高一物理下,圓周運動復(fù)習(xí)知識點全面總結(jié)

1、勻速圓周運動專題從現(xiàn)行高中知識體系來看，勻速圓周運動上承牛頓運動定律，下接萬有引力，因此在高一物理中占據(jù)極其重要的地位，同時學(xué)好這一章還將為高二的帶電粒子在磁場中的運動及高三復(fù)習(xí)中解決圓周運動的綜合問題打下良好的基礎(chǔ)。（一）基礎(chǔ)知識1. 勻速圓周運動的基本概念和公式（1）線速度大小 ，方向沿圓周的切線方向，時刻變化；（2）角速度 ，恒定不變量； （3）周期與頻率 ；（4）向心力 ，總指向圓心，時刻變化，向心加速度 ，方向與向心力相同；（5）線速度與角速度的關(guān)系為 ， 、 、 、 的關(guān)系為 。所以在 、 、 中若一個量確定，其余兩個量也就確定了，而 還和 有關(guān)。2. 質(zhì)點做勻速圓周運動的條件（1

2、）具有一定的速度；（2）受到的合力（向心力）大小不變且方向始終與速度方向垂直。合力（向心力）與速度始終在一個確定不變的平面內(nèi)且一定指向圓心。3. 向心力有關(guān)說明向心力是一種效果力。任何一個力或者幾個力的合力，或者某一個力的某個分力，只要其效果是使物體做圓周運動的，都可以認為是向心力。做勻速圓周運動的物體，向心力就是物體所受的合力，總是指向圓心；做變速圓周運動的物體，向心力只是物體所受合外力在沿著半徑方向上的一個分力，合外力的另一個分力沿著圓周的切線，使速度大小改變，所以向心力不一定是物體所受的合外力。（二）解決圓周運動問題的步驟1. 確定研究對象； 2. 確定圓心、半徑、向心加速度方向；3.

3、進行受力分析，將各力分解到沿半徑方向和垂直于半徑方向； 4. 根據(jù)向心力公式，列牛頓第二定律方程求解?；疽?guī)律：徑向合外力提供向心力 （三）常見問題及處理要點1. 皮帶傳動問題例1：如圖1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)是一輪軸，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（ ）A. a點與b點的線速度大小相等B. a點與b點的角速度大小相等C. a點與c點的線速度大小相等 D. a點與d點的向心加速度大小相等圖1解析：皮帶不打滑，故a、c兩點線速度相等，選C；c點、

4、b點在同一輪軸上角速度相等，半徑不同，由 ，b點與c點線速度不相等，故a與b線速度不等，A錯；同樣可判定a與c角速度不同，即a與b角速度不同，B錯；設(shè)a點的線速度為 ，則a點向心加速度 ，由 ， ，所以 ，故 ，D正確。本題正確答案C、D。點評：處理皮帶問題的要點為：皮帶（鏈條）上各點以及兩輪邊緣上各點的線速度大小相等，同一輪上各點的角速度相同。2. 水平面內(nèi)的圓周運動轉(zhuǎn)盤：物體在轉(zhuǎn)盤上隨轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運動，物體與轉(zhuǎn)盤間分無繩和有繩兩種情況。無繩時由靜摩擦力提供向心力；有繩要考慮臨界條件。例1：如圖2所示，水平轉(zhuǎn)盤上放有質(zhì)量為m的物體，當(dāng)物塊到轉(zhuǎn)軸的距離為r時，連接物塊和轉(zhuǎn)軸的繩剛好被拉直

5、（繩上張力為零）。物體和轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力是其正壓力的 倍。求：（1）當(dāng)轉(zhuǎn)盤的角速度 時，細繩的拉力 。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)盤的角速度 時，細繩的拉力 。圖2解析：設(shè)轉(zhuǎn)動過程中物體與盤間恰好達到最大靜摩擦力時轉(zhuǎn)動的角速度為 ，則 ，解得 （1）因為 ，所以物體所需向心力小于物與盤間的最大摩擦力，則物與盤產(chǎn)生的摩擦力還未達到最大靜摩擦力，細繩的拉力仍為0，即 。（2）因為 ，所以物體所需向心力大于物與盤間的最大靜摩擦力，則細繩將對物體施加拉力 ，由牛頓第二定律得 ，解得 。點評：當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動角速度 時，物體有繩相連和無繩連接是一樣的，此時物體做圓周運動的向心力是由物體與圓臺間的靜摩擦力提供的，求出 ?？梢?/p>

