心線半徑分別為r1＝10m，r2＝20m，有一直道與彎道1、彎道2兩彎道圓弧相切．質(zhì)量m＝1200kg的汽車通過彎道時做勻速圓周運動，路面對輪胎的最大徑向靜摩擦力是車重的1.25倍，行駛時要求汽車不打滑．(sin37°＝0.6，sin53°＝0.8，g取10m/s2)(1)若汽車以一恒定的速率沿彎道中心、直道中心線(圖中虛線所示)行駛，求通過盤山公路的最大速率v(可用根式表示)．(2)汽車從彎道1的A點進(jìn)入，從同一直徑上的B點駛離，有經(jīng)驗的司機(jī)會利用路面寬度，用最短時間勻速安全通過彎道．設(shè)路寬d＝10m，求此最短時間(A、B兩點都在軌道的中心線上，計算時視汽車為質(zhì)點，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．第六章綜合提升核心素養(yǎng)提升[例1]解析：由題意可知山東艦做勻速圓周運動的直徑d≈1000m，線速度v＝20×1.8523.6m/s≈10m/s，根據(jù)T＝2πrv＝πdv，可得周期T≈314s，根據(jù)ω＝vr＝2vd，可得角速度大小ω≈0.02rad/s，根據(jù)an＝v2r＝答案：D[例2]解析：運動員在水平面內(nèi)做勻速圓周運動需要的向心力為Fn＝mv2r＝900N，豎直方向受力平衡，則FN＝mg＝500N，所以運動員受到冰面的作用力F＝Fn2答案：C[例3]解析：要使重物做離心運動從而使M、N接觸，則A端應(yīng)靠近圓心，因此安裝時A端比B端更遠(yuǎn)離氣嘴，A錯誤；燈在最低點時，根據(jù)牛頓第二定律得F彈－mg＝mω2r，解得ω＝F彈mr-gr，因此增大重物質(zhì)量可使LED燈在較低轉(zhuǎn)速下也能發(fā)光，B正確；轉(zhuǎn)速越大，所需向心力越大，彈簧拉伸得越長，M、N接觸時燈就會發(fā)光，不能說重物受到離心力作用，C錯誤；燈在最低點時有F1－mg＝mv2r，燈在最高點時有F2＋mg答案：B[例4]解析：運動員在豎直面內(nèi)做圓周運動且剛好能通過最高點，此時運動員的重力和單杠對他的支持力平衡，則在最高點時速度為0，向心力為0，故A錯誤，B正確；運動員在最低點時，向心力Fn＝F－mg＝mv2L，解得單杠對他的作用力F＝mg＋mv2L，可知，當(dāng)運動員在最低點速度變大時，單杠對他的作用力增大，根據(jù)牛頓第三定律可知，他對單杠的作用力增大，故C錯誤；運動員在最高點時，恰好由重力提供向心力，即mg＝mv2L，解得此時運動員的速度v＝gL，當(dāng)v<gL時，有mg－F＝mv2L，速度v增大，F(xiàn)減小，當(dāng)v>gL時，有mg＋F＝mv2L答案：BD[例5]解析：(1)小物塊沿桌面邊緣飛出后做平拋運動，設(shè)運動時間為t，則豎直位移為h＝12gt2，水平位移為x＝v0t由幾何關(guān)系可知s＝R2聯(lián)立解得v0＝5m/s.(2)設(shè)輕繩對小物塊的拉力大小為FT，方向與小物塊和圓心O連線的夾角為θ，則sinθ＝rR小物塊沿桌面邊緣旋轉(zhuǎn)時的向心力由輕繩的拉力FT和小物塊與桌面間的摩擦力Ff共同提供，故FTcosθ＝mv02R，F(xiàn)Tsinθ＝Ff，F(xiàn)聯(lián)立解得μ＝38答案：(1)5m/s(2)3[例6]解析：(1)當(dāng)汽車所受的靜摩擦力達(dá)到最大時，汽車的速度最大，汽車在彎道1上轉(zhuǎn)彎時，由牛頓第二定律得kmg＝，解得v1＝kgr1＝55m/s，汽車在彎道2上轉(zhuǎn)彎時，由牛頓第二定律得，kmg＝mv22r2，解得v2＝kgr比較v1、v2大小，通過盤山公路的最大速率v＝55m/s.(2