6、， 是物體相對圓臺運動的臨界值，這個最大角速度 與物體的質(zhì)量無關(guān)，僅取決于 和r。這一結(jié)論同樣適用于汽車在平路上轉(zhuǎn)彎。圓錐擺：圓錐擺是運動軌跡在水平面內(nèi)的一種典型的勻速圓周運動。其特點是由物體所受的重力與彈力的合力充當(dāng)向心力，向心力的方向水平。也可以說是其中彈力的水平分力提供向心力（彈力的豎直分力和重力互為平衡力）。例2：小球在半徑為R的光滑半球內(nèi)做水平面內(nèi)的勻速圓周運動，試分析圖3中的 （小球與半球球心連線跟豎直方向的夾角）與線速度v、周期T的關(guān)系。（小球的半徑遠小于R）。圖3解析：小球做勻速圓周運動的圓心在和小球等高的水平面上（不在半球的球心），向心力F是重力G和支持力 的合力，所以重力和

7、支持力的合力方向必然水平。如圖3所示有 由此可得 ， 可見， 越大（即軌跡所在平面越高），v越大，T越小。點評：本題的分析方法和結(jié)論同樣適用于火車轉(zhuǎn)彎、飛機在水平面內(nèi)做勻速圓周飛行等在水平面內(nèi)的勻速圓周運動的問題。共同點是由重力和彈力的合力提供向心力，向心力方向水平。3. 豎直面內(nèi)的圓周運動豎直面內(nèi)圓周運動最高點處的受力特點及題型分類（圖4）。圖4這類問題的特點是：由于機械能守恒，物體做圓周運動的速率時刻在改變，所以物體在最高點處的速率最小，在最低點處的速率最大。物體在最低點處向心力向上，而重力向下，所以彈力必然向上且大于重力；而在最高點處，向心力向下，重力也向下，所以彈力的方向就不能確定了，

8、要分三種情況進行討論。（1）彈力只可能向下，如繩拉球。這種情況下有 ，即 ，否則不能通過最高點；（2）彈力只可能向上，如車過橋。在這種情況下有 ， ，否則車將離開橋面，做平拋運動；（3）彈力既可能向上又可能向下，如管內(nèi)轉(zhuǎn)（或桿連球、環(huán)穿珠）。這種情況下，速度大小v可以取任意值。但可以進一步討論：a. 當(dāng) 時物體受到的彈力必然是向下的；當(dāng) 時物體受到的彈力必然是向上的；當(dāng) 時物體受到的彈力恰好為零。b. 當(dāng)彈力大小 時，向心力有兩解 ；當(dāng)彈力大小 時，向心力只有一解 ；當(dāng)彈力 時，向心力等于零，這也是物體恰能過最高點的臨界條件。結(jié)合牛頓定律的題型例3：如圖5所示，桿長為 ，球的質(zhì)量為 ，桿連球在

9、豎直平面內(nèi)繞軸O自由轉(zhuǎn)動，已知在最高點處，桿對球的彈力大小為 ，求這時小球的瞬時速度大小。解析：小球所需向心力向下，本題中 ，所以彈力的方向可能向上也可能向下。（1）若F向上，則 ， ；（2）若F向下，則 ， 點評：本題是桿連球繞軸自由轉(zhuǎn)動，根據(jù)機械能守恒，還能求出小球在最低點的即時速度。需要注重的是：若題目中說明小球在桿的帶動下在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動，則運動過程中小球的機械能不再守恒，這兩類題一定要分清。結(jié)合能量的題型例4：一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管，位于豎直平面內(nèi)，環(huán)的半徑為R（比細管的半徑大得多），在圓管中有兩個直徑與細管內(nèi)徑相同的小球A、B，質(zhì)量分別為 、 ，沿環(huán)形管順時針運動，經(jīng)過最低

10、點的速度都是 ，當(dāng)A球運動到最低點時，B球恰好到最高點，若要此時作用于細管的合力為零，那么 、 、R和 應(yīng)滿足的關(guān)系是 。解析：由題意分別對A、B小球和圓環(huán)進行受力分析如圖6所示。對于A球有 對于B球有 根據(jù)機械能守恒定律 由環(huán)的平衡條件 而 ， 由以上各式解得 圖6點評：圓周運動與能量問題常聯(lián)系在一起，在解這類問題時，除要對物體受力分析，運用圓周運動知識外，還要正確運用能量關(guān)系（動能定理、機械能守恒定律）。連接問題的題型例5：如圖7所示，一根輕質(zhì)細桿的兩端分別固定著A、B兩個質(zhì)量均為m的小球，O點是一光滑水平軸，已知 ， ，使細桿從水平位置由靜止開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)B球轉(zhuǎn)到O點正下方時，它對細桿的拉

11、力大小是多少？圖7解析：對A、B兩球組成的系統(tǒng)應(yīng)用機械能守恒定律得 因A、B兩球用輕桿相連，故兩球轉(zhuǎn)動的角速度相等，即 設(shè)B球運動到最低點時細桿對小球的拉力為 ，由牛頓第二定律得 解以上各式得 ，由牛頓第三定律知，B球?qū)殫U的拉力大小等于 ，方向豎直向下。說明：桿件模型的最顯著特點是桿上各點的角速度相同。這是與后面解決雙子星問題的共同點。（四）難點問題選講1. 極值問題例6：如圖8所示，用細繩一端系著的質(zhì)量為 的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤上，細繩另一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔O吊著質(zhì)量為 的小球B，A的重心到O點的距離為 。若A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力為 ，為使小球B保持靜止，求轉(zhuǎn)盤繞中心O旋轉(zhuǎn)的角速度

12、 的取值范圍。（取 ）圖8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需要的向心力由繩拉力和靜摩擦力合成。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。對于B： 對于A： ， 聯(lián)立解得 ， 所以 點評：在水平面上做圓周運動的物體，當(dāng)角速度 變化時，物體有遠離或向著圓心運動的（半徑有變化）趨勢。這時要根據(jù)物體的受力情況，判定物體受的某個力是否存在以及這個力存在時方向朝哪（非凡是一些接觸力，如靜摩擦力、繩的拉力等）。2. 微元問題例7：如圖9所示，露天娛樂場空中列車是由許多完全相同的車廂組成，列車先沿光滑水平軌道行

13、駛，然后滑上一固定的半徑為R的空中圓形光滑軌道，若列車全長為 （ ），R遠大于一節(jié)車廂的長度和高度，那么列車在運行到圓環(huán)前的速度至少要多大，才能使整個列車安全通過固定的圓環(huán)軌道（車廂間的距離不計）？圖9解析：當(dāng)列車進入軌道后，動能逐漸向勢能轉(zhuǎn)化，車速逐漸減小，當(dāng)車廂占滿環(huán)時的速度最小。設(shè)運行過程中列車的最小速度為v，列車質(zhì)量為m，則軌道上的那部分車的質(zhì)量為 由機械能守恒定律得 由圓周運動規(guī)律可知，列車的最小速率 ，聯(lián)立解得 3. 數(shù)理問題例8：如圖10，光滑的水平桌面上釘有兩枚鐵釘A、B，相距 ，長 的柔軟細線一端拴在A上，另一端拴住一個質(zhì)量為500g的小球，小球的初始位置在AB連線上A的一側(cè)

14、，把細線拉直，給小球以2m/s的垂直細線方向的水平速度，使它做圓周運動，由于釘子B的存在，使細線逐步纏在A、B上，若細線能承受的最大拉力 ，則從開始運動到細線斷裂的時間為多少？圖10解析：小球轉(zhuǎn)動時，由于細線逐步繞在A、B兩釘上，小球的轉(zhuǎn)動半徑逐漸變小，但小球轉(zhuǎn)動的線速度大小不變。小球交替地繞A、B做勻速圓周運動，線速度不變，隨著轉(zhuǎn)動半徑的減小，線中拉力 不斷增大，每轉(zhuǎn)半圈的時間t不斷減小。在第一個半圓內(nèi) ， 在第二個半圓內(nèi) ， 在第三個半圓內(nèi) ， 在第n個半圓內(nèi) ， 令 ，得 ，即在第8個半圓內(nèi)線還未斷，n取8，經(jīng)歷的時間為【模擬試題】1. 關(guān)于互成角度（不為零度和180）的一個勻速直線運動

15、和一個勻變速直線運動的合運動，下列說法正確的是（ ）A. 一定是直線運動 B. 一定是曲線運動 C. 可能是直線，也可能是曲線運動D. 以上答案都不對2. 一架飛機水平勻速飛行，從飛機上每隔1s釋放一個鐵球，先后釋放4個，若不計空氣阻力，則這4個球（ ）A. 在空中任何時刻總是排列成拋物線，它們的落地點是等間距的B. 在空中任何時刻總是排列成拋物線，它們的落地點是不等間距的C. 在空中任何時刻總是在飛機的正下方排列成豎直直線，它們的落地點是不等間距的D. 在空中任何時刻總是在飛機的正下方排列成豎直直線，它們的落地點是等間距的3. 圖1中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，

16、左側(cè)是一輪軸，大輪的半徑為 ，小輪的半徑為 、 點在小輪上，到小輪中心的距離為 。 點和 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（ ）A. a點與b點的線速度大小相等B. a點與b點的角速度大小相等C. a點與c點的線速度大小相等D. a點與d點的周期大小相等圖14. 在抗洪搶險中，戰(zhàn)士駕駛摩托艇救人，假設(shè)江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度為 ，摩托艇在靜水中的航速為 ，戰(zhàn)士救人的地點A離岸邊最近處O的距離為d，如戰(zhàn)士想在最短時間內(nèi)將人送上岸，則摩托艇登陸的地點離O點的距離為（ ）A. B. C. D. 5. 火車軌道在轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，其高度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車

17、速度確定。若在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定行駛速度為 ，則下列說法中正確的是（ ） 當(dāng)以 的速度通過此彎路時，火車重力與軌道面支持力的合力提供向心力 當(dāng)以 的速度通過此彎路時，火車重力、軌道面支持力和外軌對輪緣彈力的合力提供向心力 當(dāng)速度大于v時，輪緣擠壓外軌 當(dāng)速度小于v時，輪緣擠壓外軌A. B. C. D. 6. 在做“研究平拋物體的實驗”時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫小球做平拋運動的軌跡，為了能較準(zhǔn)確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認為正確的選項前面的字母填在橫線上： 。A. 通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平 B. 每次釋放小球的位置必須不同C. 每次必須由靜止釋放小球 D. 記錄小

18、球位置用的木條（凹槽）每次必須嚴(yán)格地等距離下降E. 小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙（或方格紙）相接觸F. 將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折線7. 試根據(jù)平拋運動原理設(shè)計測量彈射器彈丸出射初速的實驗方法。根據(jù)實驗器材：彈射器（含彈丸，見圖2所示）：鐵架臺（帶有夾具）；米尺。（1）在安裝彈射器時應(yīng)注重： ；（2）實驗中需要測量的量是： ；（3）由于彈射器每次射出的彈丸初速不可能完全相等，在實驗中應(yīng)采取的方法是： ；（4）計算公式： 圖28. 在一次“飛車過黃河”的表演中，汽車在空中飛經(jīng)最高點后在對岸著地。已知汽車從最高點到著地經(jīng)歷時間為 ，兩點間的水平距離為 。忽略空氣阻力，則最高點與著地點間的高度差約為